Mi az elektromos ellenállás és hogyan függ ez a hőmérséklettől?

Az abban zajló elektromágneses folyamat szempontjából az elektromos áramkör bármely elemét vagy szakaszát elsősorban az az áramvezetési képesség jellemzi, amely akadályozza az áram áthaladását. Az áramköri elemek ezt a tulajdonságát a elektromos vezetőképesség vagy a fordított vezetőképesség értéke - elektromos ellenállás.

A legtöbb elektromos eszköz fémvezetőkből készült vezető alkatrészekből áll, általában szigetelő bevonattal vagy burkolattal ellátva. A vezető elektromos ellenállása a geometriai méreteitől és az anyag tulajdonságaitól függ. Az elektromos ellenállás értéke egyenlő:

R = ρl / s = l / (γs)

ahol l - vezető hossz, m; s — a vezető keresztmetszeti területe, mm²; ρ — vezetőképesség, ohm·mm²/m; γ — fajlagos vezetőképesség, m / ohm·mm.

Elektromos ellenállás

A ellenállás és a vezetőképesség figyelembe veszi a vezető anyag tulajdonságait, és megadja az 1 m hosszú és 1 mm keresztmetszetű vezető ellenállásának és vezetőképességének értékeit².

Az ellenállás szempontjából ρ Minden anyagot három csoportra lehet osztani:

• vezetők - fémek és ötvözeteik (ρ 0,015 - 1,2 ohm·mm²/m);

• elektrolitok és félvezetők (ρ 10-től² 20-ig⁶ ohm·mm²/m);

• dielektrikumok vagy szigetelők (ρ 10-től¹⁰ 20-ig¹¹ ohm·mm²/m).

Az elektromos készülékekben mind a kis, mind a nagy ellenálló képességű anyagokat használják. Ha szükséges, hogy az áramköri elemnek legyen kis ellenállása (például összekötő vezetékek), akkor azt alacsony értékű vezetőkből kell készíteni ρ - 0,015-0,03 nagyságrendű, például réz, ezüst, alumínium.

Más eszközöknek éppen ellenkezőleg, jelentős ellenállással kell rendelkezniük (elektromos izzólámpák, fűtőberendezések stb.), Ezért áramvezető elemeiknek nagy ellenállású anyagokból kell készülniük. ρ, amelyek általában fémötvözeteket képviselnek. Ide tartoznak például a manganin, a konstanz és a nikróm, amelyek számítanak ρ 0,1-től 1,2-ig.

Az elektromos ellenállás hőmérsékletfüggése

Az elektromos ellenállás értéke a vezető hőmérséklettől is függ, amely változhat a vezető elektromos árammal történő hevítése vagy a környezet hőmérséklete változása miatt. Amikor a vezető hőmérséklete megváltozik, ellenállása megváltozik. Egyes anyagok fenti p értékei hőmérsékleten érvényesek

A hőmérséklettől való ellenállás függetlenségét körülbelül a következőképpen fejezzük ki:

R_t^o = R₂₀^{körülbelül}·[1+α·(t^o-20°)]

R_t^o - a vezető ellenállása t hőmérsékleten^o, R₂₀^{körülbelül}- ugyanez 20 ° C hőmérsékleten, ohm; α Az elektromos ellenállás hőmérsékleti együtthatója, amely megmutatja a huzal ellenállásának relatív változását, amikor azt 1 ° C-ra melegítik

Ebből a kifejezésből a mennyiség α egyenlő:

α = (R_t^o - R₂₀^{körülbelül}) / (R₂₀^{körülbelül}·(t^o-20°))

A legtöbb fémek és ötvözeteik esetében az érték α > 0, vagyis melegítve ellenállásuk növekszik, és fordítva.

A tiszta fém huzalozása esetén 0,0037 és 0,0065 közötti érték 1 ° C-on. Nagy ellenállású ötvözetekhez α nagyon kicsi, tíz és százszor kisebb értékekkel rendelkezik, mint a tiszta fémvezetékek. Tehát például a manganin esetében α = 0,000015 ° C-on.

jelentését α a félvezetőknél az elektrolitok negatív, 0,02 nagyságrendűek. Az elektromos ellenállás hőmérsékleti együtthatója szintén negatív, abszolút értékében tízszer nagyobb, mint α fémekhez.

A hőmérsékleti ellenállás függését széles körben alkalmazzák a hőmérsékletmérési technológiában az úgynevezettellenállás hőmérőkamelyértαnagynak kell lennie. Ezzel szemben számos eszközben alacsony értékű anyagokat használnakα annak érdekében, hogy kizárjuk a hőmérséklet-ingadozások ezen eszközök leolvasására gyakorolt ​​hatását.

Példa egy vezető ellenállásának melegítéskor történő számításának kiszámítására: Hogyan számolhatjuk az izzólámpa izzólámpáját névleges üzemmódban?

AC ellenállás

Ugyanazon vezető váltakozó áram ellenállása nagyobb lesz, mint az egyenáram. Ennek oka az úgynevezett jelenség felületi hatásamely abban áll, hogy a váltakozó áram a vezető középső részétől a kerületi rétegek felé tolódik el. Ennek eredményeként a belső rétegekben az áram sűrűsége kisebb lesz, mint a külső rétegekben.

