Električni otpor je glavna karakteristika materijala za provodnike. Ovisno o području primjene vodiča, vrijednost njegovog otpora može igrati i pozitivnu i negativnu ulogu u funkcioniranju električnog sustava. Također, specifična primjena provodnika može zahtijevati uzimanje u obzir dodatnih karakteristika, čiji se utjecaj u konkretnom slučaju ne može zanemariti.
Provodnici su čisti metali i njihove legure. U metalu, atomi fiksirani u jednoj „jakoj“ strukturi imaju slobodne elektrone (tzv. „elektronski gas“). Upravo te čestice u ovom slučaju su nosioci naboja. Elektroni su u stalnom, nasumičnom kretanju od jednog atoma do drugog. Kada električno polje(povezivanje izvora napona na krajeve metala), kretanje elektrona u provodniku postaje uređeno. Pokretni elektroni nailaze na prepreke na svom putu uzrokovane posebnostima molekularne strukture provodnika. Kada se sudare sa strukturom, nosioci naboja gube energiju, dajući je provodniku (zagrevajući ga). Što više prepreka provodna struktura stvara za nosioce naboja, to je veći otpor.
Prilikom povećanja presjek provodne strukture za jedan broj elektrona, "kanal za prijenos" će postati širi, otpor će se smanjiti. Shodno tome, kako se dužina žice povećava, takvih prepreka će biti više i otpor će se povećati.
Dakle, osnovna formula za proračun otpora uključuje dužinu žice, površinu poprečnog presjeka i određeni koeficijent koji ove dimenzijske karakteristike povezuje sa električnim vrijednostima napona i struje (1). Ovaj koeficijent se naziva otpornost.
R= r*L/S (1)
Otpornost
Otpornost je nepromijenjena i svojstvo je tvari od koje je provodnik napravljen. Mjerne jedinice su ohm*m. Često veličina otpornost date su u ohm*mm sq./m. To je zbog činjenice da je površina poprečnog presjeka najčešće korištenih kabela relativno mala i mjeri se u mm2. Dajemo jednostavan primjer.
Zadatak br. 1. Dužina bakrene žice L = 20 m, presjek S = 1,5 mm. sq. Izračunajte otpor žice.
Rješenje: otpornost bakarne žice r = 0,018 ohm*mm. sq./m. Zamjenom vrijednosti u formulu (1) dobijamo R=0,24 oma.
Prilikom izračunavanja otpora elektroenergetskog sistema, otpor jedne žice mora se pomnožiti sa brojem žica.
Ako umjesto bakra koristite aluminij s većom otpornošću (r = 0,028 ohm * mm sq. / m), tada će se otpor žica u skladu s tim povećati. Za gornji primjer, otpor će biti R = 0,373 oma (55% više). Bakar i aluminijum su glavni materijali za žice. Postoje metali sa nižom otpornošću od bakra, kao što je srebro. Međutim, njegova upotreba je ograničena zbog očigledne visoke cijene. Donja tabela prikazuje otpornost i druge osnovne karakteristike materijala provodnika.
Tabela - glavne karakteristike provodnika
Toplotni gubici žica
Ako je, koristeći kabel iz gornjeg primjera, opterećenje od 2,2 kW spojeno na jednofaznu mrežu od 220 V, tada će struja I = P / U ili I = 2200/220 = 10 A teći kroz žicu za izračunavanje gubitaka snage u provodniku:
Ppr=(I^2)*R (2)
Primjer br. 2. Izračunati aktivne gubitke pri prijenosu snage od 2,2 kW u mreži napona 220 V za navedenu žicu.
Rješenje: zamjenom vrijednosti struje i otpora žica u formulu (2) dobijamo Ppr=(10^2)*(2*0,24)=48 W.
Dakle, pri prijenosu energije iz mreže na opterećenje, gubici u žicama će biti nešto više od 2%. Ova energija se pretvara u toplinu koju proizvodi provodnik u okruženje. Prema stanju grijanja vodiča (prema trenutnoj vrijednosti), odabire se njegov poprečni presjek, vođen posebnim tablicama.
Na primjer, za gornji vodič, maksimalna struja je 19 A ili 4,1 kW u mreži od 220 V.
