Ima najvišjo upornost. Izračun upornosti kovin, zlasti bakra

Upornost kovin je njihova sposobnost, da se uprejo električnemu toku, ki teče skozi njih. Merska enota te vrednosti je Ohm * m (Ohm-meter). Grška črka ρ (rho) se uporablja kot simbol. Visoka upornost pomeni slabo prevodnost električnega naboja določenega materiala.

Specifikacije jekla

Preden podrobno razmislite o upornosti jekla, se morate seznaniti z njegovimi osnovnimi fizikalnimi in mehanskimi lastnostmi. Zaradi svojih lastnosti se ta material široko uporablja v proizvodnem sektorju in na drugih področjih življenja in dejavnosti ljudi.

Jeklo je zlitina železa in ogljika, vsebovana v količini, ki ne presega 1,7%. Poleg ogljika vsebuje jeklo tudi določeno količino nečistoč - silicija, mangana, žvepla in fosforja. Po svojih lastnostih je veliko boljši od litega železa, zlahka je utrjen, kovan, valjan in druge vrste obdelave. Za vse vrste jekel je značilna visoka trdnost in duktilnost.

Po svojem namenu je jeklo razdeljeno na konstrukcijsko, orodno in tudi s posebnimi fizikalnimi lastnostmi. Vsak od njih vsebuje različno količino ogljika, zaradi česar material pridobi določene posebne lastnosti, na primer toplotno odpornost, toplotno odpornost, odpornost proti rji in koroziji.

Posebno mesto zavzemajo elektro jekla, ki se proizvajajo v obliki pločevine in se uporabljajo pri izdelavi električnih izdelkov. Za pridobitev tega materiala se izvaja dopiranje s silicijem, ki lahko izboljša njegove magnetne in električne lastnosti.

Da bi električno jeklo pridobilo potrebne lastnosti, morajo biti izpolnjene določene zahteve in pogoji. Material mora biti enostavno magnetiziran in remagnetiziran, torej imeti visoko magnetno prepustnost. Takšna jekla so dobra, njihova magnetizacija pa se izvaja z minimalnimi izgubami.

Od skladnosti s temi zahtevami so odvisne dimenzije in masa magnetnih jeder in navitij ter učinkovitost transformatorjev in njihova delovna temperatura. Na izpolnjevanje pogojev vpliva veliko dejavnikov, vključno z upornostjo jekla.

Upornost in drugi kazalniki

Vrednost električne upornosti je razmerje med jakostjo električnega polja v kovini in gostoto toka, ki teče v njej. Za praktične izračune se uporablja formula: v katerem ρ je upornost kovine (Ohm * m), E- jakost električnega polja (V/m) in J- gostota električnega toka v kovini (A / m 2). Z zelo visoko jakostjo električnega polja in nizko gostoto toka bo upornost kovine visoka.

Obstaja še ena količina, ki se imenuje električna prevodnost, inverzna upornosti, ki označuje stopnjo prevodnosti električnega toka določenega materiala. Določena je s formulo in je izražena v enotah Sm / m - Siemens na meter.

Upornost je tesno povezana z električnim uporom. Vendar pa imajo razlike med seboj. V prvem primeru je to lastnost materiala, vključno z jeklom, v drugem primeru pa je določena lastnost celotnega predmeta. Na kakovost upora vpliva kombinacija več dejavnikov, predvsem oblika in upornost materiala, iz katerega je izdelan. Na primer, če je bila za izdelavo žičnega upora uporabljena tanka in dolga žica, bo njen upor večji kot upor, izdelan iz debele in kratke žice iste kovine.

Drug primer so žični upori enakega premera in dolžine. Če pa ima v enem od njih material visoko upornost, v drugem pa nizko, bo zato električni upor v prvem uporu višji kot v drugem.

Če poznate osnovne lastnosti materiala, lahko uporabite upornost jekla za določitev vrednosti upora jeklenega prevodnika. Za izračune bosta poleg električne upornosti potrebna tudi premer in dolžina žice. Izračuni se izvajajo po naslednji formuli: , v kateri R je (Ohm), ρ - upornost jekla (Ohm * m), L- ustreza dolžini žice, AMPAK- površina njegovega preseka.

Upornost jekla in drugih kovin je odvisna od temperature. V večini izračunov se uporablja sobna temperatura - 20 0 C. Vse spremembe pod vplivom tega faktorja se upoštevajo s temperaturnim koeficientom.

Kot vemo iz Ohmovega zakona, je tok v odseku vezja v naslednjem razmerju: I=U/R. Zakon je bil izpeljan kot rezultat serije eksperimentov nemškega fizika Georga Ohma v 19. stoletju. Opazil je vzorec: moč toka v katerem koli delu vezja je neposredno odvisna od napetosti, ki se uporablja na tem odseku, in obratno - od njegove upornosti.

Kasneje je bilo ugotovljeno, da je upor odseka odvisen od njegovih geometrijskih značilnosti, kot sledi: R=ρl/S,

kjer je l dolžina prevodnika, S je površina njegovega preseka in ρ je določen koeficient sorazmernosti.

