Rintangan elektrik adalah ciri utama bahan konduktor. Bergantung pada kawasan penggunaan konduktor, nilai rintangannya boleh memainkan peranan positif dan negatif dalam fungsi sistem elektrik. Juga, aplikasi khusus konduktor mungkin memerlukan mengambil kira ciri tambahan, pengaruhnya dalam kes tertentu tidak boleh diabaikan.
Konduktor adalah logam tulen dan aloinya. Dalam logam, atom tetap dalam satu struktur "kuat" mempunyai elektron bebas (yang dipanggil "gas elektron"). Zarah-zarah inilah yang dalam kes ini adalah pembawa caj. Elektron sentiasa bergerak secara rawak dari satu atom ke atom yang lain. Bila medan elektrik(menghubungkan sumber voltan ke hujung logam), pergerakan elektron dalam konduktor menjadi teratur. Elektron yang bergerak menghadapi halangan di laluannya disebabkan oleh keanehan struktur molekul konduktor. Apabila mereka berlanggar dengan struktur, pembawa cas kehilangan tenaga mereka, memberikannya kepada konduktor (memanaskannya). Lebih banyak halangan yang dicipta oleh struktur pengalir untuk mengecas pembawa, lebih tinggi rintangannya.
Apabila meningkat keratan rentas struktur konduktif untuk satu bilangan elektron, "saluran laluan" akan menjadi lebih luas, rintangan akan berkurangan. Oleh itu, apabila panjang wayar bertambah, akan terdapat lebih banyak halangan sedemikian dan rintangan akan meningkat.
Oleh itu, formula asas untuk mengira rintangan termasuk panjang wayar, luas keratan rentas dan pekali tertentu yang mengaitkan ciri-ciri dimensi ini dengan nilai elektrik voltan dan arus (1). Pekali ini dipanggil kerintangan.
R= r*L/S (1)
Kerintangan
Kerintangan tidak berubah dan merupakan sifat bahan dari mana konduktor itu dibuat. Unit ukuran r - ohm*m. Selalunya saiz kerintangan diberikan dalam ohm*mm persegi/m. Ini disebabkan oleh fakta bahawa luas keratan rentas kabel yang paling biasa digunakan adalah agak kecil dan diukur dalam mm2. Mari kita berikan contoh mudah.
Tugasan No 1. Panjang wayar kuprum L = 20 m, keratan rentas S = 1.5 mm. persegi Kira rintangan wayar.
Penyelesaian: kerintangan wayar kuprum r = 0.018 ohm*mm. persegi/m. Menggantikan nilai ke dalam formula (1) kita mendapat R=0.24 ohm.
Apabila mengira rintangan sistem kuasa, rintangan satu wayar mesti didarabkan dengan bilangan wayar.
Jika bukannya tembaga anda menggunakan aluminium dengan kerintangan yang lebih tinggi (r = 0.028 ohm * mm persegi / m), maka rintangan wayar akan meningkat dengan sewajarnya. Untuk contoh di atas, rintangan ialah R = 0.373 ohm (55% lebih). Tembaga dan aluminium adalah bahan utama untuk wayar. Terdapat logam dengan kerintangan yang lebih rendah daripada tembaga, seperti perak. Walau bagaimanapun, penggunaannya terhad kerana kosnya yang tinggi. Jadual di bawah menunjukkan rintangan dan ciri asas lain bahan konduktor.
Jadual - ciri utama konduktor
Kehilangan haba wayar
Jika, menggunakan kabel dari contoh di atas, beban 2.2 kW disambungkan ke rangkaian 220 V fasa tunggal, maka arus I = P / U atau I = 2200/220 = 10 A akan mengalir melalui wayar mengira kehilangan kuasa dalam konduktor:
Ppr=(I^2)*R (2)
Contoh No. 2. Kira kerugian aktif apabila menghantar kuasa 2.2 kW dalam rangkaian dengan voltan 220 V untuk wayar yang disebutkan.
Penyelesaian: menggantikan nilai arus dan rintangan wayar ke dalam formula (2), kami memperoleh Ppr=(10^2)*(2*0.24)=48 W.
Oleh itu, apabila menghantar tenaga dari rangkaian ke beban, kerugian dalam wayar akan lebih sedikit daripada 2%. Tenaga ini ditukar kepada haba yang dihasilkan oleh konduktor dalam persekitaran. Mengikut keadaan pemanasan konduktor (mengikut nilai semasa), keratan rentasnya dipilih, dipandu oleh jadual khas.
Sebagai contoh, untuk konduktor di atas, arus maksimum ialah 19 A atau 4.1 kW dalam rangkaian 220 V.