Za smanjenje aktivnih gubitaka u dalekovodima koristi se povećan napon. Istovremeno, struja u žicama se smanjuje, gubici padaju.
Uticaj temperature
Povećanje temperature dovodi do povećanja vibracija kristalne rešetke metala. Shodno tome, elektroni nailaze na više prepreka, što dovodi do povećanja otpora. Veličina “osjetljivosti” otpornosti metala na povećanje temperature naziva se temperaturni koeficijent α. Formula za izračunavanje temperature je sljedeća
R=Rn*, (3)
gdje je Rn – otpor žice na normalnim uslovima(na temperaturi t°n); t° je temperatura provodnika.
Obično t°n = 20° C. Vrijednost α je također naznačena za temperaturu t°n.
Zadatak 4. Izračunati otpor bakarne žice na temperaturi t° = 90° C. α bakar = 0,0043, Rn = 0,24 Ohm (zadatak 1).
Rješenje: zamjenom vrijednosti u formulu (3) dobijamo R = 0,312 Ohm. Otpor zagrijane žice koja se analizira je 30% veći od njenog otpora na sobnoj temperaturi.
Efekat frekvencije
Kako se frekvencija struje u vodiču povećava, dolazi do procesa pomicanja naboja bliže njegovoj površini. Kao rezultat povećanja koncentracije naelektrisanja u površinskom sloju, povećava se i otpor žice. Ovaj proces se naziva “efekt kože” ili površinski efekat. Koeficijent kože– efekat zavisi i od veličine i oblika žice. Za gornji primjer, na AC frekvenciji od 20 kHz, otpor žice će se povećati za približno 10%. Imajte na umu da visokofrekventne komponente mogu imati strujni signal od mnogih modernih industrijskih i kućnih potrošača (štedljive lampe, prekidački izvori napajanja, frekventni pretvarači i tako dalje).
Utjecaj susjednih provodnika
Oko svakog vodiča kroz koji teče struja postoji magnetsko polje. Interakcija polja susjednih provodnika također uzrokuje gubitak energije i naziva se “efekat blizine”. Također imajte na umu da svaki metalni provodnik ima induktivnost koju stvara provodno jezgro i kapacitet koji stvara izolacija. Ove parametre karakteriše i efekat blizine.
Tehnologije
Visokonaponske žice sa nultim otporom
Ova vrsta žice se široko koristi u sistemima za paljenje automobila. Otpor visokonaponskih žica je prilično nizak i iznosi nekoliko frakcija oma po metru dužine. Podsjetimo da se otpor ove veličine ne može mjeriti ommetrom. opšta upotreba. Često se mjerni mostovi koriste za mjerenje niskih otpora.
Strukturno, takve žice imaju veliki broj bakrenih jezgri s izolacijom na bazi silikona, plastike ili drugih dielektrika. Posebnost upotrebe takvih žica nije samo rad na visokom naponu, već i prijenos energije u kratkom vremenskom periodu (impulsni način rada).
Bimetalni kabl
Glavno područje primjene navedenih kablova je prijenos visokofrekventnih signala. Jezgro žice je napravljeno od jedne vrste metala, čija je površina obložena drugom vrstom metala. Budući da je na visokim frekvencijama samo površinski sloj provodnika provodljiv, moguće je zamijeniti unutrašnjost žice. Time se štedi skupi materijal i poboljšavaju mehaničke karakteristike žice. Primjeri takvih žica: posrebreni bakar, bakreni čelik.
Zaključak
Otpor žice je vrijednost koja zavisi od grupe faktora: vrste vodiča, temperature, frekvencije struje, geometrijskih parametara. Značaj uticaja ovih parametara zavisi od uslova rada žice. Kriterijumi optimizacije, u zavisnosti od zadataka za žice, mogu biti: smanjenje aktivnih gubitaka, poboljšanje mehaničkih karakteristika, smanjenje cena.
Otpor bakra se mijenja s temperaturom, ali prvo moramo odlučiti da li je riječ o električnoj otpornosti provodnika (omskom otporu), koja je važna za istosmjerno napajanje preko Etherneta, ili govorimo o signalima u podatkovnim mrežama, i onda govorimo o gubitku umetanja tokom propagacije elektromagnetni talas u okruženju upredene parice i ovisnosti slabljenja o temperaturi (i frekvenciji, što nije manje važno).