Tako je upor določen z geometrijo prevodnika, pa tudi s takim parametrom, kot je upornost (v nadaljnjem besedilu c.s.) - tako se je imenoval ta koeficient. Če vzamete dva vodnika z enakim prečnim prerezom in dolžino in ju postavite v vezje po vrsti, potem z merjenjem trenutne jakosti in upora lahko vidite, da bodo v dveh primerih ti indikatorji različni. Torej specifično električni upor- to je značilnost materiala, iz katerega je izdelan prevodnik, in še natančneje, snovi.

Prevodnost in odpornost

W.s. označuje sposobnost snovi, da blokira prehod toka. Toda v fiziki obstaja tudi inverzna vrednost - prevodnost. Kaže sposobnost prevajanja električne energije. Izgleda takole:

σ=1/ρ, kjer je ρ upornost snovi.

Če govorimo o prevodnosti, potem jo določajo značilnosti nosilcev naboja v tej snovi. Torej, v kovinah so prosti elektroni. Na zunanji lupini jih ni več kot trije, za atom pa jih je bolj donosno "oddati", kar se zgodi, ko kemične reakcije s snovmi z desne strani periodnega sistema. V situaciji, ko imamo čisto kovino, ima kristalno strukturo, v kateri so ti zunanji elektroni pogosti. Nosijo naboj, če je na kovino priloženo električno polje.

V raztopinah so nosilci naboja ioni.

Če govorimo o snoveh, kot je silicij, potem po svojih lastnostih je polprevodnik in deluje na nekoliko drugačen način, a o tem kasneje. Medtem ugotovimo, kako se takšni razredi snovi razlikujejo, kot so:

1. vodniki;
2. polprevodniki;
3. Dielektriki.

Prevodniki in dielektriki

Obstajajo snovi, ki skoraj ne prevajajo toka. Imenujejo se dielektriki. Takšne snovi se lahko polarizirajo v električnem polju, to pomeni, da se njihove molekule v tem polju lahko vrtijo, odvisno od tega, kako so v njih razporejene. elektronov. Ker pa ti elektroni niso prosti, ampak služijo za vez med atomi, ne prevajajo toka.

Prevodnost dielektrikov je skoraj nič, čeprav med njimi ni idealnih (to je enaka abstrakcija kot popolnoma črno telo ali idealen plin).

Pogojna meja koncepta "prevodnik" je ρ<10^-5 Ом, а нижний порог такового у диэлектрика - 10^8 Ом.

Med tema dvema razredoma so snovi, imenovane polprevodniki. Toda njihova izbira v ločeno skupino snovi ni povezana toliko z njihovim vmesnim stanjem v liniji "prevodnost - upor", temveč z značilnostmi te prevodnosti pod različnimi pogoji.

Odvisnost od okoljskih dejavnikov

Prevodnost ni ravno konstantna. Podatki v tabelah, od koder je ρ vzet za izračune, obstajajo za normalne okoljske razmere, torej za temperaturo 20 stopinj. V resnici je težko najti tako idealne pogoje za delovanje vezja; pravzaprav u.s. (in s tem prevodnost) je odvisna od naslednjih dejavnikov:

1. temperatura;
2. pritisk;
3. prisotnost magnetnih polj;
4. svetloba;
5. agregatno stanje.

Različne snovi imajo svoj razpored sprememb tega parametra pod različnimi pogoji. Torej ga feromagneti (železo in nikelj) povečajo, ko smer toka sovpada s smerjo črt magnetnega polja. Kar zadeva temperaturo, je odvisnost tukaj skoraj linearna (obstaja celo koncept temperaturnega koeficienta upora in to je tudi tabela). Toda smer te odvisnosti je drugačna: pri kovinah se povečuje z naraščajočo temperaturo, medtem ko se pri redkih zemeljskih elementih in raztopinah elektrolitov povečuje - in to v istem agregacijskem stanju.

Za polprevodnike odvisnost od temperature ni linearna, temveč hiperbolična in inverzna: ko temperatura narašča, se njihova prevodnost poveča. To kvalitativno razlikuje prevodnike od polprevodnikov. Takole izgleda odvisnost ρ od temperature prevodnikov:

Tukaj so upornosti bakra, platine in železa. Nekoliko drugačen graf za nekatere kovine, na primer živo srebro - ko temperatura pade na 4 K, jo skoraj popolnoma izgubi (ta pojav imenujemo superprevodnost).

In za polprevodnike bo ta odvisnost nekako takole:

Med prehodom v tekoče stanje se ρ kovine poveča, potem pa se vsi obnašajo drugače. Na primer, v staljenem bizmutu je nižji kot pri sobni temperaturi, v bakru pa 10-krat višji od običajnega. Nikelj zapusti črtni grafikon pri 400 stopinjah, nato pa ρ pade.