Untuk mengurangkan kehilangan aktif dalam talian kuasa, peningkatan voltan digunakan. Pada masa yang sama, arus dalam wayar berkurangan, kerugian jatuh.
Kesan suhu
Peningkatan suhu membawa kepada peningkatan getaran kekisi kristal logam. Oleh itu, elektron menghadapi lebih banyak halangan, yang membawa kepada peningkatan rintangan. Magnitud "kepekaan" rintangan logam terhadap peningkatan suhu dipanggil pekali suhu α. Formula untuk mengira suhu adalah seperti berikut
R=Rн*, (3)
di mana Rн – rintangan wayar di keadaan biasa(pada suhu t°n); t° ialah suhu konduktor.
Biasanya t°n = 20° C. Nilai α juga ditunjukkan untuk suhu t°n.
Tugasan 4. Kira rintangan dawai kuprum pada suhu t° = 90° C. α kuprum = 0.0043, Rн = 0.24 Ohm (tugasan 1).
Penyelesaian: menggantikan nilai ke dalam formula (3) kita mendapat R = 0.312 Ohm. Rintangan wayar yang dipanaskan yang dianalisis adalah 30% lebih besar daripada rintangannya pada suhu bilik.
Kesan kekerapan
Apabila kekerapan arus dalam konduktor meningkat, proses menyesarkan cas yang lebih dekat dengan permukaannya berlaku. Hasil daripada peningkatan kepekatan cas dalam lapisan permukaan, rintangan wayar juga meningkat. Proses ini dipanggil "kesan kulit" atau kesan permukaan. Pekali kulit– kesannya juga bergantung pada saiz dan bentuk wayar. Untuk contoh di atas, pada frekuensi AC 20 kHz, rintangan wayar akan meningkat lebih kurang 10%. Ambil perhatian bahawa komponen frekuensi tinggi boleh mempunyai isyarat semasa daripada banyak pengguna industri dan isi rumah moden (lampu penjimatan tenaga, bekalan kuasa pensuisan, penukar frekuensi dan sebagainya).
Pengaruh konduktor jiran
Terdapat medan magnet di sekeliling mana-mana konduktor yang mana arus mengalir. Interaksi medan konduktor jiran juga menyebabkan kehilangan tenaga dan dipanggil "kesan kedekatan". Juga ambil perhatian bahawa mana-mana konduktor logam mempunyai kearuhan yang dicipta oleh teras konduktif dan kapasitans yang dicipta oleh penebat. Parameter ini juga dicirikan oleh kesan kedekatan.
Teknologi
Wayar voltan tinggi dengan rintangan sifar
Kawat jenis ini digunakan secara meluas dalam sistem penyalaan kereta. Rintangan wayar voltan tinggi agak rendah dan berjumlah beberapa pecahan ohm per meter panjang. Marilah kami ingatkan anda bahawa rintangan magnitud ini tidak boleh diukur dengan ohmmeter. kegunaan umum. Selalunya, jambatan pengukur digunakan untuk tugas mengukur rintangan rendah.
Secara struktur, wayar tersebut mempunyai sejumlah besar teras tembaga dengan penebat berdasarkan silikon, plastik atau dielektrik lain. Keanehan penggunaan wayar tersebut bukan sahaja operasi pada voltan tinggi, tetapi juga pemindahan tenaga dalam tempoh masa yang singkat (mod nadi).
Kabel dwilogam
Bidang utama penggunaan kabel yang disebutkan adalah penghantaran isyarat frekuensi tinggi. Teras wayar diperbuat daripada satu jenis logam, permukaannya disalut dengan jenis logam lain. Oleh kerana pada frekuensi tinggi hanya lapisan permukaan konduktor adalah konduktif, adalah mungkin untuk menggantikan bahagian dalam wayar. Ini menjimatkan bahan mahal dan meningkatkan ciri mekanikal wayar. Contoh wayar tersebut: kuprum bersalut perak, keluli bersalut kuprum.
Kesimpulan
Rintangan wayar ialah nilai yang bergantung kepada sekumpulan faktor: jenis konduktor, suhu, frekuensi semasa, parameter geometri. Kepentingan pengaruh parameter ini bergantung pada keadaan operasi wayar. Kriteria pengoptimuman, bergantung pada tugas untuk wayar, boleh: mengurangkan kerugian aktif, meningkatkan ciri mekanikal, mengurangkan harga.
Rintangan kuprum memang berubah mengikut suhu, tetapi mula-mula kita perlu memutuskan sama ada kita bercakap tentang kerintangan elektrik konduktor (rintangan ohmik), yang penting untuk kuasa DC ke atas Ethernet, atau sama ada kita bercakap tentang isyarat dalam rangkaian data, dan maka kita bercakap tentang kehilangan sisipan semasa penyebaran gelombang elektromagnet dalam persekitaran pasangan terpiuh dan pergantungan pengecilan pada suhu (dan kekerapan, yang tidak kurang pentingnya).