Otpornost bakra
IN međunarodni sistem SI mjeri otpornost provodnika u Ohm∙m. U IT području se češće koristi nesistemska dimenzija Ohm∙mm 2 /m, što je pogodnije za proračune, jer su poprečni presjeci vodiča obično naznačeni u mm 2. Vrijednost 1 Ohm∙mm 2 /m je milion puta manja od 1 Ohm∙m i karakterizira otpornost tvari, čiji homogeni provodnik dužine 1 m i površine poprečnog presjeka 1 mm 2 daje otpor od 1 Ohm.
Otpornost čistog električnog bakra na 20°C je 0,0172 Ohm∙mm 2 /m. U raznim izvorima možete pronaći vrijednosti do 0,018 Ohm∙mm 2 /m, što se može primijeniti i na električni bakar. Vrijednosti variraju ovisno o obradi kojoj je materijal podvrgnut. Na primjer, žarenje nakon izvlačenja (“izvlačenje”) žice smanjuje otpornost bakra za nekoliko posto, iako se provodi prvenstveno radi promjene mehaničkih, a ne električnih svojstava.
Otpornost bakra ima direktne implikacije za Power over Ethernet aplikacije. Samo dio originalne istosmjerne struje ubrizgane u provodnik će doći do udaljenog kraja provodnika - neki gubitak na tom putu je neizbježan. Tako, na primjer, PoE tip 1 zahtijeva da od 15,4 W napajanih iz izvora, najmanje 12,95 W dođe do napajanog uređaja na drugom kraju.
Otpornost bakra varira s temperaturom, ali za IT temperature promjene su male. Promjena otpornosti se izračunava pomoću formula:
ΔR = α R ΔT
R 2 = R 1 (1 + α (T 2 - T 1))
gdje je ΔR promjena otpornosti, R je otpornost na temperaturi koja se uzima kao osnovni nivo (obično 20°C), ΔT je temperaturni gradijent, α je temperaturni koeficijent otpornosti za dati materijal (dimenzija °C -1 ). U rasponu od 0°C do 100°C, za bakar je prihvaćen temperaturni koeficijent od 0,004 °C -1. Izračunajmo otpornost bakra na 60°C.
R 60°C = R 20°C (1 + α (60°C - 20°C)) = 0,0172 (1 + 0,004 40) ≈ 0,02 Ohm∙mm 2 /m
Otpornost se povećala za 16% s porastom temperature za 40°C. Prilikom rada sa kablovskim sistemima, naravno, upredena parica ne bi trebalo da bude unutra visoke temperature, ovo ne bi trebalo dozvoliti. Uz pravilno dizajniran i instaliran sistem, temperatura kablova se malo razlikuje od uobičajenih 20°C, a tada će promjena otpora biti mala. Prema telekomunikacijskim standardima, otpor bakrenog provodnika dužine 100 m u kablu sa upredenim paricama kategorije 5e ili 6 ne bi trebao biti veći od 9,38 oma na 20°C. U praksi se proizvođači uklapaju u ovu vrijednost s marginom, pa čak i pri temperaturama od 25°C ÷ 30°C otpor bakrenog vodiča ne prelazi ovu vrijednost.
Slabljenje signala upredenog para / Gubitak umetanja
Kada se elektromagnetski val širi kroz bakrenu upredenu paricu, dio njegove energije se rasipa duž putanje od bližeg do udaljenog kraja. Što je temperatura kabla viša, signal se više slabi. Na visokim frekvencijama slabljenje je veće nego na niskim frekvencijama, i više visoke kategorije Prihvatljive granice za ispitivanje gubitka umetanja su strože. U tom slučaju, sve granične vrijednosti su postavljene na temperaturu od 20°C. Ako je na 20°C originalni signal stigao na krajnji kraj 100 m dugog segmenta sa nivoom snage P, tada na povišene temperature ah, takva jačina signala će se primijetiti na manjim udaljenostima. Ako je potrebno osigurati istu snagu signala na izlazu segmenta, tada ćete morati ili ugraditi kraći kabel (što nije uvijek moguće) ili odabrati marke kablova sa manjim prigušenjem.
