Elektriksel direnç iletken malzemelerin temel özelliğidir. İletkenin uygulama alanına bağlı olarak direncinin değeri, elektrik sisteminin işleyişinde hem olumlu hem de olumsuz rol oynayabilir. Ayrıca iletkenin özel uygulaması, belirli bir durumda etkisi göz ardı edilemeyecek ek özelliklerin dikkate alınmasını gerektirebilir.
İletkenler saf metaller ve bunların alaşımlarıdır. Bir metalde, tek bir "güçlü" yapıda sabitlenmiş atomlar serbest elektronlara ("elektron gazı" olarak adlandırılır) sahiptir. İşte bu parçacıklar bu durumda yük taşıyıcılarıdır. Elektronlar bir atomdan diğerine sürekli ve rastgele hareket halindedir. Ne zaman elektrik alanı(bir voltaj kaynağının metalin uçlarına bağlanması), iletkendeki elektronların hareketi düzenli hale gelir. Hareket eden elektronlar, iletkenin moleküler yapısının özelliklerinden kaynaklanan yollarında engellerle karşılaşır. Yük taşıyıcıları bir yapıya çarptıklarında enerjilerini kaybederek iletkene verirler (onu ısıtırlar). İletken bir yapı, taşıyıcıları şarj etmek için ne kadar çok engel oluşturursa direnç de o kadar yüksek olur.
Artırırken enine kesit Bir sayıda elektron için iletken yapı, “iletim kanalı” genişleyecek, direnç azalacaktır. Buna göre telin uzunluğu arttıkça bu tür engeller daha fazla olacak ve direnç artacaktır.
Dolayısıyla direnci hesaplamak için temel formül, telin uzunluğunu, kesit alanını ve bu boyutsal özellikleri voltaj ve akımın elektriksel değerleriyle ilişkilendiren belirli bir katsayıyı içerir (1). Bu katsayıya direnç denir.
R=r*L/S (1)
Direnç
Direnç değişmez ve iletkenin yapıldığı maddenin bir özelliğidir. Ölçü birimleri ohm*m'dir. Çoğu zaman boyut direnç ohm*mm metrekare/m cinsinden verilmiştir. Bunun nedeni, en sık kullanılan kabloların kesit alanının nispeten küçük olması ve mm2 cinsinden ölçülmesidir. Basit bir örnek verelim.
Görev No.1. Bakır tel uzunluğu L = 20 m, kesit S = 1,5 mm. metrekare Tel direncini hesaplayın.
Çözüm: bakır telin direnci r = 0,018 ohm*mm. metrekare/m. Değerleri formül (1)'de değiştirerek R=0,24 ohm elde ederiz.
Güç sisteminin direncini hesaplarken, bir telin direnci tel sayısıyla çarpılmalıdır.
Bakır yerine daha yüksek dirençli alüminyum kullanırsanız (r = 0,028 ohm * mm kare / m), tellerin direnci buna göre artacaktır. Yukarıdaki örnekte direnç R = 0,373 ohm (%55 daha fazla) olacaktır. Bakır ve alüminyum tellerin ana malzemeleridir. Gümüş gibi bakırdan daha düşük dirence sahip metaller vardır. Ancak maliyetinin yüksek olması nedeniyle kullanımı sınırlıdır. Aşağıdaki tablo iletken malzemelerin direncini ve diğer temel özelliklerini göstermektedir.
Tablo - iletkenlerin ana özellikleri
Tellerin ısı kayıpları
Yukarıdaki örnekteki kabloyu kullanarak, tek fazlı 220 V ağa 2,2 kW'lık bir yük bağlanırsa, o zaman I = P / U veya I = 2200/220 = 10 A akımı telden akacaktır. iletkendeki güç kayıplarının hesaplanması:
Ppr=(I^2)*R (2)
Örnek No. 2. Söz konusu tel için 220 V voltajlı bir ağda 2,2 kW'lık güç iletirken aktif kayıpları hesaplayın.
Çözüm: Tellerin akım ve direnç değerlerini formül (2)'ye koyarak Ppr=(10^2)*(2*0,24)=48 W elde ederiz.
