Mikä on sähkövastus ja kuinka se riippuu lämpötilasta

Siinä tapahtuvan sähkömagneettisen prosessin kannalta jokaiselle sähköpiirin elementille tai osalle on ensisijaisesti ominaista kyky johtaa virtaa tai estää virran kulkua. Tämä piirielementtien ominaisuus arvioidaan niiden avulla sähkönjohtavuus tai käänteisen johtavuuden arvo - sähkövastus.

Suurin osa sähkölaitteista koostuu johtavista osista, jotka on valmistettu metallijohteista, yleensä varustettuna eristävällä päällysteellä tai vaipalla. Johtimen sähkövastus riippuu sen geometrisista mitoista ja materiaaliominaisuuksista. Sähkövastuksen arvo on yhtä suuri kuin

R = ρl / s = l / (γs)

jossa l - johtimen pituus, m; s — johtimen poikkipinta-ala, mm²; ρ — johtavuus, ohm·mm²/m; γ — ominaisjohtavuus, m / ohm·mm.

Sähkövastus

Vastuksessa ja johtavuudessa otetaan huomioon johtimen materiaalin ominaisuudet ja saadaan johtimen vastus- ja johtavuusarvot, joiden pituus on 1 m ja poikkipinta-ala 1 mm.².

Vastuksen suhteen ρ Kaikki materiaalit voidaan jakaa kolmeen ryhmään:

• johtimet - metallit ja niiden seokset (ρ 0,015 - 1,2 ohmia·mm²/m);

• elektrolyytit ja puolijohteet (ρ alkaen 10² jopa 20⁶ ohmi·mm²/m);

• dielektrikot tai eristeet (ρ alkaen 10¹⁰ jopa 20¹¹ ohmi·mm²/m).

Sähkölaitteissa käytetään materiaaleja, joilla on sekä pieni että korkea vastuskyky. Jos vaaditaan, että piirielementillä on pieni vastus (esimerkiksi kytkentäjohdot), sen tulisi olla valmistettu johtimista, joiden arvo on pieni ρ - luokkaa 0,015-0,03, esimerkiksi kupari, hopea, alumiini.

Muilla laitteilla, päinvastoin, pitäisi olla merkittävä vastus (sähköisillä hehkulampuilla, lämmityslaitteilla jne.), Siksi niiden virtaa kuljettavien elementtien tulisi olla valmistettu materiaaleista, joilla on korkea vastus ρ, jotka edustavat yleensä metalliseoksia. Näitä ovat esimerkiksi manganiini, konstantaani, nikromi, joilla on merkitystä ρ välillä 0,1 - 1,2.

Sähkövastuksen lämpötilariippuvuus

Sähkövastuksen arvo riippuu myös johtimen lämpötilasta, joka voi vaihdella johtuen johtimen kuumentamisesta sähkövirralla tai ympäristön lämpötilan muutoksista. Kun johtimen lämpötila muuttuu, sen resistiivisyys muuttuu. Yllä olevat p-arvot joillekin materiaaleille ovat voimassa lämpötilassa

Lämpötilankestävyyden riippumattomuus ilmaistaan ​​suunnilleen seuraavasti:

R_T^O = R₂₀^noin·[1+α·(t^O-20°)]

R_T^O - johtimen vastus lämpötilassa t^O, R₂₀^noin- sama 20 ° C: n lämpötilassa, ohm; α Onko sähkövastuksen lämpötilakerroin, joka osoittaa vaijerin resistanssin suhteellisen muutoksen, kun sitä kuumennetaan 1 ° C: lla

Tästä lausekkeesta määrä α on yhtä suuri kuin

α = (R_T^O - R₂₀^noin) / (R₂₀^noin·(t^O-20°))

Useimmille metalleille ja niiden seoksille arvo α > 0, ts. Kuumennettaessa niiden vastus kasvaa ja päinvastoin.

Puhtaan metallin johdotuksissa arvot ovat välillä 0,0037 - 0,0065 / 1 ° C. Korkean kestävyyden omaaville seoksille α on erittäin pieniä arvoja, kymmeniä ja satoja kertoja pienempi kuin puhtaiden metallijohtimien. Joten esimerkiksi manganiini α = 0,000015 lämpötilassa ° C.

merkitys α puolijohteissa elektrolyytit ovat negatiivisia, luokkaa 0,02. Sähkövastuksen lämpötilakerroin on myös negatiivinen ja sen absoluuttisessa arvossa on kymmenen kertaa suurempi kuin α metalleille.

Lämpötilankestävyyden riippuvuutta käytetään laajalti tekniikassa lämpötilan mittaamiseen nsvastuslämpömittaritjoilleαpitäisi olla iso. Monissa laitteissa päinvastoin käytetään matalan arvon materiaalejaα lämpötilanvaihteluiden vaikutuksen poistamiseksi näiden laitteiden lukemista.

Esimerkki kuumennetun johtimen resistanssin muutoksen laskemisesta: Kuinka laskea hehkulampun hehkulamppu nimellismoodissa

AC-vastus

Saman johtimen vastus vaihtovirralle on suurempi kuin tasavirta. Tämä johtuu ns pintavaikutusjoka koostuu siitä, että vaihtovirta siirtyy johtimen keskiosasta reunakerroksiin. Seurauksena on, että sisäkerrosten virrantiheys on pienempi kuin ulkokerrosten.