Kerintangan kuprum
DALAM sistem antarabangsa SI mengukur kerintangan konduktor dalam Ohm∙m. Dalam bidang IT, dimensi bukan sistem Ohm∙mm 2 /m lebih kerap digunakan, yang lebih mudah untuk pengiraan, kerana keratan rentas konduktor biasanya ditunjukkan dalam mm 2. Nilai 1 Ohm∙mm 2 /m adalah sejuta kali kurang daripada 1 Ohm∙m dan mencirikan kerintangan bahan, konduktor homogen yang panjangnya 1 m dan dengan luas keratan rentas 1 mm 2 memberikan rintangan 1 Ohm.
Kerintangan kuprum elektrik tulen pada 20°C ialah 0.0172 Ohm∙mm 2 /m. Dalam pelbagai sumber, anda boleh menemui nilai sehingga 0.018 Ohm∙mm 2 /m, yang juga boleh digunakan untuk tembaga elektrik. Nilai berbeza-beza bergantung pada pemprosesan yang dikenakan kepada bahan. Sebagai contoh, penyepuhlindapan selepas melukis ("melukis") wayar mengurangkan kerintangan kuprum sebanyak beberapa peratus, walaupun ia dijalankan terutamanya untuk menukar sifat mekanikal dan bukannya elektrik.
Kerintangan tembaga mempunyai implikasi langsung untuk aplikasi Power over Ethernet. Hanya sebahagian daripada arus DC asal yang disuntik ke dalam konduktor akan sampai ke hujung konduktor—sesetengah kehilangan di sepanjang jalan tidak dapat dielakkan. Sebagai contoh, Jenis PoE 1 memerlukan daripada 15.4 W yang dibekalkan oleh sumber, sekurang-kurangnya 12.95 W mencapai peranti berkuasa di hujungnya.
Kerintangan kuprum berbeza-beza mengikut suhu, tetapi untuk suhu IT perubahannya kecil. Perubahan dalam kerintangan dikira menggunakan formula:
ΔR = α R ΔT
R 2 = R 1 (1 + α (T 2 - T 1))
di mana ΔR ialah perubahan kerintangan, R ialah kerintangan pada suhu yang diambil sebagai aras asas (biasanya 20°C), ΔT ialah kecerunan suhu, α ialah pekali suhu kerintangan untuk bahan tertentu (dimensi °C -1 ). Dalam julat dari 0°C hingga 100°C, pekali suhu 0.004 °C -1 diterima untuk kuprum. Mari kita hitung kerintangan kuprum pada 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
Kerintangan meningkat sebanyak 16% dengan peningkatan suhu sebanyak 40°C. Apabila mengendalikan sistem kabel, sudah tentu, pasangan terpiuh tidak sepatutnya masuk suhu tinggi, ini tidak sepatutnya dibenarkan. Dengan sistem yang direka dan dipasang dengan betul, suhu kabel berbeza sedikit daripada 20 ° C biasa, dan kemudian perubahan dalam kerintangan akan menjadi kecil. Menurut piawaian telekomunikasi, rintangan konduktor kuprum 100 m dalam kabel pasangan terpiuh kategori 5e atau 6 tidak boleh melebihi 9.38 ohm pada 20°C. Dalam amalan, pengeluar menyesuaikan nilai ini dengan margin, jadi walaupun pada suhu 25°C ÷ 30°C, rintangan konduktor kuprum tidak melebihi nilai ini.
Pelemahan Isyarat Pasangan Terpiuh / Kehilangan Sisipan
Apabila gelombang elektromagnet merambat melalui kabel pasangan terpiuh kuprum, sebahagian daripada tenaganya dilesapkan sepanjang laluan dari hujung dekat ke hujung jauh. Lebih tinggi suhu kabel, lebih banyak isyarat melemahkan. Pada frekuensi tinggi pengecilan lebih besar daripada pada frekuensi rendah, dan lebih banyak lagi kategori tinggi Had yang boleh diterima untuk ujian kehilangan sisipan adalah lebih ketat. Dalam kes ini, semua nilai had ditetapkan untuk suhu 20°C. Jika pada 20°C isyarat asal tiba di hujung segmen sepanjang 100 m dengan aras kuasa P, maka pada suhu tinggi ah, kekuatan isyarat sedemikian akan diperhatikan pada jarak yang lebih pendek. Jika perlu untuk memberikan kuasa isyarat yang sama pada output segmen, maka anda sama ada perlu memasang kabel yang lebih pendek (yang tidak selalu mungkin) atau memilih jenama kabel dengan pengecilan yang lebih rendah.
