Co to jest opór elektryczny i jak to zależy od temperatury

Z punktu widzenia zachodzącego w nim procesu elektromagnetycznego każdy element lub odcinek obwodu elektrycznego charakteryzuje się przede wszystkim zdolnością przewodzenia prądu lub utrudniania przepływu prądu. Ta właściwość elementów obwodu jest oceniana na podstawie ich przewodnictwo elektryczne lub wartość przewodnictwa zwrotnego - opór elektryczny.

Większość urządzeń elektrycznych składa się z części przewodzących wykonanych z metalowych przewodników, zwykle wyposażonych w powłokę izolacyjną lub osłonę. Rezystancja elektryczna przewodnika zależy od jego wymiarów geometrycznych i właściwości materiału. Wartość rezystancji elektrycznej jest równa

R = ρl / s = l / (γs)

gdzie l - długość przewodu, m; s — powierzchnia przekroju przewodnika, mm²; ρ — przewodnictwo, om·mm²/m; γ — przewodność właściwa, m / om·mm

Rezystywność elektryczna

Rezystywność i przewodnictwo uwzględniają właściwości materiału przewodnika i podają wartości rezystancji i przewodności przewodu o długości 1 m i powierzchni przekroju 1 mm².

Pod względem oporności ρ Wszystkie materiały można podzielić na trzy grupy:

• przewodniki - metale i ich stopy (ρ Od 0,015 do 1,2 oma·mm²/m);

• elektrolity i półprzewodniki (ρ od 10² do 20⁶ om·mm²/m);

• dielektryki lub izolatory (ρ od 10¹⁰ do 20¹¹ om·mm²/m).

W urządzeniach elektrycznych stosuje się materiały o małej i wysokiej rezystywności. Jeśli wymagane jest, aby element obwodu miał niewielki opór (na przykład przewody łączące), powinien być wykonany z przewodów o niskiej wartości ρ - rzędu 0,015-0,03, na przykład miedź, srebro, aluminium.

Przeciwnie, inne urządzenia powinny mieć znaczną rezystancję (elektryczne żarówki, urządzenia grzewcze itp.), Dlatego ich elementy przewodzące prąd powinny być wykonane z materiałów o wysokiej rezystywności ρ, zwykle reprezentujące stopy metali. Należą do nich na przykład manganina, Constanan, nichrom, które mają znaczenie ρ od 0,1 do 1,2.

Zależność rezystancji elektrycznej od temperatury

Wartość rezystancji elektrycznej zależy również od temperatury przewodnika, która może się zmieniać ze względu na ogrzewanie przewodnika przez prąd elektryczny lub ze względu na zmiany temperatury otoczenia. Gdy zmienia się temperatura przewodnika, zmienia się jego rezystywność. Powyższe wartości p dla niektórych materiałów obowiązują w temperaturze

Niezależność odporności od temperatury jest w przybliżeniu wyrażona następująco:

R_t^o = R₂₀^około·[1+α·(t^o-20°)]

R_t^o - rezystancja przewodu w temperaturze t^o, R₂₀^około- to samo w temperaturze 20 ° C, om; α Jest współczynnikiem temperaturowym oporu elektrycznego, pokazującym względną zmianę rezystancji drutu, gdy jest on ogrzewany o 1 ° C.

Z tego wyrażenia ilość α jest równy

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

Dla większości metali i ich stopów wartość α > 0, tj. Po podgrzaniu ich oporność wzrasta i odwrotnie.

W przypadku okablowania z czystego metalu wartości mieszczą się w zakresie od 0,0037 do 0,0065 na 1 ° C. Do stopów o wysokiej odporności α ma bardzo małe wartości, dziesiątki i setki razy mniejsze niż w przypadku przewodów z czystego metalu. Na przykład dla manganiny α = 0,000015 w ° C

Wartości α w przypadku półprzewodników elektrolity są ujemne, rzędu 0,02. Współczynnik temperaturowy oporu elektrycznego jest również ujemny, a jego wartość bezwzględna jest dziesięciokrotnie wyższa niż α dla metali.

Zależność rezystancji od temperatury jest szeroko stosowana w technologii pomiaru temperatur za pomocą tzwtermometry rezystancyjnedla któregoαpowinno być duże. Przeciwnie, w wielu urządzeniach stosuje się materiały o niskiej wartościα w celu wykluczenia wpływu wahań temperatury na odczyty tych urządzeń.

Przykład obliczenia zmiany rezystancji przewodnika po podgrzaniu: Jak obliczyć temperaturę żarnika żarówki w trybie nominalnym

Odporność na prąd przemienny

Rezystancja tego samego przewodu dla prądu przemiennego będzie większa niż dla prądu stałego. Wynika to ze zjawiska tzw efekt powierzchniowyco polega na tym, że prąd przemienny jest przemieszczany z centralnej części przewodnika do warstw obwodowych. W rezultacie gęstość prądu w warstwach wewnętrznych będzie mniejsza niż w warstwach zewnętrznych.

