Wat is elektrische weerstand en hoe hangt het af van de temperatuur

Vanuit het oogpunt van het elektromagnetische proces dat zich daarin voordoet, wordt elk element of gedeelte van een elektrisch circuit primair gekenmerkt door het vermogen om stroom te geleiden of de doorgang van stroom te belemmeren. Deze eigenschap van circuitelementen wordt geëvalueerd door hun elektrische geleidbaarheid of de waarde van omgekeerde geleidbaarheid - elektrische weerstand.

De meeste elektrische apparaten bestaan ​​uit geleidende delen van metalen geleiders, meestal uitgerust met een isolerende coating of omhulsel. De elektrische weerstand van een geleider hangt af van zijn geometrische afmetingen en materiaaleigenschappen. De waarde van de elektrische weerstand is gelijk aan

R = ρl / s = l / (γs)

waarin l - lengte van de geleider, m; s — dwarsdoorsnede van de geleider, mm²; ρ — geleidbaarheid, ohm·mm²/m; γ — specifieke geleidbaarheid, m / ohm·mm.

Elektrische weerstand

De weerstand en geleidbaarheid houden rekening met de eigenschappen van het materiaal van de geleider en geven de waarden van weerstand en geleidbaarheid van de geleider 1 m lang en 1 mm dwarsdoorsnede².

In termen van soortelijke weerstand ρ Alle materialen kunnen in drie groepen worden verdeeld:

• geleiders - metalen en hun legeringen (ρ 0,015 tot 1,2 ohm·mm²/m);

• elektrolyten en halfgeleiders (ρ vanaf 10² tot 20⁶ ohm·mm²/m);

• diëlektrica of isolatoren (ρ vanaf 10¹⁰ tot 20¹¹ ohm·mm²/m).

In elektrische apparaten worden materialen met zowel kleine als hoge weerstanden gebruikt. Als het vereist is dat het circuitelement een lichte weerstand heeft (bijvoorbeeld verbindingsdraden), moet het worden gemaakt van geleiders met een lage waarde ρ - in de orde van 0,015-0,03, bijvoorbeeld van koper, zilver, aluminium.

Andere apparaten moeten daarentegen aanzienlijke weerstanden hebben (elektrische gloeilampen, verwarmingsapparaten, enz.), Daarom moeten hun stroomvoerende elementen zijn gemaakt van materialen met een hoge weerstand ρ, meestal metaallegeringen voorstellen. Deze omvatten bijvoorbeeld manganine, constantan, nichrome, die ertoe doen ρ van 0,1 tot 1,2.

Temperatuurafhankelijkheid van elektrische weerstand

De waarde van de elektrische weerstand hangt ook af van de temperatuur van de geleider, die kan variëren als gevolg van verwarming van de geleider door elektrische stroom of als gevolg van veranderingen in de omgevingstemperatuur. Wanneer de temperatuur van de geleider verandert, verandert zijn soortelijke weerstand. De bovenstaande p-waarden voor sommige materialen zijn geldig bij temperatuur

De onafhankelijkheid van weerstand tegen temperatuur wordt ongeveer als volgt uitgedrukt:

R_t^o = R₂₀^over·[1+α·(t^o-20°)]

R_t^o - weerstand van de geleider bij temperatuur t^o, R₂₀^over- hetzelfde bij een temperatuur van 20 ° C, ohm; α Is de temperatuurcoëfficiënt van elektrische weerstand, die de relatieve verandering in de weerstand van de draad weergeeft wanneer deze wordt verwarmd met 1 ° C.

Uit deze uitdrukking, de hoeveelheid α is gelijk aan

α = (R_t^o - R₂₀^over) / (R₂₀^over·(t^o-20°))

Voor de meeste metalen en hun legeringen, de waarde α > 0, d.w.z. bij verhitting neemt hun weerstand toe en vice versa.

Voor pure metalen bedrading liggen de waarden tussen 0,0037 en 0,0065 per 1 ° C. Voor legeringen met hoge weerstand α heeft zeer kleine waarden, tientallen en honderden keren kleiner dan die van pure metalen geleiders. Dus bijvoorbeeld voor manganine α = 0.000015 bij ° C

betekenis α voor halfgeleiders zijn elektrolyten negatief, in de orde van 0,02. De temperatuurcoëfficiënt van elektrische weerstand is ook negatief en is in zijn absolute waarde tien keer hoger dan α voor metalen.

De afhankelijkheid van temperatuurbestendigheid wordt veel gebruikt in de technologie voor het meten van temperaturen met behulp van de zogenaamdeweerstandsthermometerswaarvoorαzou groot moeten zijn. In een aantal apparaten worden daarentegen materialen met een lage waarde gebruiktα om de invloed van temperatuurschommelingen op de meetwaarden van deze apparaten uit te sluiten.

Een voorbeeld van het berekenen van de verandering in de weerstand van een geleider bij verwarming: Hoe de gloeidraadtemperatuur van een gloeilamp in de nominale modus te berekenen

AC weerstand

De weerstand van dezelfde geleider voor wisselstroom zal groter zijn dan voor gelijkstroom. Dit komt door het fenomeen van de zogenaamde oppervlakte-effectdie bestaat uit het feit dat wisselstroom wordt verplaatst van het centrale deel van de geleider naar de omtrekslagen. Als gevolg hiervan zal de stroomdichtheid in de binnenste lagen minder zijn dan in de buitenste.

