ما هي المقاومة الكهربائية وكيف تعتمد على درجة الحرارة

من وجهة نظر العملية الكهرومغناطيسية التي تحدث فيها ، يتميز أي عنصر أو قسم من الدائرة الكهربائية في المقام الأول بالقدرة على إجراء التيار أو إعاقة مرور التيار. يتم تقييم هذه الخاصية من عناصر الدائرة من قبل الموصلية الكهربائية أو قيمة التوصيل العكسي - المقاومة الكهربائية.

تتكون معظم الأجهزة الكهربائية من أجزاء موصلة مصنوعة من الموصلات المعدنية ، وعادة ما يتم توفيرها بطبقة عازلة أو غلاف. تعتمد المقاومة الكهربائية للموصل على أبعادها الهندسية وخصائص المواد. قيمة المقاومة الكهربائية تساوي

ص = ρl / s = l / (γs)

حيث ل - طول الموصل ، م ؛ الصورة — منطقة مستعرضة من موصل ، مم²; ρ — الموصلية ، أوم·مم²/م؛ γ — الموصلية المحددة ، م / أوم·مم.

المقاومة الكهربائية

تأخذ المقاومة والموصلية في الاعتبار خصائص مادة الموصل وتعطي قيم المقاومة والموصلية للموصل 1 متر ومساحة المقطع العرضي 1 مم².

من حيث المقاومة ρ يمكن تقسيم جميع المواد إلى ثلاث مجموعات:

• الموصلات - المعادن وسبائكها (ρ 0.015 إلى 1.2 أوم·مم²/م)؛

• الشوارد وأشباه الموصلات (ρ من 10² ما يصل الى 20⁶ أوم·مم²/م)؛

• عوازل ، أو عوازل (ρ من 10¹⁰ ما يصل الى 20¹¹ أوم·مم²/م).

في الأجهزة الكهربائية ، يتم استخدام المواد ذات المقاومة الصغيرة والعالية. إذا كان مطلوبًا أن يكون لعنصر الدائرة مقاومة بسيطة (على سبيل المثال ، أسلاك التوصيل) ، فيجب أن يكون مصنوعًا من الموصلات ذات القيمة المنخفضة ρ - من 0.015-0.03 ، على سبيل المثال النحاس والفضة والألومنيوم.

على العكس من ذلك ، يجب أن تحتوي الأجهزة الأخرى على مقاومات كبيرة (المصابيح المتوهجة الكهربائية ، وأجهزة التدفئة ، وما إلى ذلك) ، وبالتالي ، يجب أن تكون عناصر حملها الحالية مصنوعة من مواد ذات مقاومة عالية ρ، وعادة ما تمثل السبائك المعدنية. وتشمل هذه ، على سبيل المثال ، المنغانين ، كونستانتين ، نيتشروم ، الذي يهم ρ من 0.1 إلى 1.2.

درجة حرارة الاعتماد على المقاومة الكهربائية

تعتمد قيمة المقاومة الكهربائية أيضًا على درجة حرارة الموصل ، والتي قد تختلف بسبب تسخين الموصل بواسطة التيار الكهربائي أو بسبب التغيرات في درجة حرارة البيئة. عندما تتغير درجة حرارة الموصل ، تتغير مقاومته. قيم p أعلاه لبعض المواد صالحة في درجة الحرارة

يتم التعبير عن استقلالية المقاومة عن درجة الحرارة على النحو التالي:

R_تي^س = ص₂₀^حول·[1+α·(ر^س-20°)]

R_تي^س - مقاومة الموصل في درجة الحرارة ر^س, R₂₀^حول- نفس الشيء عند درجة حرارة 20 درجة مئوية ، أوم ؛ α هو معامل درجة الحرارة للمقاومة الكهربائية ، ويظهر التغير النسبي في مقاومة السلك عند تسخينه بمقدار 1 درجة مئوية.