- Za zaštićene kablove na temperaturama iznad 20°C, promena temperature od 1 stepen dovodi do promene slabljenja od 0,2%
- Za sve vrste kablova i bilo koje frekvencije na temperaturama do 40°C, promjena temperature za 1 stepen dovodi do promjene slabljenja za 0,4%
- Za sve vrste kablova i bilo koje frekvencije na temperaturama od 40°C do 60°C, promena temperature od 1 stepen dovodi do promene slabljenja od 0,6%
- Kablovi kategorije 3 mogu doživjeti promjenu slabljenja od 1,5% po stepenu Celzijusa
Već početkom 2000. TIA/EIA-568-B.2 preporučuje da se smanji maksimalna dozvoljena dužina trajne veze/kanala kategorije 6 ako je kabl instaliran u okruženju sa povišenom temperaturom, a što je temperatura viša, segment bi trebao biti kraći.
S obzirom da je plafon frekvencije u kategoriji 6A dvostruko veći nego u kategoriji 6, temperaturna ograničenja za takve sisteme će biti još stroža.
Danas, prilikom implementacije aplikacija PoE Govorimo o maksimalnoj brzini od 1 gigabita. Međutim, kada se koriste 10-Gigabitne aplikacije, Power over Ethernet nije opcija, barem ne još. Dakle, ovisno o vašim potrebama, kada se temperatura promijeni, morate uzeti u obzir ili promjenu otpornosti bakra ili promjenu slabljenja. U oba slučaja ima najviše smisla osigurati da se kablovi drže na temperaturama blizu 20°C.
Eksperimentalno je utvrđeno da je otpor R metalni provodnik je direktno proporcionalan njegovoj dužini L i obrnuto proporcionalna njegovoj površini poprečnog presjeka A:
R = ρ L/ A (26.4)
gdje je koeficijent ρ naziva se otpornost i služi kao karakteristika tvari od koje je vodič napravljen. Ovo je zdrav razum: debela žica bi trebala imati manji otpor od tanke žice jer se elektroni mogu kretati preko veće površine u debeloj žici. I možemo očekivati povećanje otpora sa povećanjem dužine provodnika, kako se povećava broj prepreka protoku elektrona.
Tipične vrijednosti ρ za različite materijale date su u prvoj koloni tabele. 26.2. (Stvarne vrijednosti variraju ovisno o čistoći, toplinskoj obradi, temperaturi i drugim faktorima.)
|
Tabela 26.2. Specifični otpor i temperaturni koeficijent otpornosti (TCR) (na 20 °C) |
||
| Supstanca | ρ ,Ohm m | TKS α ,°C -1 |
| Dirigenti | ||
| Srebro | 1,59·10 -8 | 0,0061 |
| Bakar | 1,68·10 -8 | 0,0068 |
| Aluminijum | 2,65·10 -8 | 0,00429 |
| Tungsten | 5,6·10 -8 | 0,0045 |
| Iron | 9,71·10 -8 | 0,00651 |
| Platinum | 10,6·10 -8 | 0,003927 |
| Merkur | 98·10 -8 | 0,0009 |
| Nihrom (legura Ni, Fe, Cr) | 100·10 -8 | 0,0004 |
| Poluprovodnici 1) | ||
| ugljik (grafit) | (3-60)·10 -5 | -0,0005 |
| germanijum | (1-500)·10 -5 | -0,05 |
| Silicijum | 0,1 - 60 | -0,07 |
| Dielektrici | ||
| Staklo | 10 9 - 10 12 | |
| Tvrda guma | 10 13 - 10 15 | |
| 1) Stvarne vrijednosti jako zavise od prisustva čak i malih količina nečistoća. | ||
Srebro ima najmanju otpornost, pa se stoga ispostavlja da je najbolji provodnik; međutim to je skupo. Bakar je nešto inferiorniji od srebra; Jasno je zašto se žice najčešće prave od bakra.
Aluminij ima veću otpornost od bakra, ali ima mnogo manju gustoću i poželjan je u nekim primjenama (na primjer, u dalekovodima) jer je otpor aluminijskih žica iste mase manji od otpora bakra. Često se koristi recipročna vrijednost otpornosti:
σ = 1/ρ (26.5)
σ nazvana specifična provodljivost. Specifična provodljivost se mjeri u jedinicama (Ohm m) -1.