Böylece ağdan yüke enerji aktarılırken tellerdeki kayıplar %2'nin biraz üzerinde olacaktır. Bu enerji iletken tarafından üretilen ısıya dönüştürülür. çevre. İletkenin ısınma durumuna göre (mevcut değere göre), özel tablolar rehberliğinde kesiti seçilir.
Örneğin yukarıdaki iletken için 220 V'luk bir ağda maksimum akım 19 A veya 4,1 kW'tır.
Güç hatlarındaki aktif kayıpları azaltmak için artırılmış voltaj kullanılır. Aynı zamanda tellerdeki akım azalır, kayıplar düşer.
Sıcaklığın etkisi
Sıcaklıktaki bir artış metal kristal kafesin titreşimlerinde bir artışa yol açar. Buna göre elektronlar daha fazla engelle karşılaşır ve bu da direncin artmasına neden olur. Metal direncinin sıcaklıktaki artışa karşı "hassasiyetinin" büyüklüğüne sıcaklık katsayısı α denir. Sıcaklık hesaplama formülü aşağıdaki gibidir
R=Rн*, (3)
burada Rн – tel direnci normal koşullar(t°n sıcaklığında); t° iletkenin sıcaklığıdır.
Genellikle t°n = 20° C. α'nın değeri aynı zamanda t°n sıcaklığı için de gösterilir.
Görev 4. Bir bakır telin t° = 90° C sıcaklıktaki direncini hesaplayın. α bakır = 0,0043, Rн = 0,24 Ohm (görev 1).
Çözüm: Değerleri formül (3)'te değiştirerek R = 0,312 Ohm elde ederiz. Analiz edilen ısıtılmış telin direnci, oda sıcaklığındaki direncinden %30 daha fazladır.
Frekansın etkisi
İletkendeki akımın frekansı arttıkça, yüklerin yüzeyine daha yakın yer değiştirme işlemi meydana gelir. Yüzey katmanındaki yük konsantrasyonunun artması sonucunda telin direnci de artar. Bu işleme “deri etkisi” veya yüzey etkisi denir. Cilt katsayısı– etki aynı zamanda telin boyutuna ve şekline de bağlıdır. Yukarıdaki örnekte 20 kHz'lik bir AC frekansında tel direnci yaklaşık %10 artacaktır. Yüksek frekanslı bileşenlerin birçok modern endüstriyel ve ev tüketicisinden (enerji tasarruflu lambalar, anahtarlamalı güç kaynakları, frekans dönüştürücüler vb.) akım sinyali alabileceğini unutmayın.
Komşu iletkenlerin etkisi
İçinden akımın geçtiği herhangi bir iletkenin çevresinde manyetik bir alan vardır. Komşu iletkenlerin alanlarının etkileşimi de enerji kaybına neden olur ve buna “yakınlık etkisi” denir. Ayrıca herhangi bir metal iletkenin, iletken çekirdek tarafından oluşturulan endüktansa ve izolasyon tarafından oluşturulan kapasitansa sahip olduğunu unutmayın. Bu parametreler aynı zamanda yakınlık etkisi ile de karakterize edilir.
Teknolojiler
Sıfır dirençli yüksek gerilim kabloları
Bu tip tel, araba ateşleme sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Yüksek gerilim kablolarının direnci oldukça düşüktür ve metre uzunluk başına bir ohm'un birkaç fraksiyonu kadardır. Bu büyüklükteki direncin ohmmetre ile ölçülemeyeceğini hatırlatalım. genel kullanım. Düşük dirençleri ölçmek için sıklıkla ölçüm köprüleri kullanılır.
Yapısal olarak bu tür teller, silikon, plastik veya diğer dielektriklere dayalı yalıtımlı çok sayıda bakır çekirdeğe sahiptir. Bu tür tellerin kullanımının özelliği sadece yüksek voltajda çalışması değil, aynı zamanda kısa sürede enerji aktarımıdır (darbe modu).