Aldus wordt met wisselstroom de doorsnede van de geleider als het ware onvolledig gebruikt. Bij een frequentie van 50 Hz is het verschil in weerstand tegen directe en wisselstromen echter onbeduidend en kan in de praktijk worden verwaarloosd.

DC-geleiderweerstand wordt genoemdohmseen wisselstroom -actieve weerstand. Ohmse en actieve weerstanden zijn afhankelijk van het materiaal (interne structuur), geometrische afmetingen en temperatuur van de geleider. Bovendien wordt in spoelen met een stalen kern de waarde van de actieve weerstand beïnvloed door het verlies aan staal.

Actieve weerstanden zijn elektrische gloeilampen, elektrische weerstandsovens, verschillende verwarmingsapparaten, reostaten en draden, waar elektrische energie bijna volledig wordt omgezet in warmte.

Naast actieve weerstand zijn er in wisselstroomcircuits inductieve en capacitieve weerstanden (zie -Wat is inductieve en capacitieve belasting?).

Isolatie weerstand

De betrouwbaarheid van het elektrische netwerk en de apparatuur hangt grotendeels af van de kwaliteit van de isolatie tussen spanningvoerende delen van verschillende fasen, evenals tussen spanningvoerende delen en aarde.

De kwaliteit van isolatie wordt gekenmerkt door de omvang van zijn weerstand. De definitie van deze waarde is meestal beperkt tijdens de besturingstests van netwerken en installaties met een spanning van minder dan 1000 V. Voor installaties met hogere spanning worden bovendien de elektrische sterkte en de diëlektrische verliezen bepaald.

Afhankelijk van de status van het netwerk (het netwerk met de ontvangers in- of uitgeschakeld, al dan niet onder spanning), worden verschillende schakelcircuits voor meetapparatuur en methoden voor het berekenen van de waarde van isolatieweerstand gebruikt. De meest gebruikte megaohmmeters en voltmeters voor dit doel.

De taak om de isolatieweerstand te bepalen, is specifiek en uitgebreid qua volume. Daarom raden we u aan om dit artikel te bestuderen:Hoe een megaohmmeter te gebruiken

Waarvoor dienen verwarmingsdraden te worden berekend?

Elektrische weerstand beïnvloedt voor het verwarmen van draden en kabels. De draden die de energiebron verbinden met de ontvangers moeten de ontvangers van stroom voorzien met een klein verlies aan spanning en energie, maar ze mogen niet worden verwarmd door de stroom die erdoorheen stroomt boven de toegestane temperatuur.

Overschrijding van de toelaatbare temperatuurwaarden leidt tot schade aan de isolatie van de draden en, als gevolg hiervan, tot kortsluiting, d.w.z. een sterke toename van de stroomwaarde in het circuit. Daarom kunt u met de berekening van de draden het dwarsdoorsnedegebied bepalen waarbij het spanningsverlies en de verwarming van de draden binnen de normale grenzen liggen.

Doorgaans wordt de doorsnede van draden en kabels voor verwarming gecontroleerd volgens de tabellen met toelaatbare stroombelastingen van PUE. Als de doorsnede niet past bij de verwarmingsomstandigheden, moet u een grotere doorsnede kiezen die aan deze vereisten voldoet.

Weerstandsverwarmingseenheden

De belangrijkste elementen van elektrische ovens zijn elektrische verwarmingselementen en een thermisch isolatie-apparaat dat warmteverlies naar de omliggende ruimte voorkomt. Hittebestendige niet-metalen materialen met een hoge soortelijke weerstand (steenkool, grafiet, carborundum) en metalen materialen (nichrome, constantan, fechral, ​​enz.) Worden gebruikt als materialen voor elektrische verwarmingselementen.

Materialen met hoge weerstand ρ stelt u in staat om verwarmingselementen te ontwerpen met een groot dwarsdoorsnedeoppervlak en oppervlak, en de keuze van materialen met een kleine uitzettingscoëfficiënt α, biedt onveranderbaarheid van de geometrische afmetingen van het element bij verhitting.

Verwarmingselementen gemaakt van materialen zoals grafiet worden gemaakt in de vorm van staven met een buisvormig of massief gedeelte. Metalen verwarmingselementen zijn gemaakt in de vorm van draad of tape.

Zekeringen gebruiken

Om de draden van het elektrisch circuit te beschermen tegen stromen die de toelaatbare waarden overschrijden, moet u zich erop richtenstroomonderbrekers enzekeringen verschillende soorten. In principe is een zekering een deel van een elektrisch circuit met een lage thermische stabiliteit.

Het lontinzetstuk wordt meestal gemaakt in de vorm van een korte geleider met een kleine dwarsdoorsnede gemaakt van een materiaal met een goede geleidbaarheid (koper, zilver) of een geleider met een relatief hoge soortelijke weerstand (lood, tin). Als de stroom hoger wordt dan de waarde waarvoor de zekering is ontworpen, brandt deze uit en verbreekt het beveiligde circuitgedeelte of de stroomcollector.

Zie ook:Spanning, weerstand, stroom en vermogen zijn de belangrijkste elektrische grootheden