Toda pri volframu je temperaturna odvisnost tako visoka, da povzroči izgorevanje žarnic z žarilno nitko. Ko je vklopljen, tok segreje tuljavo, njen upor pa se večkrat poveča.

Tudi pri. z zlitin je odvisna od tehnologije njihove proizvodnje. Torej, če imamo opravka s preprosto mehansko mešanico, potem lahko odpornost takšne snovi izračunamo s povprečjem, vendar je enako za nadomestno zlitino (to je, ko sta dva ali več elementov dodana v eno kristalno mrežo) bo drugačna, praviloma veliko večja. Na primer, nikrom, iz katerega so izdelane spirale za električne peči, ima za ta parameter takšno številko, da se ta prevodnik, ko je priključen na vezje, segreje do rdečice (zato se dejansko uporablja).

Tukaj je značilnost ρ ogljikovih jekel:

Kot je razvidno, se ob približevanju talilni temperaturi stabilizira.

Upornost različnih prevodnikov

Kakor koli že, ρ se uporablja pri izračunih v normalnih pogojih. Tukaj je tabela, s katero lahko primerjate to značilnost za različne kovine:

Kot je razvidno iz tabele, je najboljši prevodnik srebrni. In samo njegova cena preprečuje njegovo množično uporabo v proizvodnji kablov. W.s. aluminij je tudi majhen, vendar manj kot pri zlatu. Iz tabele postane jasno, zakaj je ožičenje v hišah bakreno ali aluminijsko.

V tabeli ni vključen nikelj, ki ima, kot smo že povedali, nekoliko nenavadno y krivuljo. z od temperature. Specifična odpornost niklja po dvigu temperature na 400 stopinj ne začne rasti, ampak padati. Zanimivo se obnaša tudi v drugih nadomestnih zlitinah. Tako se obnaša zlitina bakra in niklja, odvisno od odstotka obeh:

In ta zanimiv graf prikazuje odpornost cink-magnezijevih zlitin:

Visokoodporne zlitine se uporabljajo kot materiali za izdelavo reostatov, tukaj so njihove značilnosti:

To so kompleksne zlitine, sestavljene iz železa, aluminija, kroma, mangana, niklja.

Kar zadeva ogljikova jekla, je približno 1,7 * 10 ^ -7 Ohm m.

Razlika med u. z različnih prevodnikov določa njihovo uporabo. Tako se baker in aluminij pogosto uporabljata pri proizvodnji kablov, zlato in srebro pa se uporabljata kot kontakta v številnih izdelkih za radiotehniko. Visokoodporni vodniki so našli svoje mesto med proizvajalci električnih naprav (natančneje, za to so bili ustvarjeni).

Spremenljivost tega parametra glede na okoljske razmere je bila osnova za takšne naprave, kot so senzorji magnetnega polja, termistorji, merilniki napetosti in fotoupori.

14.04.2018

Kot prevodni deli v električnih instalacijah se uporabljajo vodniki iz bakra, aluminija, njihovih zlitin in železa (jekla).

Baker je eden najboljših prevodnih materialov. Gostota bakra pri 20 ° C je 8,95 g / cm 3, tališče je 1083 ° C. Baker je kemično rahlo aktiven, vendar se zlahka raztopi v dušikovi kislini in se raztopi v razredčeni klorovodikovi in ​​žveplovi kislini le v prisotnosti oksidacije. sredstva (kisik). Na zraku je baker hitro prekrit s tanko plastjo temno obarvanega oksida, vendar ta oksidacija ne prodre globoko v kovino in služi kot zaščita pred nadaljnjo korozijo. Baker je primeren za kovanje in valjanje brez segrevanja.

Uporablja se za proizvodnjo elektrolitski baker v ingotih, ki vsebujejo 99,93 % čistega bakra.

Električna prevodnost bakra je močno odvisna od količine in vrste nečistoč ter v manjši meri od mehanske in termične obdelave. pri 20 ° C je 0,0172-0,018 ohm x mm2 / m.

Za izdelavo prevodnikov se uporablja mehki, poltrdi ali trdi baker s specifično težo 8,9, 8,95 in 8,96 g/cm 3.

Za izdelavo delov tokovnih delov se pogosto uporablja baker v zlitinah z drugimi kovinami. Najpogosteje uporabljene zlitine so:

Medenina je zlitina bakra in cinka, ki vsebuje najmanj 50 % bakra v zlitini, z dodatkom drugih kovin. medenina 0,031 - 0,079 ohm x mm2/m. Obstajajo medenina - tompak z vsebnostjo bakra več kot 72% (ima visoko duktilnost, protikorozijske in protitorne lastnosti) in posebne medenine z dodatkom aluminija, kositra, svinca ali mangana.

Medeninasti kontakt

Broni so zlitina bakra in kositra z dodatkom različnih kovin. Glede na vsebnost glavne komponente v zlitini se bron imenuje kositer, aluminij, silicij, fosfor, kadmij. Upornost brona 0,021 - 0,052 ohm x mm 2 /m.