Bimetalik kablo
Bahsi geçen kabloların ana uygulama alanı yüksek frekanslı sinyallerin iletimidir. Telin çekirdeği, yüzeyi başka bir metal türüyle kaplanmış olan bir tür metalden yapılmıştır. Yüksek frekanslarda iletkenin yalnızca yüzey tabakası iletken olduğundan telin içini değiştirmek mümkündür. Bu, pahalı malzemeden tasarruf sağlar ve telin mekanik özelliklerini geliştirir. Bu tür tellere örnekler: gümüş kaplı bakır, bakır kaplı çelik.
Çözüm
Tel direnci bir grup faktöre bağlı bir değerdir: iletken tipi, sıcaklık, akım frekansı, geometrik parametreler. Bu parametrelerin etkisinin önemi telin çalışma koşullarına bağlıdır. Kabloların görevlerine bağlı olarak optimizasyon kriterleri şunlar olabilir: aktif kayıpların azaltılması, mekanik özelliklerin iyileştirilmesi, fiyatların düşürülmesi.
Bakır direnci sıcaklıkla değişir, ancak önce Ethernet üzerinden DC gücü için önemli olan iletkenlerin elektriksel direncinden (ohmik direnç) mi bahsettiğimize yoksa veri ağlarındaki sinyallerden mi bahsettiğimize karar vermemiz gerekir. sonra yayılma sırasında ekleme kaybından bahsediyoruz elektromanyetik dalga bükümlü çift ortamında ve zayıflamanın sıcaklığa (ve daha az önemli olmayan frekansa) bağımlılığı.
Bakır direnci
İÇİNDE uluslararası sistem SI iletkenlerin direncini Ohm∙m cinsinden ölçer. IT alanında, iletken kesitleri genellikle mm2 cinsinden gösterildiğinden hesaplamalar için daha uygun olan sistem dışı boyut Ohm∙mm2 /m daha sık kullanılır. 1 Ohm∙mm2 /m değeri, 1 Ohm∙m'den milyon kat daha azdır ve 1 m uzunluğunda ve 1 mm2 kesit alanına sahip homojen bir iletken olan bir maddenin direncini karakterize eder. 1 Ohm direnç.
Saf elektrik bakırının 20°C'deki direnci 0,0172 Ohm∙mm2 /m. Çeşitli kaynaklarda 0,018 Ohm∙mm2 /m'ye kadar değerler bulabilirsiniz, bu aynı zamanda elektrik bakırı için de geçerli olabilir. Değerler malzemenin tabi tutulduğu işleme göre değişiklik göstermektedir. Örneğin, telin çekilmesinden (çekilmesinden) sonra tavlama, bakırın direncini yüzde birkaç oranında azaltır, ancak bu, öncelikle elektriksel özelliklerden ziyade mekanik özellikleri değiştirmek için yapılır.
Bakır direncinin Ethernet üzerinden Güç uygulamaları için doğrudan etkileri vardır. İletkene enjekte edilen orijinal DC akımının yalnızca bir kısmı iletkenin uzak ucuna ulaşacaktır; yol boyunca bir miktar kayıp kaçınılmazdır. Örneğin, PoE Tip 1 kaynak tarafından sağlanan 15,4 W'tan en az 12,95 W'ın uzak uçtaki güç sağlanan cihaza ulaşmasını gerektirir.
Bakırın direnci sıcaklığa göre değişir, ancak IT sıcaklıkları için değişiklikler küçüktür. Dirençteki değişim aşağıdaki formüller kullanılarak hesaplanır:
ΔR = α R ΔT
R2 = R1 (1 + α (T2 - T1))
burada ΔR özdirençteki değişimdir, R taban seviyesi olarak alınan bir sıcaklıktaki özdirençtir (genellikle 20°C), ΔT sıcaklık gradyanıdır, α belirli bir malzeme için özdirencin sıcaklık katsayısıdır (boyut °C -1) ). 0°C ila 100°C aralığında bakır için 0,004 °C -1 sıcaklık katsayısı kabul edilir. Bakırın 60°C'deki direncini hesaplayalım.