- Untuk kabel terlindung pada suhu melebihi 20°C, perubahan suhu 1 darjah membawa kepada perubahan pengecilan sebanyak 0.2%
- Untuk semua jenis kabel dan sebarang frekuensi pada suhu sehingga 40°C, perubahan suhu 1 darjah membawa kepada perubahan pengecilan sebanyak 0.4%
- Untuk semua jenis kabel dan sebarang frekuensi pada suhu dari 40°C hingga 60°C, perubahan suhu 1 darjah membawa kepada perubahan pengecilan sebanyak 0.6%
- Kabel kategori 3 mungkin mengalami perubahan pengecilan sebanyak 1.5% setiap darjah Celsius
Sudah pada awal tahun 2000. Piawaian TIA/EIA-568-B.2 mengesyorkan mengurangkan maksimum maksimum pautan kekal/panjang saluran Kategori 6 yang dibenarkan jika kabel dipasang dalam persekitaran suhu tinggi, dan semakin tinggi suhu, semakin pendek segmen tersebut.
Memandangkan siling kekerapan dalam kategori 6A adalah dua kali lebih tinggi daripada kategori 6, sekatan suhu untuk sistem sedemikian akan menjadi lebih ketat.
Hari ini, apabila melaksanakan aplikasi PoE Kita bercakap tentang kelajuan maksimum 1-gigabit. Apabila aplikasi 10-Gigabit digunakan, walau bagaimanapun, Power over Ethernet bukanlah pilihan, sekurang-kurangnya belum lagi. Jadi bergantung pada keperluan anda, apabila suhu berubah, anda perlu mempertimbangkan sama ada perubahan dalam kerintangan kuprum atau perubahan dalam pengecilan. Dalam kedua-dua kes, ia paling masuk akal untuk memastikan bahawa kabel disimpan pada suhu hampir 20°C.
Ia telah ditubuhkan secara eksperimen bahawa rintangan R konduktor logam adalah berkadar terus dengan panjangnya L dan berkadar songsang dengan luas keratan rentasnya A:
R = ρ L/ A (26.4)
di manakah pekali ρ dipanggil kerintangan dan berfungsi sebagai ciri bahan dari mana konduktor dibuat. Ini adalah akal fikiran: dawai tebal sepatutnya mempunyai rintangan yang kurang daripada wayar nipis kerana elektron boleh bergerak ke atas kawasan yang lebih besar dalam wayar tebal. Dan kita boleh menjangkakan peningkatan rintangan dengan peningkatan panjang konduktor, kerana bilangan halangan kepada aliran elektron meningkat.
Nilai biasa ρ untuk bahan yang berbeza diberikan dalam lajur pertama jadual. 26.2. (Nilai sebenar berbeza-beza bergantung pada ketulenan, rawatan haba, suhu dan faktor lain.)
|
Jadual 26.2. Rintangan khusus dan pekali rintangan suhu (TCR) (pada 20 °C) |
||
| Bahan | ρ , Ohm m | TKS α ,°C -1 |
| Konduktor | ||
| Perak | 1.59·10 -8 | 0,0061 |
| Tembaga | 1.68·10 -8 | 0,0068 |
| aluminium | 2.65·10 -8 | 0,00429 |
| Tungsten | 5.6·10 -8 | 0,0045 |
| besi | 9.71·10 -8 | 0,00651 |
| Platinum | 10.6·10 -8 | 0,003927 |
| Merkuri | 98·10 -8 | 0,0009 |
| Nichrome (aloi Ni, Fe, Cr) | 100·10 -8 | 0,0004 |
| Semikonduktor 1) | ||
| Karbon (grafit) | (3-60)·10 -5 | -0,0005 |
| Germanium | (1-500)·10 -5 | -0,05 |
| silikon | 0,1 - 60 | -0,07 |
| Dielektrik | ||
| kaca | 10 9 - 10 12 | |
| Getah keras | 10 13 - 10 15 | |
| 1) Nilai sebenar sangat bergantung pada kehadiran walaupun sejumlah kecil kekotoran. | ||
Perak mempunyai kerintangan terendah, yang dengan itu ternyata menjadi konduktor terbaik; namun ianya mahal. Tembaga sedikit lebih rendah daripada perak; Adalah jelas mengapa wayar paling kerap diperbuat daripada tembaga.
Aluminium mempunyai kerintangan yang lebih tinggi daripada tembaga, tetapi ia mempunyai ketumpatan yang jauh lebih rendah dan lebih disukai dalam beberapa aplikasi (contohnya, dalam talian kuasa) kerana rintangan wayar aluminium dengan jisim yang sama adalah kurang daripada kuprum. Saling kerintangan sering digunakan:
σ = 1/ρ (26.5)
σ dipanggil kekonduksian khusus. Kekonduksian khusus diukur dalam unit (Ohm m) -1.