Medenina in bron imata dobre mehanske in fizikalno-kemijske lastnosti. So enostavni za obdelavo z litjem in pritiskom, odporni so na atmosfersko korozijo.

Aluminij - po svojih lastnostih drugi prevodni material za bakrom. Tališče 659,8 ° C. Gostota aluminija pri temperaturi 20 ° - 2,7 g / cm 3. Aluminij je enostaven za litje in dobro obdelan. Pri temperaturi 100 - 150 ° C je aluminij kovan in nodularen (lahko ga valjamo v pločevine debeline do 0,01 mm).

Električna prevodnost aluminija je zelo odvisna od nečistoč in malo od mehanske in toplotne obdelave. Čistejša kot je sestava aluminija, večja je njegova električna prevodnost in boljša odpornost na kemične napade. Obdelava, valjanje in žarjenje pomembno vplivajo na mehansko trdnost aluminija. Hladno obdelan aluminij poveča svojo trdoto, elastičnost in natezno trdnost. Upornost aluminija pri 20 ° C 0,026 - 0,029 ohm x mm 2 / m.

Pri zamenjavi bakra z aluminijem je treba presek prevodnika povečati glede na prevodnost, to je 1,63-krat.

Z enako prevodnostjo bo aluminijasti vodnik 2-krat lažji od bakrenega.

Za izdelavo prevodnikov se uporablja aluminij, ki vsebuje najmanj 98 % čistega aluminija, silicij ne več kot 0,3 %, železo ne več kot 0,2 %

Za izdelavo delov tokovnih delov uporabite aluminijeve zlitine z drugimi kovinami, na primer: Duralumin - zlitina aluminija z bakrom in manganom.

Silumin je lahka lita aluminijeva zlitina s primesjo silicija, magnezija, mangana.

Aluminijeve zlitine imajo dobre ulivne lastnosti in visoko mehansko trdnost.

V elektrotehniki se najpogosteje uporabljajo naslednje aluminijeve zlitine:

Kovana aluminijeva zlitina razreda AD, ki ima aluminij najmanj 98,8 in druge nečistoče do 1,2.

Kovana aluminijeva zlitina znamke AD1, ki ima aluminij najmanj 99,3 n drugih nečistoč do 0,7.

Kovana aluminijeva zlitina znamke AD31, ki ima aluminij 97,35 - 98,15 in druge nečistoče 1,85 -2,65.

Zlitine razredov AD in AD1 se uporabljajo za izdelavo ohišij in matric strojnih sponk. Profili in pnevmatike, ki se uporabljajo za električne prevodnike, so izdelani iz zlitine razreda AD31.

Izdelki iz aluminijevih zlitin zaradi toplotne obdelave pridobijo visoko natezno trdnost in izkoristek (polzenje).

Železo - tališče 1539°C. Gostota železa je 7,87. Železo se raztopi v kislinah, oksidira s halogeni in kisikom.

V elektrotehniki se uporabljajo jekla različnih razredov, na primer:

Ogljikova jekla so temprane zlitine železa z ogljikom in drugimi metalurškimi nečistočami.

Specifična odpornost ogljikovih jekel je 0,103 - 0,204 ohm x mm 2 /m.

Legirana jekla so zlitine z dodatki kroma, niklja in drugih elementov, ki so dodani ogljikovemu jeklu.

Jekla so dobra.

Kot dodatki v zlitinah, pa tudi za izdelavo spajk in izvedbo prevodnih kovin se pogosto uporabljajo:

Kadmij je temprana kovina. Tališče kadmija je 321°C. Upornost 0,1 ohm x mm 2 /m. V elektrotehniki se kadmij uporablja za pripravo nizko talnih spajk in za zaščitne premaze (kadmij) na kovinskih površinah. Po svojih protikorozijskih lastnostih je kadmij blizu cinku, vendar so kadmijevi premazi manj porozni in se nanesejo v tanjši plasti kot cinkovi.

Nikelj - tališče 1455°C. Specifična upornost niklja je 0,068 - 0,072 ohm x mm 2 /m. Pri normalnih temperaturah se ne oksidira z atmosferskim kisikom. Nikelj se uporablja v zlitinah in za zaščitno prevleko (nikljanje) kovinskih površin.

Kositer - tališče 231,9 ° C. Specifična odpornost kositra je 0,124 - 0,116 ohm x mm 2 /m. Kositer se uporablja za spajkanje zaščitnega premaza (kositerja) kovin v čisti obliki in v obliki zlitin z drugimi kovinami.

Svinec - tališče 327,4°C. Upornost 0,217 - 0,227 ohm x mm 2 /m. Svinec se uporablja v zlitinah z drugimi kovinami kot kislinsko odporen material. Doda se zlitinam za spajkanje (spojkam).

Srebro je zelo upogljiva, temprana kovina. Tališče srebra je 960,5°C. Srebro je najboljši prevodnik toplote in električnega toka. Specifična odpornost srebra je 0,015 - 0,016 ohm x mm 2 / m. Srebro se uporablja za zaščitno prevleko (srebrenje) kovinskih površin.