Siten vaihtovirralla johtimen poikkileikkausta käytetään sellaisenaan epätäydellisesti. 50 Hz: n taajuudella ero suoran ja vaihtuvan virran vastuskyvyssä on kuitenkin merkityksetön, ja sen voidaan laiminlyödä käytännössä.

Tasavirtajohtimen resistanssia kutsutaanohminen, ja vaihtovirta -aktiivinen vastus. Ohminen ja aktiivinen resistanssi riippuvat johtimen materiaalista (sisäisestä rakenteesta), geometrisista mitoista ja lämpötilasta. Lisäksi terässydänkäämeissä aktiivisen vastuksen arvoon vaikuttaa teräksen menetys.

Aktiivisiin vastuksiin kuuluvat sähköiset hehkulamput, sähkövastusuunit, erilaiset lämmityslaitteet, reostaatit ja johdot, joissa sähköenergia muuttuu melkein kokonaan lämmöksi.

Aktiivisen vastuksen lisäksi vaihtovirtapiireissä on induktiivisia ja kapasitiivisia vastuksia (katso -Mikä on induktiivinen ja kapasitiivinen kuorma?).

Eristysvastus

Sähköverkon ja -laitteiden luotettavuus riippuu suuresti eristyksen laadusta eri vaiheiden jännitteisten osien välillä sekä jännitteisten osien ja maan välillä.

Eristyksen laadulle on ominaista sen kestävyys. Tämän arvon määritelmä on yleensä rajoitettu verkon ja laitoksen, jonka jännite on alle 1000 V., valvontatesteissä. Korkeampien jännitteiden asennuksissa määritetään lisäksi sähkövahvuus ja dielektriset häviöt.

Verkon tilasta riippuen (verkko, jossa viritinvahvistimet on kytketty pois päältä tai päältä, riippumatta siitä, onko niissä virtaa) käytetään erilaisia ​​mittauslaitteiden kytkentälaitteita ja menetelmiä eristysvastuksen arvon laskemiseksi. Yleisimmin tähän tarkoitukseen käytetyt megaohmetrimittarit ja volttimittarit.

Eristysresistanssin määrittäminen on erityinen ja laaja-alainen, joten sen tutkimiseksi suosittelemme, että viittaan tähän artikkeliin:Kuinka käyttää megaohmmeteriä

Mihin laskennalliset johdot lasketaan?

Sähkövastus vaikuttaa johtimien ja kaapeleiden lämmitykseen. Energialähteen vastaanottimiin yhdistävien johtimien tulisi antaa virran vastaanottimille pienellä jännitteen ja energian menetyksellä, mutta samalla niitä ei tule kuumentaa niiden läpi kulkevalla virralla sallitun lämpötilan yläpuolelle.

Sallittujen lämpötila-arvojen ylittäminen johtaa johtimien eristykseen ja tämän seurauksena oikosulkuun, ts. Virta-arvon voimakkaan nousun piiriin. Siksi johtimien laskennassa voidaan määrittää poikkileikkauspinta-ala, jolla johtojen jännitehäviöt ja kuumennukset ovat normin rajoissa.

Lämmitykseen tarkoitettujen johtimien ja kaapeleiden poikkileikkaus tarkistetaan tyypillisesti sallittujen virtakuormien taulukkojen mukaan alkaen PUE. Jos poikkileikkaus ei sovi lämmitysolosuhteisiin, sinun tulisi valita suurempi poikkileikkaus, joka täyttää nämä vaatimukset.

Vastuksenlämmitysyksiköt

Sähköuunien pääelementit ovat sähköiset lämmityselementit ja lämmöneristyslaite, joka estää lämpöhäviöt ympäröivään tilaan. Lämmönkestäviä ei-metallisia materiaaleja, joilla on korkea vastuskyky (kivihiili, grafiitti, karborundumi) ja metallimateriaaleja (nikromi, vakio, fechral jne.) Käytetään sähköisten lämmityselementtien materiaaleina.

Erittäin kestävät materiaalit ρ antaa sinun suunnitella lämmityselementtejä, joilla on suuri poikkileikkauspinta-ala ja pinta, ja materiaalien valinnassa, joilla on pieni laajenemiskerroin α, antaa elementin geometristen mittojen muuttumattomuuden kuumennettaessa.

Lämmityselementit, jotka on valmistettu materiaaleista, kuten grafiitista, valmistetaan sauvojen muodossa, joissa on putkimainen tai kiinteä osa. Metalliset lämmityselementit valmistetaan langan tai nauhan muodossa.

Sulakkeiden käyttö

Suojaa sähköpiirin johdot sallittuja arvoja ylittäviltä virroiltakatkaisijat jasulakkeet erityyppisiä. Periaatteessa sulake on osa sähköpiiriä, jolla on alhainen lämpöstabiilisuus.

Sulakelisäosa valmistetaan yleensä lyhyen, pienen poikkileikkauksen omaavan johtimen muodossa, joka on valmistettu materiaalista, jolla on hyvä johtavuus (kupari, hopea) tai johtimesta, jolla on suhteellisen korkea ominaisvastus (lyijy, tina). Jos virta kasvaa sen arvon yläpuolelle, jolle sulake on suunniteltu, viimeksi mainittu palaa ja katkaisee suojatun piiriosan tai virrankytkimen.

Katso myös:Jännite, vastus, virta ja teho ovat tärkeimmät sähkömäärät