من هذا التعبير ، الكمية α يساوي

α = (R_تي^س - ص₂₀^حول) / (ص₂₀^حول·(ر^س-20°))

بالنسبة لمعظم المعادن وسبائكها ، والقيمة α > 0 ، أي عند تسخينها ، تزداد مقاومتهم والعكس صحيح.

بالنسبة لأسلاك المعدن النقي ، تتراوح قيم النطاق من 0.0037 إلى 0.0065 لكل درجة مئوية. لسبائك عالية المقاومة α له قيم صغيرة جدًا ، عشرات ومئات المرات أصغر من الموصلات المعدنية النقية. هكذا على سبيل المثال ، للمنجانين α = 0.000015 في درجة مئوية

معنى α لأشباه الموصلات ، الشوارد سالبة ، بترتيب 0.02. معامل درجة الحرارة للمقاومة الكهربائية هو أيضا سلبي وقيمته المطلقة أعلى بعشر مرات من α للمعادن.

يستخدم اعتماد المقاومة على درجة الحرارة على نطاق واسع في التكنولوجيا لقياس درجات الحرارة باستخدام ما يسمىموازين الحرارةمن اجل ذلكαيجب أن تكون كبيرة. في عدد من الأجهزة ، على العكس من ذلك ، يتم استخدام المواد ذات القيمة المنخفضةα من أجل استبعاد تأثير تقلبات درجة الحرارة على قراءات هذه الأجهزة.

مثال لحساب التغير في مقاومة الموصل عند تسخينه: كيفية حساب درجة حرارة خيوط مصباح خيوط في الوضع الاسمي

مقاومة التيار المتردد

ستكون مقاومة الموصل نفسه للتيار المتردد أكبر من التيار المباشر. ويرجع ذلك إلى ظاهرة ما يسمى تأثير السطحوالذي يتكون في حقيقة أن التيار المتردد يتم إزاحته من الجزء المركزي من الموصل إلى الطبقات المحيطية. نتيجة لذلك ، ستكون الكثافة الحالية في الطبقات الداخلية أقل من الطبقات الخارجية.

وبالتالي ، مع التيار المتردد ، يتم استخدام المقطع العرضي للموصل ، كما كان ، بشكل غير كامل. ومع ذلك ، عند تردد 50 هرتز ، يكون الفرق في المقاومة للتيارات المباشرة والمتناوبة ضئيلًا ويمكن إهماله في الممارسة العملية.

وتسمى المقاومة موصل العاصمةأومية، والتناوب الحالي -المقاومة النشطة. تعتمد المقاومة الأومية والنشطة على المادة (الهيكل الداخلي) والأبعاد الهندسية ودرجة حرارة الموصل. بالإضافة إلى ذلك ، في الملفات ذات النواة الفولاذية ، تتأثر قيمة المقاومة النشطة بفقدان الفولاذ.

تشمل المقاومة النشطة المصابيح المتوهجة الكهربائية ، أفران المقاومة الكهربائية ، أجهزة التسخين المختلفة ، مقاومة متغيرة وأسلاك ، حيث يتم تحويل الطاقة الكهربائية بالكامل تقريبًا إلى حرارة.

بالإضافة إلى المقاومة النشطة ، في دوائر التيار المتردد ، توجد مقاومات حثية وسعوية (انظر -ما هو الحمل الاستقرائي والسعة؟).

مقاومة العزل

تعتمد موثوقية الشبكة الكهربائية والمعدات إلى حد كبير على جودة العزل بين الأجزاء الحية ذات المراحل المختلفة ، وكذلك بين الأجزاء الحية والأرض.

تتميز جودة العزل بحجم مقاومتها. عادةً ما يكون تعريف هذه القيمة محدودًا أثناء اختبارات التحكم في الشبكات والتركيبات ذات الجهد الأقل من 1000 فولت. وبالنسبة لتركيبات الجهد العالي ، يتم تحديد القوة الكهربائية وفقدان العزل الكهربائي بشكل إضافي.