Antimon je svetleča krhka kovina, tališče 631°C. Antimon se uporablja v obliki dodatkov v zlitinah za spajkanje (spojkah).

Krom je trda, sijoča ​​kovina. Tališče 1830°C. V zraku se pri normalni temperaturi ne spremeni. Specifična upornost kroma je 0,026 ohm x mm 2 /m. Krom se uporablja v zlitinah in za zaščitno prevleko (kromiranje) kovinskih površin.

Cink - tališče 419,4°C. Upornost cinka 0,053 - 0,062 ohm x mm 2 /m. V vlažnem zraku cink oksidira in se prekrije s plastjo oksida, ki ščiti pred kasnejšimi kemičnimi napadi. V elektrotehniki se cink uporablja kot dodatek v zlitinah in spajkah ter za zaščitno prevleko (galvanizacijo) površin kovinskih delov.

Takoj, ko je elektrika zapustila laboratorije znanstvenikov in se začela široko uvajati v prakso vsakdanjega življenja, se je postavilo vprašanje, kako najti materiale, ki imajo določene, včasih povsem nasprotne lastnosti glede na pretok električnega toka skozi njih.

Na primer, pri prenosu električne energije na dolge razdalje so bile naložene zahteve za material žic, da se zmanjšajo izgube zaradi Joulovega segrevanja v kombinaciji z nizko težo. Primer tega so znani visokonapetostni daljnovodi iz aluminijastih žic z jeklenim jedrom.

Ali, nasprotno, za ustvarjanje kompaktnih cevastih električnih grelnikov so bili potrebni materiali z relativno visoko električno upornostjo in visoko toplotno stabilnostjo. Najenostavnejši primer naprave, ki uporablja materiale s podobnimi lastnostmi, je gorilnik navadnega kuhinjskega električnega štedilnika.

Od prevodnikov, ki se uporabljajo v biologiji in medicini kot elektrode, sonde in sonde, je potrebna visoka kemična odpornost in združljivost z biomateriali v kombinaciji z nizko kontaktno odpornostjo.

Celotna galaksija izumiteljev iz različnih držav: Anglije, Rusije, Nemčije, Madžarske in ZDA je vložila svoja prizadevanja v razvoj takšne naprave, ki je zdaj vsem znana kot žarnica z žarilno nitko. Thomas Edison, ki je izvedel več kot tisoč poskusov za testiranje lastnosti materialov, primernih za vlogo filamentov, je ustvaril svetilko s platinasto spiralo. Edisonove sijalke, čeprav so imele dolgo življenjsko dobo, niso bile praktične zaradi visokih stroškov izhodnega materiala.

Naslednje delo ruskega izumitelja Lodygina, ki je predlagal uporabo sorazmerno poceni ognjevzdržnega volframa in molibdena z višjo upornostjo kot materiala za navoje, je našlo praktično uporabo. Poleg tega je Lodygin predlagal črpanje zraka iz žarnic z žarilno nitko in ga nadomestiti z inertnimi ali žlahtnimi plini, kar je pripeljalo do ustvarjanja sodobnih žarnic z žarilno nitko. Pionir množične proizvodnje cenovno dostopnih in vzdržljivih električnih svetilk je bil General Electric, kateremu je Lodygin dodelil pravice za svoje patente in nato dolgo uspešno delal v laboratorijih podjetja.

Ta seznam se lahko nadaljuje, saj je radovedni človeški um tako iznajdljiv, da včasih za rešitev določenega tehničnega problema potrebuje materiale z doslej neznanimi lastnostmi ali z neverjetnimi kombinacijami teh lastnosti. Narava ni več v koraku z našimi apetiti in znanstveniki z vsega sveta so se pridružili tekmi za ustvarjanje materialov, ki nimajo naravnih analogov.

Gre za namerno priključitev električnega ohišja ali ohišja na zaščitno ozemljitveno napravo. Običajno se ozemljitev izvede v obliki jeklenih ali bakrenih trakov, cevi, palic ali kotov, zakopanih v zemljo do globine več kot 2,5 metra, ki v primeru nesreče zagotovijo pretok toka po tokokrogu naprava - ohišje ali ohišje - ozemljitev - nevtralna žica izmeničnega vira. Upornost tega vezja ne sme biti večja od 4 ohma. V tem primeru se napetost na ohišju zasilne naprave zmanjša na vrednosti, ki so varne za ljudi, in avtomatske naprave za zaščito električnega tokokroga na tak ali drugačen način izklopijo zasilno napravo.

Pri izračunu elementov zaščitne ozemljitve ima pomembno vlogo poznavanje upornosti tal, ki se lahko spreminja v širokem razponu.

V skladu s podatki referenčnih tabel je izbrana površina ozemljitvene naprave, iz nje se izračuna število ozemljitvenih elementov in dejanska zasnova celotne naprave. Povezava konstrukcijskih elementov zaščitne ozemljitvene naprave se izvede z varjenjem.