Kerintangan sesuatu bahan bergantung kepada suhu. Sebagai peraturan, rintangan logam meningkat dengan suhu. Ini seharusnya tidak menghairankan: apabila suhu meningkat, atom bergerak lebih cepat, susunannya menjadi kurang teratur, dan kita boleh menjangkakan ia akan lebih mengganggu aliran elektron. Dalam julat suhu yang sempit, kerintangan logam meningkat hampir secara linear dengan suhu:
di mana ρ T- kerintangan pada suhu T, ρ 0 - kerintangan pada suhu standard T 0, a α - pekali rintangan suhu (TCR). Nilai a diberikan dalam jadual. 26.2. Ambil perhatian bahawa untuk semikonduktor TCR boleh menjadi negatif. Ini jelas, kerana dengan peningkatan suhu bilangan elektron bebas meningkat dan mereka meningkatkan sifat konduktif bahan. Oleh itu, rintangan semikonduktor mungkin berkurangan dengan peningkatan suhu (walaupun tidak selalu).
Nilai bergantung pada suhu, jadi anda harus memberi perhatian kepada julat suhu di mana nilai ini sah (contohnya, mengikut buku rujukan kuantiti fizik). Jika julat perubahan suhu ternyata luas, maka lineariti akan dilanggar, dan bukannya (26.6) perlu menggunakan ungkapan yang mengandungi istilah yang bergantung pada kuasa kedua dan ketiga suhu:
ρ T = ρ 0 (1+αT+ + βT 2 + γT 3),
di manakah pekali β Dan γ biasanya sangat kecil (kami letak T 0 = 0°C), tetapi pada umumnya T sumbangan ahli-ahli ini menjadi ketara.
Pada suhu yang sangat rendah, kerintangan sesetengah logam, serta aloi dan sebatian, turun kepada sifar dalam ketepatan ukuran moden. Sifat ini dipanggil superkonduktiviti; ia pertama kali diperhatikan oleh ahli fizik Belanda Geike Kamerling Onnes (1853-1926) pada tahun 1911 apabila merkuri disejukkan di bawah 4.2 K. Pada suhu ini, rintangan elektrik merkuri tiba-tiba turun kepada sifar.
Superkonduktor memasuki keadaan superkonduktor di bawah suhu peralihan, yang biasanya beberapa darjah Kelvin (hanya melebihi sifar mutlak). Arus elektrik diperhatikan dalam cincin superkonduktor, yang boleh dikatakan tidak lemah jika tiada voltan selama beberapa tahun.
DALAM tahun lepas Superkonduktiviti sedang dikaji secara intensif untuk memahami mekanismenya dan untuk mencari bahan yang superkonduktiviti pada suhu yang lebih tinggi untuk mengurangkan kos dan kesulitan untuk menyejukkan kepada suhu yang sangat rendah. Teori superkonduktiviti pertama yang berjaya dicipta oleh Bardeen, Cooper dan Schrieffer pada tahun 1957. Superkonduktor telah digunakan dalam magnet besar, di mana medan magnet dicipta oleh arus elektrik (lihat Bab 28), yang mengurangkan penggunaan tenaga dengan ketara. Sudah tentu, mengekalkan superkonduktor pada suhu rendah juga memerlukan tenaga.
Komen dan cadangan diterima dan dialu-alukan!
Apakah kerintangan sesuatu bahan? Untuk membalas dalam kata mudah Untuk menjawab soalan ini, anda perlu mengingati kursus fizik dan bayangkan penjelmaan fizikal definisi ini. Arus elektrik dialirkan melalui bahan, dan ia, seterusnya, menghalang laluan arus dengan beberapa daya.
Konsep kerintangan sesuatu bahan
Nilai inilah, yang menunjukkan betapa kuatnya bahan menghalang aliran arus, iaitu rintangan khusus (huruf Latin "rho"). Dalam sistem unit antarabangsa, rintangan dinyatakan dalam Ohms, didarab dengan meter. Formula untuk pengiraan ialah: "Rintangan didarab dengan luas keratan rentas dan dibahagikan dengan panjang konduktor."
Persoalannya timbul: "Mengapa rintangan lain digunakan apabila mencari rintangan?" Jawapannya mudah, terdapat dua kuantiti berbeza - kerintangan dan rintangan. Yang kedua menunjukkan betapa berkeupayaan sesuatu bahan untuk menghalang arus daripada melaluinya, dan yang pertama menunjukkan secara praktikal perkara yang sama, cuma kita tidak lagi bercakap tentang bahan dalam pengertian umum, tetapi tentang konduktor dengan panjang tertentu dan silang- kawasan keratan, yang diperbuat daripada bahan ini.