Zatem przy prądzie przemiennym stosuje się niejako przekrój poprzeczny przewodnika. Jednak przy częstotliwości 50 Hz różnica w oporności na prądy stałe i przemienne jest nieznaczna i można ją w praktyce pominąć.

Nazywa się rezystancję przewodu prądu stałegoomowyi prąd przemienny -aktywny opór. Rezystancje omowe i aktywne zależą od materiału (struktury wewnętrznej), wymiarów geometrycznych i temperatury przewodnika. Ponadto w cewkach ze stalowym rdzeniem na wartość aktywnego oporu wpływa utrata stali.

Aktywne rezystancje obejmują elektryczne lampy żarowe, elektryczne piece oporowe, różne urządzenia grzewcze, reostaty i druty, w których energia elektryczna jest prawie całkowicie przekształcana w ciepło.

Oprócz rezystancji czynnej w obwodach prądu przemiennego występują rezystancje indukcyjne i pojemnościowe (patrz -Co to jest obciążenie indukcyjne i pojemnościowe?).

Rezystancja izolacji

Niezawodność sieci elektrycznej i sprzętu w dużej mierze zależy od jakości izolacji między częściami pod napięciem różnych faz, a także między częściami pod napięciem a ziemią.

Jakość izolacji charakteryzuje się wielkością jej rezystancji. Definicja tej wartości jest zwykle ograniczona podczas prób kontrolnych sieci i instalacji o napięciu mniejszym niż 1000 V. W przypadku instalacji o wyższym napięciu dodatkowo określa się wytrzymałość elektryczną i straty dielektryczne.

W zależności od stanu sieci (sieć z wyłączonymi lub włączonymi odbiornikami mocy, nawet pod napięciem), stosuje się różne obwody przełączające do urządzeń pomiarowych i metody obliczania wartości rezystancji izolacji. Najczęściej stosowane do tego celu megomomierze i woltomierze.

Zadanie określenia rezystancji izolacji jest specyficzne i ma dużą objętość, dlatego w celu jej przestudiowania zalecamy zapoznanie się z tym artykułem:Jak korzystać z megaomomierza

Do czego służą obliczenia drutów do ogrzewania?

Wpływa na opór elektryczny do przewodów grzejnych i kabli. Przewody łączące źródło energii z odbiornikami powinny dostarczać energię do odbiorników z niewielką utratą napięcia i energii, ale jednocześnie nie powinny być ogrzewane przez przepływający przez nie prąd powyżej dopuszczalnej temperatury.

Przekroczenie dopuszczalnych wartości temperatury prowadzi do uszkodzenia izolacji drutów, aw konsekwencji do zwarcia, tj. Gwałtownego wzrostu wartości prądu w obwodzie. Dlatego obliczenia drutów pozwalają określić pole przekroju, w którym strata napięcia i nagrzewanie drutów będą mieściły się w normalnych granicach.

Zazwyczaj sprawdza się przekrój przewodów i kabli do ogrzewania zgodnie z tabelami dopuszczalnych obciążeń prądowych od PUE. Jeśli przekrój nie pasuje do warunków ogrzewania, należy wybrać większy przekrój, który spełnia te wymagania.

Rezystancyjne urządzenia grzewcze

Głównymi elementami pieców elektrycznych są elektryczne elementy grzejne i urządzenie termoizolacyjne, które zapobiega utracie ciepła do otaczającej przestrzeni. Żaroodporne materiały niemetaliczne o wysokiej rezystywności (węgiel, grafit, karborund) i materiały metaliczne (nichrom, Constanan, Fechral itp.) Są stosowane jako materiały do ​​elektrycznych elementów grzewczych.

Materiały o wysokiej rezystywności ρ pozwala projektować elementy grzewcze o dużej powierzchni przekroju i powierzchni oraz dobór materiałów o małym współczynniku rozszerzalności α, zapewnia niezmienność wymiarów geometrycznych elementu po podgrzaniu.

Elementy grzejne wykonane z materiałów takich jak grafit są wykonane w postaci prętów o przekroju rurowym lub litym. Metalowe elementy grzejne są wykonane w postaci drutu lub taśmy.

Korzystanie z bezpieczników

Aby zabezpieczyć przewody obwodu elektrycznego przed prądami przekraczającymi dopuszczalne wartości, należy zastosowaćwyłączniki automatyczne ibezpieczniki różne typy. Zasadniczo bezpiecznik jest odcinkiem obwodu elektrycznego o niskiej stabilności termicznej.

Wkładka bezpiecznikowa jest zwykle wykonana w postaci krótkiego przewodnika o małym przekroju wykonanego z materiału o dobrej przewodności (miedź, srebro) lub przewodnika o stosunkowo wysokiej rezystywności (ołów, cyna). Jeśli prąd wzrośnie powyżej wartości, dla której zaprojektowano bezpiecznik, ten ostatni wypala się i wyłącza odcinek obwodu lub kolektor prądu, który chroni.

Zobacz także:Napięcie, rezystancja, prąd i moc to główne wielkości elektryczne