Elektrotomografija

Električno raziskovanje proučuje bližnje površinsko geološko okolje, se uporablja za iskanje rudnih in nekovinskih mineralov ter drugih predmetov na podlagi preučevanja različnih umetnih električnih in elektromagnetnih polj. Poseben primer elektroraziskovanja je električna uporovna tomografija – metoda za določanje lastnosti kamnin po njihovi upornosti.

Bistvo metode je v tem, da se pri določenem položaju vira električnega polja merijo napetosti na različnih sondah, nato se vir polja premakne na drugo mesto ali preklopi na drug vir in se meritve ponovijo. Viri polja in sonde za sprejemnik polja so nameščeni na površini in v vrtinah.

Nato se prejeti podatki obdelajo in interpretirajo z uporabo sodobnih računalniških metod obdelave, ki omogočajo vizualizacijo informacij v obliki dvodimenzionalnih in tridimenzionalnih slik.

Kot zelo natančna metoda iskanja, elektrotomografija nudi neprecenljivo pomoč geologom, arheologom in paleozoologom.

Določitev oblike pojavljanja mineralnih nahajališč in meja njihove porazdelitve (oris) omogoča prepoznavanje pojavljanja žilnih nahajališč mineralov, kar znatno zmanjša stroške njihovega nadaljnjega razvoja.

Za arheologe ta metoda iskanja zagotavlja dragocene informacije o lokaciji starodavnih pokopov in prisotnosti artefaktov v njih, s čimer se zmanjšajo stroški izkopavanja.

Paleozoologi uporabljajo elektrotomografijo za iskanje fosilnih ostankov starodavnih živali; rezultate njihovega dela je mogoče videti v naravoslovnih muzejih v obliki neverjetnih rekonstrukcij okostja prazgodovinske megafavne.

Poleg tega se električna tomografija uporablja pri gradnji in poznejšem delovanju inženirskih objektov: visokih zgradb, jezov, jezov, nasipov in drugih.

Definicije upornosti v praksi

Včasih se lahko za reševanje praktičnih težav soočimo z nalogo določitve sestave snovi, na primer žice za rezalnik polistirenske pene. Imamo dva namota žice ustreznega premera iz različnih nam neznanih materialov. Za rešitev težave je treba najti njihovo električno upornost in nato določiti material žice z uporabo razlike med ugotovljenimi vrednostmi ali z referenčno tabelo.

Izmerimo z merilnim trakom in od vsakega vzorca odrežemo 2 metra žice. Z mikrometrom določimo premera žice d₁ in d₂. Ko vklopimo multimeter na spodnjo mejo merjenja upora, izmerimo upor vzorca R₁. Postopek ponovimo za drug vzorec in izmerimo tudi njegov upor R₂.

Upoštevamo, da se površina prečnega prereza žic izračuna po formuli

S \u003d π ∙ d 2 / 4

Zdaj bo formula za izračun električne upornosti videti takole:

ρ = R ∙ π ∙ d 2 /4 ∙ L

Z zamenjavo dobljenih vrednosti L, d₁ in R₁ v formulo za izračun upornosti, podano v zgornjem članku, izračunamo vrednost ρ₁ za prvi vzorec.

ρ 1 \u003d 0,12 ohm mm 2 / m

Če v formulo nadomestimo dobljene vrednosti L, d₂ in R₂, izračunamo vrednost ρ₂ za drugi vzorec.

ρ 2 \u003d 1,2 ohm mm 2 / m

Iz primerjave vrednosti ρ₁ in ρ₂ z referenčnimi podatki zgornje tabele 2 sklepamo, da je material prvega vzorca jeklo, drugega vzorca pa nikrom, iz katerega bomo izdelali rezalno vrvico.

Imenuje se sposobnost kovine, da prepusti nabit tok skozi sebe. Po drugi strani je odpornost ena od značilnosti materiala. Večji kot je električni upor pri dani napetosti, manjši bo.Karakterizira uporno silo prevodnika proti gibanju nabitih elektronov, usmerjenih vzdolž nje. Ker je prenosna lastnost električne energije recipročna upornost, to pomeni, da bo izražena v obliki formul kot razmerje 1 / R.

Upornost je vedno odvisna od kakovosti materiala, uporabljenega pri izdelavi naprav. Meri se na podlagi parametrov prevodnika z dolžino 1 meter in površino prečnega prereza ​​​1 kvadratni milimeter. Na primer, lastnost specifične upornosti za baker je vedno 0,0175 Ohm, za aluminij - 0,029, železo - 0,135, konstantan - 0,48, nikrom - 1-1,1. Specifična odpornost jekla je enaka številki 2 * 10-7 Ohm.m

Upor proti toku je neposredno sorazmeren z dolžino prevodnika, vzdolž katerega se premika. Daljša kot je naprava, večji je upor. Te odvisnosti se boste lažje naučili, če si predstavljate dva namišljena para plovil, ki komunicirata med seboj. Naj bo povezovalna cev pri enem paru naprav tanjša, pri drugem pa debelejša. Ko sta oba para napolnjena z vodo, bo prehod tekočine v debelo cev veliko hitrejši, ker bo imela manjši upor proti toku vode. Po tej analogiji mu je lažje preiti po debelem prevodniku kot po tankem.