Kuantiti timbal balik yang mencirikan keupayaan bahan untuk menghantar elektrik dipanggil kekonduksian elektrik khusus, dan formula di mana kerintangan spesifik dikira secara langsung berkaitan dengan kekonduksian khusus.
Aplikasi Tembaga
Konsep kerintangan digunakan secara meluas dalam mengira kekonduksian arus elektrik oleh pelbagai logam. Berdasarkan pengiraan ini, keputusan dibuat berdasarkan kesesuaian menggunakan logam tertentu untuk pembuatan konduktor elektrik, yang digunakan dalam pembinaan, pembuatan instrumen dan bidang lain.
Jadual rintangan logam
wujud jadual tertentu? yang mengumpulkan maklumat yang tersedia mengenai penghantaran dan rintangan logam, sebagai peraturan, jadual ini dikira untuk keadaan tertentu.
Khususnya, ia diketahui secara meluas jadual rintangan logam monohablur pada suhu dua puluh darjah Celsius, serta jadual rintangan logam dan aloi.
Jadual ini digunakan untuk mengira pelbagai data di bawah apa yang dipanggil keadaan ideal untuk mengira nilai untuk tujuan tertentu, anda perlu menggunakan formula.
Tembaga. Ciri dan sifatnya
Penerangan tentang bahan dan sifat
Tembaga adalah logam yang telah lama ditemui oleh manusia dan juga telah lama digunakan untuk pelbagai tujuan teknikal. Kuprum adalah logam yang sangat mudah ditempa dan mulur dengan kekonduksian elektrik yang tinggi, menjadikannya sangat popular untuk membuat pelbagai wayar dan konduktor.
Sifat fizikal tembaga:
- takat lebur - 1084 darjah Celsius;
- takat didih - 2560 darjah Celsius;
- ketumpatan pada 20 darjah - 8890 kilogram dibahagikan dengan meter padu;
- muatan haba tentu pada tekanan dan suhu malar 20 darjah - 385 kJ/J*kg
- kerintangan elektrik - 0.01724;
Gred tembaga
Logam ini boleh dibahagikan kepada beberapa kumpulan atau gred, yang masing-masing mempunyai sifatnya sendiri dan aplikasinya sendiri dalam industri:
- Gred M00, M0, M1 sangat baik untuk pengeluaran kabel dan konduktor apabila mencairkan semula, terlalu tepu dengan oksigen dihapuskan.
- Gred M2 dan M3 ialah pilihan kos rendah yang direka untuk rolling berskala kecil dan memenuhi kebanyakan tugas teknikal dan industri berskala kecil.
- Jenama M1, M1f, M1r, M2r, M3r ialah gred tembaga mahal yang dihasilkan untuk pengguna tertentu dengan keperluan dan permintaan khusus.
Setem antara satu sama lain berbeza dalam beberapa cara:
Pengaruh kekotoran pada sifat kuprum
Kekotoran boleh menjejaskan sifat mekanikal, teknikal dan prestasi produk.
Kesimpulannya, perlu ditekankan bahawa tembaga adalah logam yang unik dengan sifat unik. Ia digunakan dalam industri automotif, pembuatan elemen untuk industri elektrik, peralatan elektrik, barangan pengguna, jam tangan, komputer dan banyak lagi. Dengan kerintangan yang rendah, logam ini adalah bahan yang sangat baik untuk membuat konduktor dan peranti elektrik lain. Dalam harta ini, tembaga hanya diatasi oleh perak, tetapi disebabkan kosnya yang lebih tinggi, ia tidak menemui aplikasi yang sama dalam industri elektrik.
Apabila litar elektrik ditutup, pada terminal yang terdapat perbezaan potensi, arus elektrik berlaku. Elektron bebas, di bawah pengaruh daya medan elektrik, bergerak di sepanjang konduktor. Dalam pergerakan mereka, elektron berlanggar dengan atom konduktor dan memberi mereka bekalan tenaga kinetik mereka. Kelajuan pergerakan elektron terus berubah: apabila elektron berlanggar dengan atom, molekul dan elektron lain, ia berkurangan, kemudian di bawah pengaruh medan elektrik ia meningkat dan berkurangan semula semasa perlanggaran baru. Akibatnya, konduktor dipasang gerakan seragam pengaliran elektron pada kelajuan beberapa pecahan sentimeter sesaat. Akibatnya, elektron yang melalui konduktor sentiasa menghadapi rintangan terhadap pergerakannya dari sisinya. Apabila arus elektrik melalui konduktor, arus elektrik menjadi panas.
Rintangan elektrik
Rintangan elektrik konduktor, yang ditetapkan huruf latin r, ialah sifat badan atau medium untuk berubah tenaga elektrik menjadi haba apabila arus elektrik melaluinya.