Otpornost tvari ovisi o temperaturi. Otpornost metala po pravilu raste s temperaturom. To ne treba da čudi: kako temperatura raste, atomi se kreću brže, njihov raspored postaje manje uređen i možemo očekivati da će više ometati protok elektrona. U uskim temperaturnim rasponima, otpornost metala raste gotovo linearno s temperaturom:
Gdje ρ T- otpornost na temperaturi T, ρ 0 - otpornost na standardnoj temperaturi T 0 , a α - temperaturni koeficijent otpora (TCR). Vrijednosti a date su u tabeli. 26.2. Imajte na umu da za poluvodiče TCR može biti negativan. To je očito, budući da se s povećanjem temperature povećava broj slobodnih elektrona i oni poboljšavaju provodljiva svojstva tvari. Dakle, otpor poluvodiča može se smanjiti s povećanjem temperature (iako ne uvijek).
Vrijednosti a ovise o temperaturi, pa treba obratiti pažnju na temperaturni raspon u kojem ova vrijednost vrijedi (na primjer, prema priručniku fizičke veličine). Ako se raspon temperaturnih promjena pokaže širokim, linearnost će biti narušena i umjesto (26.6) potrebno je koristiti izraz koji sadrži pojmove koji ovise o drugoj i trećoj stepenu temperature:
ρ T = ρ 0 (1+αT+ + βT 2 + γT 3),
gdje su koeficijenti β I γ obično vrlo mali (mi stavljamo T 0 = 0°S), ali u velikoj meri T doprinosi ovih članova postaju značajni.
Na veoma niskim temperaturama, otpornost nekih metala, kao i legura i jedinjenja, pada na nulu u okviru tačnosti savremenih merenja. Ovo svojstvo se naziva supravodljivost; prvi ga je uočio holandski fizičar Geike Kamerling-Onnes (1853-1926) 1911. godine kada je živa ohlađena ispod 4,2 K. Na ovoj temperaturi, električni otpor žive iznenada je pao na nulu.
Superprovodnici ulaze u supravodljivo stanje ispod temperature prijelaza, koja je tipično nekoliko stepeni Kelvina (nešto iznad apsolutne nule). Uočena je električna struja u supravodljivom prstenu, koji praktički nije oslabio u odsustvu napona nekoliko godina.
IN poslednjih godina Superprovodljivost se intenzivno istražuje kako bi se razumio njen mehanizam i pronašli materijali koji su superprovodni na višim temperaturama kako bi se smanjili troškovi i neugodnosti hlađenja na vrlo niske temperature. Prvu uspješnu teoriju supravodljivosti stvorili su Bardeen, Cooper i Schrieffer 1957. godine. Superprovodnici se već koriste u velikim magnetima, gdje se magnetsko polje stvara električnom strujom (vidi Poglavlje 28), što značajno smanjuje potrošnju energije. Naravno, održavanje superprovodnika na niskoj temperaturi takođe zahteva energiju.
Komentari i prijedlozi su prihvaćeni i dobrodošli!
Kolika je otpornost supstance? Da odgovorim jednostavnim riječima Da biste odgovorili na ovo pitanje, morate se sjetiti kursa fizike i zamisliti fizičko utjelovljenje ove definicije. Električna struja prolazi kroz supstancu, a ona, zauzvrat, nekom silom sprečava prolaz struje.
Koncept otpornosti supstance
Upravo ta vrijednost, koja pokazuje koliko jako supstanca ometa protok struje, je specifični otpor (latinsko slovo “rho”). U međunarodnom sistemu jedinica otpor izraženo u omima, pomnoženo sa metrom. Formula za proračun je: „Otpor se množi s površinom poprečnog presjeka i dijeli sa dužinom provodnika.
Postavlja se pitanje: „Zašto se pri pronalaženju otpora koristi drugi otpor?“ Odgovor je jednostavan, postoje dvije različite veličine - otpor i otpor. Drugi pokazuje koliko je supstanca sposobna da spriječi da struja prođe kroz nju, a prvi pokazuje praktički isto, samo što više ne govorimo o supstanciji u opštem smislu, već o provodniku određene dužine i poprečnog površine preseka, koji su napravljeni od ove supstance.