Upornost, kot enota SI, se meri v ohm.m. Prevodnost je odvisna od povprečne proste poti nabitih delcev, za katero je značilna struktura materiala. Kovine brez primesi, v katerih je najbolj pravilna, imajo najnižje vrednosti protiukrepa. Nasprotno pa nečistoče popačijo mrežo in s tem povečajo njeno zmogljivost. Upornost kovin se nahaja v ozkem območju vrednosti pri normalni temperaturi: od srebra od 0,016 do 10 μOhm.m (železo in kromove zlitine z aluminijem).

O značilnostih gibanja nabitih

na elektrone v prevodniku vpliva temperatura, saj se z njenim dvigom poveča amplituda valovnih nihanj obstoječih ionov in atomov. Posledično imajo elektroni manj prostega prostora za normalno gibanje v kristalni mreži. In to pomeni, da se ovira za urejeno gibanje povečuje. Upornost katerega koli prevodnika, kot običajno, raste linearno z naraščanjem temperature. In za polprevodnike, nasprotno, je značilno zmanjšanje z naraščajočimi stopinjami, saj se zaradi tega sprosti veliko nabojev, ki neposredno ustvarjajo električni tok.

Postopek hlajenja nekaterih kovinskih prevodnikov na želeno temperaturo pripelje njihovo upornost v nenadno stanje in pade na nič. Ta pojav so odkrili leta 1911 in ga imenovali superprevodnost.

• Konstantan (58,8 Cu, 40 Ni, 1,2 Mn)
• Manganin (85 Cu, 12 Mn, 3 Ni)
• nikelj srebro (65 Cu, 20 Zn, 15 Ni)
• nikelin (54 Cu, 20 Zn, 26 Ni)
• nikrom (67,5 Ni, 15 Cr, 16 Fe, 1,5 Mn)
• reonat (84Cu, 12Mn, 4 Zn)
• Fechral (80 Fe, 14 Cr, 6 Al)

Upornost nikroma

Vsako telo, skozi katerega teče električni tok, mu samodejno zagotovi določen upor. Lastnost prevodnika, da se upira električnemu toku, se imenuje električni upor.

Razmislite o elektronski teoriji tega pojava. Ko se premikajo vzdolž prevodnika, se prosti elektroni na svoji poti nenehno srečujejo z drugimi elektroni in atomi. V interakciji z njimi prosti elektron izgubi del svojega naboja. Tako elektroni naletijo na upor materiala prevodnika. Vsako telo ima svojo atomsko strukturo, ki zagotavlja različno odpornost na električni tok. Enota upora je ohm. Navedena je odpornost materialov - R ali r.

Manjši kot je upor prevodnika, lažje električni tok prehaja skozi to telo. In obratno: večji kot je upor, slabše telo prevaja električni tok.

Odpornost vsakega posameznega prevodnika je odvisna od lastnosti materiala, iz katerega je izdelan. Za natančno opredelitev električne upornosti materiala je bil uveden koncept - specifična upornost (nikrom, aluminij itd.). Specifični upor se šteje za upor prevodnika dolžine do 1 m, katerega presek je 1 m². mm Ta indikator je označen s črko p. Vsak material, uporabljen pri izdelavi prevodnika, ima svojo upornost. Upoštevajte na primer upornost nikroma in fechrala (več kot 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

Specifična odpornost nikroma, fechral kaže na glavni obseg njihove uporabe: proizvodnja toplotnih naprav, gospodinjskih aparatov in električnih grelnih elementov industrijskih peči.

Ker se pri proizvodnji grelnih elementov večinoma uporabljata nikrom in fechral, ​​so najpogostejši izdelki nikromove niti, trak, trak Kh15N60 in Kh20N80 ter fechral žica Kh23Yu5T.

Upornost bakra se sicer spreminja s temperaturo, vendar se moramo najprej odločiti, ali mislimo na električno upornost prevodnikov (omski upor), ki je pomembna za napajanje preko Etherneta z enosmernim tokom, ali pa govorimo o signalih v podatkovnih omrežjih, in potem govorimo o vstavitveni izgubi pri širjenju elektromagnetnega vala v mediju z zvitim parom in odvisnosti slabljenja od temperature (in frekvence, ki ni nič manj pomembna).

Upornost bakra

V mednarodnem sistemu SI se upornost prevodnikov meri v Ohm∙m. Na področju IT se pogosteje uporablja zunajsistemska dimenzija Ohm ∙ mm 2 /m, kar je bolj priročno za izračune, saj so prerezi vodnikov običajno navedeni v mm 2. Vrednost 1 Ohm∙mm 2 /m je milijonkrat manjša od 1 Ohm∙m in označuje specifično upornost snovi, katere homogen vodnik je dolg 1 m in s površino prečnega prereza ​​1 mm 2 daje upor 1 Ohm.