Így váltakozó árammal a vezető keresztmetszetét ugyanúgy hiányosan használják. 50 Hz frekvencián azonban a közvetlen és váltakozó áramokkal szembeni ellenállás különbsége jelentéktelen, és a gyakorlatban elhanyagolható.

Az egyenáramú vezeték ellenállását nevezzükohmos, és váltakozó áram -aktív ellenállás. Az ohmikus és az aktív ellenállás a vezető anyagától (belső szerkezete), geometriai méreteitől és hőmérséklettől függ. Ezenkívül acélmaggal ellátott tekercsekben az aktív ellenállás értékét befolyásolja az acélveszteség.

Az aktív ellenállás magában foglalja az elektromos izzólámpákat, az elektromos ellenállású kemencéket, a különféle fűtőberendezéseket, reostatokat és vezetékeket, ahol az elektromos energia szinte teljes egészében hőre alakul.

Az aktív ellenállás mellett a váltakozó áramú áramkörökben induktív és kapacitív ellenállások is vannak (lásd -Mi az induktív és kapacitív terhelés?).

Szigetelési ellenállás

Az elektromos hálózat és a berendezések megbízhatósága nagymértékben függ a különféle fázisú feszültség alatt álló részek, valamint az feszültség alatt álló részek és a talaj közötti szigetelés minőségétől.

A szigetelés minőségét az ellenállás nagysága jellemzi. Ennek az értéknek a meghatározása általában korlátozott az 1000 V-nál kisebb feszültségű hálózatok és létesítmények ellenőrzési tesztelésekor. Nagyobb feszültségű létesítményeknél ezenkívül meghatározzák az elektromos szilárdságot és az dielektromos veszteségeket.

A hálózat állapotától (a hálózat kikapcsolt vagy bekapcsolt teljesítményű vevőkészülékkel, feszültség alatt vagy sem) különféle kapcsolási áramköröket használnak a mérőeszközökhöz és a szigetelési ellenállás értékének kiszámításához. Erre a célra a legszélesebb körben használt megaohméterek és voltmérők.

A szigetelési ellenállás meghatározásának feladata specifikus és kiterjedt, ezért annak tanulmányozásához javasoljuk, hogy olvassa el ezt a cikket:Hogyan kell használni a megaohmmetert?

Mire számítják a fűtési vezetékeket?

Az elektromos ellenállás befolyásolja vezetékek és kábelek fűtésére. Az energiaforrást a vevőkészülékeket összekötő vezetékeknek energiát kell biztosítaniuk a vevőknek kis feszültség és energiaveszteség mellett, ugyanakkor nem szabad melegíteni őket a megengedett hőmérséklet feletti átmenő árammal.

A megengedett hőmérsékleti értékek túllépése vezetékek szigetelésének károsodásához vezet, és ennek következtében rövidzárlathoz, azaz az áramkörben az áramérték hirtelen növekedéséhez. Ezért a vezetékek kiszámítása lehetővé teszi annak a keresztmetszetnek a meghatározását, amelynél a vezetékek feszültségvesztesége és melegítése normál határokon belül lesz.

A fűtéshez használt vezetékek és kábelek keresztmetszetét általában ellenőrzik a megengedett áramterhelés táblázata szerint PUE-tól. Ha a keresztmetszet nem felel meg a fűtési feltételeknek, akkor válasszon egy nagyobb keresztmetszetet, amely megfelel ezeknek a követelményeknek.

Ellenállás fűtőegységek

Az elektromos kemencék fő elemei az elektromos fűtőelemek és egy hőszigetelő eszköz, amely megakadályozza a környezeti tér hőveszteségét. Hőálló nem fémből készült, nagy ellenállású anyagok (szén, grafit, karborundum) és fémes anyagokból (nikróm, konstans, fechral stb.) Készülnek az elektromos fűtőelemek anyagai.

Nagy ellenállású anyagok ρ lehetővé teszi nagy keresztmetszetű és felületű fűtőelemek tervezését, valamint az anyagok megválasztását kis tágulási együtthatóval α, megengedi az elem geometriai méreteinek megváltoztathatatlanságát hevítéskor.

A grafit típusú anyagokból készült fűtőelemeket cső alakú vagy tömör keresztmetszetű rudak formájában készítik. A fém fűtőelemeket huzal vagy szalag formájában készítik.

Biztosítékok használata

Az elektromos áramkör vezetékeinek a megengedett értékeket meghaladó áramoktól való védelme érdekében alkalmazzamegszakítók ésbiztosítékok különféle típusok. A biztosíték elvileg egy alacsony hőstabilitással rendelkező elektromos áramkör egy szakasza.

A biztosítékbetét általában rövid keresztmetszetű, jó vezetőképességű anyagból (réz, ezüst) vagy viszonylag nagy ellenállású vezetőből (ólom, ón) készült, rövid keresztmetszetű vezetőként van kialakítva. Ha az áram meghaladja azt az értéket, amelyre a biztosítékot tervezték, akkor az megégeti és kikapcsolja az általad védett áramköri részt vagy áramgyűjtőt.

Lásd még:A feszültség, az ellenállás, az áram és az energia a fő elektromos mennyiség