Dalam rajah, rintangan elektrik ditunjukkan seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1, A.
Rintangan elektrik boleh ubah yang berfungsi untuk menukar arus dalam litar dipanggil reostat. Dalam rajah, reostat ditetapkan seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1, b. DALAM Pandangan umum Rheostat dibuat daripada wayar dengan satu rintangan atau yang lain, dililit pada tapak penebat. Tuas gelangsar atau rheostat diletakkan pada kedudukan tertentu, akibatnya rintangan yang diperlukan dimasukkan ke dalam litar.
Konduktor panjang dengan keratan rentas kecil mencipta rintangan yang besar kepada arus. Konduktor pendek dengan keratan rentas yang besar menawarkan sedikit rintangan kepada arus.
Jika anda mengambil dua konduktor daripada bahan yang berbeza, tetapi panjang dan keratan rentas yang sama, maka konduktor akan mengalirkan arus secara berbeza. Ini menunjukkan bahawa rintangan sesuatu konduktor bergantung kepada bahan konduktor itu sendiri.
Suhu konduktor juga mempengaruhi rintangannya. Apabila suhu meningkat, rintangan logam meningkat, dan rintangan cecair dan arang batu berkurangan. Hanya beberapa aloi logam khas (manganin, constantan, nikel dan lain-lain) sukar mengubah rintangannya dengan peningkatan suhu.
Jadi, kita melihat bahawa rintangan elektrik konduktor bergantung kepada: 1) panjang konduktor, 2) keratan rentas konduktor, 3) bahan konduktor, 4) suhu konduktor.
Unit rintangan ialah satu ohm. Om sering dilambangkan dalam bahasa Yunani huruf besarΩ (omega). Oleh itu, bukannya menulis "Rintangan konduktor ialah 15 ohm," anda boleh menulis: r= 15 Ω.
1,000 ohm dipanggil 1 kiloohm(1kOhm, atau 1kΩ),
1,000,000 ohm dipanggil 1 megaohm(1mOhm, atau 1MΩ).
Apabila membandingkan rintangan konduktor dari bahan yang berbeza, perlu mengambil panjang dan keratan rentas tertentu untuk setiap sampel. Kemudian kita akan dapat menilai bahan mana yang mengalirkan arus elektrik dengan lebih baik atau lebih teruk.
Video 1. Rintangan konduktor
Kerintangan elektrik
Rintangan dalam ohm konduktor 1 m panjang, dengan keratan rentas 1 mm² dipanggil kerintangan dan dilambangkan dengan huruf Yunani ρ (ro).
Jadual 1 menunjukkan kerintangan beberapa konduktor.
Jadual 1
Kerintangan pelbagai konduktor
Jadual menunjukkan bahawa dawai besi dengan panjang 1 m dan keratan rentas 1 mm² mempunyai rintangan 0.13 Ohm. Untuk mendapatkan 1 Ohm rintangan anda perlu mengambil 7.7 m wayar tersebut. Perak mempunyai kerintangan yang paling rendah. 1 Ohm rintangan boleh diperolehi dengan mengambil 62.5 m dawai perak dengan keratan rentas 1 mm². perak - panduan terbaik, tetapi kos perak tidak termasuk kemungkinan penggunaan besar-besarannya. Selepas perak dalam jadual datang tembaga: 1 m dawai tembaga dengan keratan rentas 1 mm² mempunyai rintangan 0.0175 Ohm. Untuk mendapatkan rintangan 1 ohm, anda perlu mengambil 57 m wayar tersebut.
Tembaga tulen secara kimia yang diperolehi melalui penapisan telah didapati digunakan secara meluas dalam kejuruteraan elektrik untuk pembuatan wayar, kabel dan belitan. mesin elektrik dan peranti. Aluminium dan besi juga digunakan secara meluas sebagai konduktor.
Rintangan konduktor boleh ditentukan dengan formula:
di mana r– rintangan konduktor dalam ohm; ρ – rintangan khusus konduktor; l– panjang konduktor dalam m; S– keratan rentas konduktor dalam mm².
Contoh 1. Tentukan rintangan 200 m dawai besi dengan keratan rentas 5 mm².
Contoh 2. Kira rintangan 2 km dawai aluminium dengan keratan rentas 2.5 mm².
Daripada formula rintangan anda boleh dengan mudah menentukan panjang, kerintangan dan keratan rentas konduktor.
Contoh 3. Untuk penerima radio, adalah perlu untuk menggulung rintangan 30 Ohm daripada wayar nikel dengan keratan rentas 0.21 mm². Tentukan panjang wayar yang diperlukan.
Contoh 4. Tentukan keratan rentas 20 m wayar nichrome jika rintangannya ialah 25 Ohms.