Upornost čistega električnega bakra pri 20°C je 0,0172 Ohm∙mm2/m. V različnih virih lahko najdete vrednosti ​​do 0,018 Ohm ∙ mm 2 / m, kar lahko velja tudi za električni baker. Vrednosti se razlikujejo glede na obdelavo, ki ji je material podvržen. Na primer, žarjenje po vlečenju ("vlečenju") žice zmanjša upornost bakra za nekaj odstotkov, čeprav se izvaja predvsem za spremembo mehanskih in ne električnih lastnosti.

Upornost bakra ima neposreden vpliv na aplikacije Power-over-Ethernet. Le del prvotnega enosmernega toka, ki se uporablja na vodniku, bo dosegel skrajni konec prevodnika - nekaj izgube na poti je neizogibno. na primer PoE tip 1 zahteva najmanj 12,95 vatov od 15,4 vatov, ki jih napaja vir, da doseže napravo, ki se napaja na oddaljeni strani.

Upornost bakra se spreminja s temperaturo, vendar so za IT temperature te spremembe majhne. Sprememba upornosti se izračuna po formulah:

ΔR = α R ΔT

R 2 \u003d R 1 (1 + α (T 2 - T 1))

kjer je ΔR sprememba upornosti, R je upornost pri temperaturi, ki je vzeta za izhodišče (običajno 20°C), ΔT je temperaturni gradient, α je temperaturni koeficient upornosti za dani material (dimenzija °C -1) . V območju od 0 °C do 100 °C za baker je sprejet temperaturni koeficient 0,004 °C -1. Izračunaj upornost bakra 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

Upornost se je s povišanjem temperature za 40°C povečala za 16%. Pri delovanju kabelskih sistemov seveda zviti par ne sme biti pri visokih temperaturah, to ne bi smelo biti dovoljeno. Pri pravilno zasnovanem in nameščenem sistemu se temperatura kablov malo razlikuje od običajnih 20 ° C, potem pa bo sprememba upornosti majhna. V skladu z zahtevami telekomunikacijskih standardov upor 100 m dolgega bakrenega vodnika v zvitem paru kategorij 5e ali 6 ne sme presegati 9,38 ohmov pri 20 ° C. V praksi proizvajalci to vrednost prilagodijo z mejo, tako da tudi pri temperaturah 25 ° C ÷ 30 ° C upor bakrenega vodnika ne presega te vrednosti.

Oslabitev zvitega para/izguba vstavljanja

Ko se elektromagnetno valovanje širi skozi bakreni medij z zvitim parom, se del njegove energije razprši vzdolž poti od bližnjega do oddaljenega konca. Višja kot je temperatura kabla, bolj se signal oslabi. Pri visokih frekvencah je dušenje močnejše kot pri nizkih frekvencah, pri višjih kategorijah pa so meje testiranja vstavitvenih izgub strožje. V tem primeru so vse mejne vrednosti nastavljene na temperaturo 20°C. Če je pri 20°C izvirni signal prispel na skrajni konec 100 m dolgega odseka s stopnjo moči P, potem bo pri povišanih temperaturah takšna moč signala opažena na krajših razdaljah. Če je treba na izhodu segmenta zagotoviti enako moč signala, boste morali bodisi namestiti krajši kabel (kar ni vedno mogoče) bodisi izbrati znamke kablov z nižjim dušenjem.

• Za zaščitene kable pri temperaturah nad 20°C sprememba temperature za 1 stopinjo povzroči spremembo slabljenja za 0,2%
• Za vse vrste kablov in katere koli frekvence pri temperaturah do 40 ° C sprememba temperature za 1 stopinjo povzroči spremembo slabljenja za 0,4%
• Za vse vrste kablov in katere koli frekvence pri temperaturah od 40°C do 60°C sprememba temperature za 1 stopinjo povzroči spremembo slabljenja za 0,6%
• Kabli kategorije 3 lahko doživijo spremembo slabljenja za 1,5 % na stopinjo Celzija

Že v začetku leta 2000. TIA/EIA-568-B.2 priporoča zmanjšanje največje dovoljene dolžine trajne povezave/kanala kategorije 6, če je bil kabel nameščen pri povišanih temperaturah in višja kot je temperatura, krajši mora biti segment.

Glede na to, da je zgornja meja frekvence v kategoriji 6A dvakrat višja kot v kategoriji 6, bodo temperaturne omejitve za takšne sisteme še strožje.

Do danes pri izvajanju aplikacij PoE govorimo o največ 1-gigabitnih hitrostih. Pri uporabi 10 Gb aplikacij se Power over Ethernet ne uporablja, vsaj še ne. Torej, odvisno od vaših potreb, morate pri spreminjanju temperature upoštevati bodisi spremembo upornosti bakra ali spremembo dušenja. V obeh primerih je najbolj smiselno zagotoviti, da so kabli pri temperaturah blizu 20 °C.