Recipročna veličina koja karakteriše sposobnost supstance da prenosi električnu energiju naziva se specifična električna provodljivost, a formula po kojoj se izračunava specifična otpornost direktno je povezana sa specifičnom provodljivošću.
Bakarne aplikacije
Koncept otpornosti se široko koristi u izračunavanju provodljivosti električne struje po raznim metalima. Na osnovu ovih proračuna donose se odluke o preporučljivosti upotrebe određenog metala za izradu električnih provodnika koji se koriste u građevinarstvu, instrumentarstvu i drugim oblastima.
Tabela otpornosti metala
Postoje određene tabele? koje objedinjuju dostupne informacije o transmisiji i otpornosti metala, po pravilu se ove tabele izračunavaju za određene uslove.
Posebno je nadaleko poznata tabela otpornosti na monokristale metala na temperaturi od dvadeset stepeni Celzijusa, kao i tabelu otpornosti metala i legura.
Ove tabele se koriste za izračunavanje različitih podataka pod takozvanim idealnim uslovima da biste izračunali vrednosti za određene svrhe, morate koristiti formule.
Bakar. Njegove karakteristike i svojstva
Opis supstance i svojstava
Bakar je metal koji je čovječanstvo otkrilo davno, a također se dugo koristio u različite tehničke svrhe. Bakar je veoma savitljiv i duktilan metal visoke električne provodljivosti, što ga čini veoma popularnim za izradu raznih žica i vodiča.
Fizička svojstva bakra:
- tačka topljenja - 1084 stepena Celzijusa;
- tačka ključanja - 2560 stepeni Celzijusa;
- gustina na 20 stepeni - 8890 kilograma podijeljeno sa kubnim metrom;
- specifični toplotni kapacitet pri konstantnom pritisku i temperaturi 20 stepeni - 385 kJ/J*kg
- električna otpornost - 0,01724;
Razredi bakra
Ovaj metal se može podijeliti u nekoliko grupa ili razreda, od kojih svaka ima svoja svojstva i svoju primjenu u industriji:
- Klase M00, M0, M1 su odlične za proizvodnju kablova i provodnika prilikom pretapanja, eliminiše se prezasićenost kiseonikom.
- Ocjene M2 i M3 su jeftine opcije koje su dizajnirane za malo valjanje i zadovoljavaju većinu malih tehničkih i industrijskih zadataka.
- Marke M1, M1f, M1r, M2r, M3r su skupe vrste bakra koje se proizvode za određenog potrošača sa specifičnim zahtjevima i zahtjevima.
Marke međusobno razlikuju se na nekoliko načina:
Utjecaj nečistoća na svojstva bakra
Nečistoće mogu uticati na mehanička, tehnička i performansna svojstva proizvoda.
U zaključku, treba naglasiti da je bakar jedinstven metal sa jedinstvenim svojstvima. Koristi se u automobilskoj industriji, proizvodnji elemenata za elektro industriju, električnih uređaja, robe široke potrošnje, satova, kompjutera i još mnogo toga. Sa svojom malom otpornošću, ovaj metal je odličan materijal za izradu provodnika i drugih električnih uređaja. Po ovom svojstvu bakar nadmašuje samo srebro, ali zbog veće cijene nije našao istu primjenu u elektroindustriji.
Kada je električni krug zatvoren, na čijim stezaljkama postoji razlika potencijala, nastaje električna struja. Slobodni elektroni se pod uticajem sila električnog polja kreću duž provodnika. U svom kretanju, elektroni se sudaraju s atomima provodnicima i daju im zalihu svoje kinetičke energije. Brzina kretanja elektrona se kontinuirano mijenja: kada se elektroni sudare s atomima, molekulama i drugim elektronima, ona se smanjuje, a zatim pod utjecajem električnog polja raste i opet opada pri novom sudaru. Kao rezultat toga, provodnik je instaliran ravnomerno kretanje protok elektrona brzinom od nekoliko djelića centimetra u sekundi. Posljedično, elektroni koji prolaze kroz provodnik uvijek nailaze na otpor svom kretanju sa njegove strane. Kada električna struja prolazi kroz provodnik, potonji se zagrijava.