Contoh 5. Wayar dengan keratan rentas 0.5 mm² dan panjang 40 m mempunyai rintangan 16 Ohm. Tentukan bahan dawai.
Bahan konduktor mencirikan kerintangannya.
Berdasarkan jadual kerintangan, kita dapati plumbum mempunyai rintangan ini.
Telah dinyatakan di atas bahawa rintangan konduktor bergantung kepada suhu. Mari lakukan eksperimen berikut. Mari kita angin beberapa meter dawai logam nipis dalam bentuk lingkaran dan sambungkan lingkaran ini ke litar bateri. Untuk mengukur arus, kami menyambungkan ammeter ke litar. Apabila gegelung dipanaskan dalam nyalaan penunu, anda akan perasan bahawa bacaan ammeter akan berkurangan. Ini menunjukkan bahawa rintangan dawai logam meningkat dengan pemanasan.
Bagi sesetengah logam, apabila dipanaskan sebanyak 100°, rintangan meningkat sebanyak 40–50%. Terdapat aloi yang mengubah sedikit rintangannya dengan pemanasan. Sesetengah aloi khas menunjukkan hampir tiada perubahan rintangan apabila suhu berubah. Rintangan konduktor logam meningkat dengan peningkatan suhu, manakala rintangan elektrolit (konduktor cecair), arang batu dan beberapa pepejal, sebaliknya, berkurangan.
Keupayaan logam untuk menukar rintangannya dengan perubahan suhu digunakan untuk membina termometer rintangan. Termometer ini terdiri daripada dawai platinum yang dililit pada bingkai mika. Dengan meletakkan termometer, sebagai contoh, dalam relau dan mengukur rintangan wayar platinum sebelum dan selepas pemanasan, suhu dalam relau boleh ditentukan.
Perubahan dalam rintangan konduktor apabila ia dipanaskan setiap 1 ohm rintangan awal dan setiap suhu 1° dipanggil pekali suhu rintangan dan dilambangkan dengan huruf α.
Jika pada suhu t 0 rintangan konduktor ialah r 0, dan pada suhu t sama r t, maka pekali suhu rintangan
Catatan. Pengiraan menggunakan formula ini hanya boleh dilakukan dalam julat suhu tertentu (sehingga lebih kurang 200°C).
Kami membentangkan nilai pekali suhu rintangan α untuk beberapa logam (Jadual 2).
jadual 2
Nilai pekali suhu untuk beberapa logam
Daripada formula untuk pekali suhu rintangan kita tentukan r t:
r t = r 0 .
Contoh 6. Tentukan rintangan dawai besi yang dipanaskan hingga 200°C jika rintangannya pada 0°C ialah 100 Ohms.
r t = r 0 = 100 (1 + 0.0066 × 200) = 232 ohm.
Contoh 7. Termometer rintangan yang diperbuat daripada wayar platinum mempunyai rintangan 20 ohm di dalam bilik pada suhu 15°C. Termometer diletakkan di dalam ketuhar dan selepas beberapa lama rintangannya diukur. Ia ternyata sama dengan 29.6 Ohms. Tentukan suhu dalam ketuhar.
Kekonduksian elektrik
Setakat ini, kami telah menganggap rintangan konduktor sebagai halangan yang diberikan oleh konduktor kepada arus elektrik. Tetapi masih, arus melalui konduktor. Oleh itu, selain rintangan (halangan), konduktor juga mempunyai keupayaan untuk mengalirkan arus elektrik, iaitu kekonduksian.
Semakin banyak rintangan konduktor, semakin kurang kekonduksiannya, semakin teruk ia mengalirkan arus elektrik, dan, sebaliknya, semakin rendah rintangan konduktor, semakin banyak kekonduksiannya, semakin mudah untuk arus melalui konduktor. Oleh itu, rintangan dan kekonduksian konduktor adalah kuantiti timbal balik.
Daripada matematik diketahui bahawa songsangan bagi 5 ialah 1/5 dan, sebaliknya, songsangan bagi 1/7 ialah 7. Oleh itu, jika rintangan konduktor dilambangkan dengan huruf r, maka kekonduksian ditakrifkan sebagai 1/ r. Kekonduksian biasanya dilambangkan dengan huruf g.
Kekonduksian elektrik diukur dalam (1/Ohm) atau dalam siemens.
Contoh 8. Rintangan konduktor ialah 20 ohm. Tentukan kekonduksiannya.
Jika r= 20 Ohm, maka
Contoh 9. Kekonduksian konduktor ialah 0.1 (1/Ohm). Tentukan rintangannya
Jika g = 0.1 (1/Ohm), maka r= 1 / 0.1 = 10 (Ohm)