اعتمادًا على حالة الشبكة (تم إيقاف تشغيل الشبكة أو تشغيلها ، سواء كان الجهد الكهربي أم لا) ، يتم استخدام دوائر تبديل مختلفة لأجهزة القياس وطرق حساب قيمة مقاومة العزل. أكثر مقاييس الضغط الفولتميترية المستخدمة على نطاق واسع لهذا الغرض.

مهمة تحديد مقاومة العزل محددة وشاملة في الحجم ، لذلك ، لدراستها ، نوصيك بالرجوع إلى هذه المقالة:كيفية استخدام مقياس الضخامة

ما هو حساب الأسلاك للتدفئة ل؟

المقاومة الكهربائية يؤثر لتسخين الأسلاك والكابلات. يجب أن توفر الأسلاك التي تربط مصدر الطاقة بالمستقبلات الطاقة للمستقبلات مع فقد بسيط للجهد والطاقة ، ولكن في الوقت نفسه لا ينبغي تسخينها بالتيار الذي يمر بها فوق درجة الحرارة المسموح بها.

إن تجاوز قيم درجة الحرارة المسموح بها يؤدي إلى تلف عزل الأسلاك ، ونتيجة لذلك ، إلى دائرة كهربائية قصيرة ، أي زيادة حادة في القيمة الحالية في الدائرة. لذلك ، يتيح لك حساب الأسلاك تحديد المنطقة المستعرضة التي سيكون فيها فقدان الجهد وتسخين الأسلاك ضمن الحدود الطبيعية.

عادة ، يتم فحص المقطع العرضي للأسلاك والكابلات للتدفئة وفقا لجداول الأحمال الحالية المسموح بها من PUE. إذا كان المقطع العرضي لا يناسب ظروف التدفئة ، يجب عليك اختيار مقطع عرضي أكبر يلبي هذه المتطلبات.

وحدات التدفئة المقاومة

العناصر الرئيسية للأفران الكهربائية هي عناصر التدفئة الكهربائية وجهاز العزل الحراري الذي يمنع فقدان الحرارة إلى الفضاء المحيط. تستخدم المواد غير المعدنية المقاومة للحرارة ذات المقاومة العالية (الفحم ، الجرافيت ، الكاربورندوم) والمواد المعدنية (نيتشروم ، كونستانتان ، فخرال ، إلخ) كمواد لعناصر التدفئة الكهربائية.

مواد عالية المقاومة ρ يتيح لك تصميم عناصر التسخين مع مساحة وسطح مستعرضين كبيرين ، واختيار المواد ذات معامل التمدد الصغير α، يوفر ثبات الأبعاد الهندسية للعنصر عند تسخينه.

تصنع عناصر التسخين المصنوعة من مواد من الجرافيت على شكل قضبان مع قسم أنبوبي أو صلب. مصنوعة عناصر التدفئة المعدنية في شكل سلك أو شريط.

باستخدام الصمامات

لحماية أسلاك الدائرة الكهربائية من التيارات التي تتجاوز القيم المسموح بها ، وتطبيققواطع الدائرة والصمامات أنواع مختلفة. من حيث المبدأ ، فإن الصمامات هو جزء من دائرة كهربائية ذات ثبات حراري منخفض.

عادةً ما يتم إجراء إدراج الصمامات في شكل موصل قصير من المقطع العرضي الصغير مصنوع من مادة ذات الموصلية الجيدة (النحاس والفضة) أو موصل مع مقاومة عالية نسبيا (الرصاص والقصدير). إذا زاد التيار عن القيمة التي صمم من أجلها المصهر ، فإن الأخير يحترق ويطفئ قسم الدائرة أو المجمع الحالي الذي يحميه.

انظر أيضا:الجهد والمقاومة والتيار والطاقة هي الكميات الكهربائية الرئيسية