Električni otpor
Električni otpor vodiča, koji je označen latinično pismo r, je svojstvo tijela ili medija da se transformira električna energija u toplotu kada električna struja prođe kroz njega.
Na dijagramima je električni otpor prikazan kao što je prikazano na slici 1, A.
Promjenljivi električni otpor, koji služi za promjenu struje u kolu, naziva se reostat. Na dijagramima su reostati označeni kao što je prikazano na slici 1, b. IN opšti pogled Reostat je napravljen od žice jednog ili drugog otpora, namotane na izolacijsku podlogu. Poluga klizača ili reostata postavlja se u određeni položaj, zbog čega se u krug uvodi potreban otpor.
Dugačak provodnik s malim poprečnim presjekom stvara veliki otpor struji. Kratki provodnici velikog poprečnog presjeka pružaju mali otpor struji.
Ako uzmete dva vodiča od različitih materijala, ali iste dužine i poprečnog presjeka, onda će vodiči različito provoditi struju. Ovo pokazuje da otpor provodnika zavisi od materijala samog vodiča.
Temperatura provodnika takođe utiče na njegov otpor. Kako temperatura raste, otpor metala raste, a otpor tekućina i uglja opada. Samo neke posebne legure metala (manganin, konstantan, nikl i druge) jedva mijenjaju svoju otpornost s povećanjem temperature.
Dakle, vidimo da električni otpor provodnika zavisi od: 1) dužine provodnika, 2) poprečnog preseka provodnika, 3) materijala provodnika, 4) temperature provodnika.
Jedinica otpora je jedan ohm. Om se često označava na grčkom veliko slovoΩ (omega). Stoga, umjesto da napišete "Otpor provodnika je 15 oma", možete jednostavno napisati: r= 15 Ω.
1.000 oma se zove 1 kiloohm(1kOhm, ili 1kΩ),
1.000.000 oma se naziva 1 megaohm(1mOhm, ili 1MΩ).
Prilikom upoređivanja otpora vodiča iz različitih materijala potrebno je za svaki uzorak uzeti određenu dužinu i poprečni presjek. Tada ćemo moći procijeniti koji materijal provodi električnu struju bolje ili lošije.
Video 1. Otpor provodnika
Električna otpornost
Otpor u omima provodnika dužine 1 m, poprečnog presjeka od 1 mm² naziva se otpornost i označava se grčkim slovom ρ (ro).
Tabela 1 prikazuje otpore nekih provodnika.
Tabela 1
Otpornosti različitih provodnika
Tabela pokazuje da željezna žica dužine 1 m i poprečnog presjeka 1 mm² ima otpor od 0,13 Ohma. Da biste dobili 1 Ohm otpora, potrebno je uzeti 7,7 m takve žice. Srebro ima najmanju otpornost. Otpor od 1 oma može se dobiti uzimanjem 62,5 m srebrne žice poprečnog presjeka od 1 mm². Srebro - najbolji vodič, ali cijena srebra isključuje mogućnost njegove masovne upotrebe. Nakon srebra u tabeli dolazi bakar: 1 m bakarne žice poprečnog presjeka 1 mm² ima otpor od 0,0175 Ohma. Da biste dobili otpor od 1 ohma, potrebno je uzeti 57 m takve žice.
Hemijski čisti bakar dobijen rafiniranjem našao je široku upotrebu u elektrotehnici za proizvodnju žica, kablova i namotaja. električne mašine i uređaja. Aluminij i željezo se također široko koriste kao provodnici.
Otpor vodiča može se odrediti po formuli:
Gdje r– otpor provodnika u omima; ρ – specifični otpor provodnika; l– dužina provodnika u m; S– poprečni presjek provodnika u mm².
Primjer 1. Odrediti otpor 200 m željezne žice poprečnog presjeka 5 mm².
Primjer 2. Izračunajte otpor 2 km aluminijske žice poprečnog presjeka 2,5 mm².
Iz formule otpora možete lako odrediti dužinu, otpornost i poprečni presjek vodiča.
Primjer 3. Za radio prijemnik potrebno je namotati otpor od 30 Ohma od nikalne žice poprečnog presjeka od 0,21 mm². Odredite potrebnu dužinu žice.
Primjer 4. Odrediti poprečni presjek 20 m nihrom žice ako je njen otpor 25 Ohma.
Primjer 5.Žica poprečnog presjeka od 0,5 mm² i dužine 40 m ima otpor od 16 Ohma. Odredite materijal žice.
Materijal vodiča karakteriše njegovu otpornost.
Na osnovu tabele otpornosti nalazimo da olovo ima ovaj otpor.
Gore je navedeno da otpor provodnika zavisi od temperature. Hajde da uradimo sledeći eksperiment. Namotamo nekoliko metara tanke metalne žice u obliku spirale i spojimo ovu spiralu na krug baterije. Da bismo izmjerili struju, povezujemo ampermetar u krug. Kada se zavojnica zagrije u plamenu plamenika, primijetit ćete da će se očitanja ampermetra smanjiti. Ovo pokazuje da otpor metalne žice raste sa zagrijavanjem.
Za neke metale, kada se zagreju za 100°, otpor se povećava za 40-50%. Postoje legure koje malo mijenjaju otpor zagrijavanjem. Neke specijalne legure ne pokazuju praktički nikakvu promjenu otpora pri promjenama temperature. Otpor metalnih provodnika raste sa porastom temperature, dok otpor elektrolita (tečnih vodiča), uglja i nekih čvrstih materija, naprotiv, opada.
Sposobnost metala da mijenjaju svoj otpor s promjenama temperature koristi se za konstruiranje otpornih termometara. Ovaj termometar je platinasta žica namotana na okvir od liskuna. Postavljanjem termometra, na primjer, u peć i mjerenjem otpora platinaste žice prije i nakon zagrijavanja, može se odrediti temperatura u peći.
Promjena otpora provodnika kada se zagrije na 1 om početnog otpora i na temperaturu od 1° naziva se temperaturni koeficijent otpora i označava se slovom α.
Ako na temperaturi t 0 otpor provodnika je r 0 i na temperaturi t jednaki r t, zatim temperaturni koeficijent otpora
Napomena. Izračun pomoću ove formule može se izvršiti samo u određenom temperaturnom rasponu (do približno 200°C).
Prikazujemo vrijednosti temperaturnog koeficijenta otpora α za neke metale (tabela 2).
Tabela 2
Vrijednosti temperaturnog koeficijenta za neke metale
Iz formule za temperaturni koeficijent otpora određujemo r t:
r t = r 0 .
Primjer 6. Odredite otpor gvozdene žice zagrijane na 200°C ako je njen otpor na 0°C bio 100 Ohma.
r t = r 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 oma.
Primjer 7. Otporni termometar od platinaste žice imao je otpor od 20 oma u prostoriji na 15°C. Termometar je stavljen u pećnicu i nakon nekog vremena izmjeren mu je otpor. Ispostavilo se da je jednako 29,6 Ohma. Odredite temperaturu u rerni.
Električna provodljivost
Do sada smo smatrali otpor provodnika kao prepreku koju provodnik pruža električnoj struji. Ali ipak, struja teče kroz provodnik. Dakle, osim otpora (prepreke), provodnik ima i sposobnost da provodi električnu struju, odnosno provodljivost.
Što veći otpor ima vodič, to ima manju vodljivost, lošije provodi električnu struju, i obrnuto, što je manji otpor vodiča, što ima veću provodljivost, struja lakše prolazi kroz provodnik. Dakle, otpor i provodljivost provodnika su recipročne veličine.
Iz matematike je poznato da je inverz od 5 1/5 i obrnuto, inverz od 1/7 je 7. Dakle, ako je otpor provodnika označen slovom r, tada je provodljivost definirana kao 1/ r. Provodljivost se obično označava slovom g.
Električna provodljivost se mjeri u (1/Ohm) ili u simensu.
Primjer 8. Otpor provodnika je 20 oma. Odredite njegovu provodljivost.
Ako r= 20 Ohm, dakle
Primjer 9. Provodljivost provodnika je 0,1 (1/Ohm). Odredite njegov otpor
Ako je g = 0,1 (1/Ohm), onda r= 1 / 0,1 = 10 (Ohm)