R 60°C = R 20°C (1 + α (60°C - 20°C)) = 0,0172 (1 + 0,004 40) ≈ 0,02 Ohm∙mm2 /m
Sıcaklığın 40°C artmasıyla direnç %16 arttı. Kablo sistemlerini çalıştırırken elbette bükümlü çift olmamalıdır. yüksek sıcaklıklar buna izin verilmemelidir. Düzgün tasarlanmış ve kurulmuş bir sistemle, kabloların sıcaklığı normal 20 ° C'den çok az farklılık gösterir ve bu durumda dirençteki değişiklik küçük olacaktır. Telekomünikasyon standartlarına göre Kategori 5e veya 6 bükümlü çift kablodaki 100 m bakır iletkenin direnci 20°C'de 9,38 ohm'u geçmemelidir. Pratikte üreticiler bu değere bir marjla uyuyorlar, yani 25°C ÷ 30°C sıcaklıklarda bile bakır iletkenin direnci bu değeri aşmıyor.
Bükülü Çift Sinyal Zayıflaması / Ekleme Kaybı
Bir elektromanyetik dalga bakır bükümlü çift kablo boyunca yayıldığında, enerjisinin bir kısmı yakın uçtan uzak uca doğru yol boyunca dağılır. Kablo sıcaklığı ne kadar yüksek olursa sinyal o kadar zayıflar. Yüksek frekanslarda zayıflama, düşük frekanslara göre daha fazladır ve daha fazla yüksek kategoriler Ekleme kaybı testi için kabul edilebilir sınırlar daha katıdır. Bu durumda tüm sınır değerler 20°C sıcaklığa ayarlanmıştır. Eğer orijinal sinyal 20°C'de P güç seviyesi ile 100 m uzunluğundaki bir bölümün uzak ucuna ulaşırsa, o zaman yüksek sıcaklıklar ah, böyle bir sinyal gücü daha kısa mesafelerde gözlemlenecektir. Segmentin çıkışında aynı sinyal gücünü sağlamak gerekiyorsa, ya daha kısa bir kablo takmanız (ki bu her zaman mümkün değildir) ya da daha düşük zayıflamaya sahip kablo markalarını seçmeniz gerekecektir.
- 20°C'nin üzerindeki sıcaklıklardaki ekranlı kablolar için, sıcaklıktaki 1 derecelik bir değişiklik, zayıflamada %0,2'lik bir değişikliğe yol açar
- 40°C'ye kadar sıcaklıklardaki tüm kablo türleri ve tüm frekanslar için, sıcaklıktaki 1 derecelik bir değişiklik, zayıflamada %0,4'lük bir değişikliğe yol açar
- 40°C ila 60°C arasındaki sıcaklıklardaki tüm kablo türleri ve tüm frekanslar için, sıcaklıktaki 1 derecelik bir değişiklik, zayıflamada %0,6'lık bir değişikliğe yol açar
- Kategori 3 kablolarda santigrat derece başına %1,5 zayıflama değişimi yaşanabilir
Zaten 2000'in başında. TIA/EIA-568-B.2, kablonun yüksek sıcaklıktaki bir ortama kurulması durumunda Kategori 6 kalıcı bağlantı/kanalın izin verilen maksimum uzunluğunun azaltılmasını ve sıcaklık ne kadar yüksekse segmentin o kadar kısa olması gerektiğini tavsiye etti.
Kategori 6A'daki frekans tavanının kategori 6'ya göre iki kat daha yüksek olduğu göz önüne alındığında, bu tür sistemlere yönelik sıcaklık kısıtlamaları daha da sıkı olacaktır.
Günümüzde uygulamaları hayata geçirirken Yetki Belgesi Maksimum 1 gigabit hızlardan bahsediyoruz. Ancak 10-Gigabit uygulamalar kullanıldığında, Ethernet Üzerinden Güç en azından şimdilik bir seçenek değildir. Dolayısıyla ihtiyaçlarınıza bağlı olarak sıcaklık değiştiğinde bakır direncindeki değişimi veya zayıflamadaki değişimi dikkate almanız gerekir. Her iki durumda da kabloların 20°C’ye yakın sıcaklıklarda tutulmasını sağlamak en mantıklısıdır.
Direncin deneysel olarak kanıtlandığı R metal iletken uzunluğuyla doğru orantılıdır L kesit alanıyla ters orantılıdır A:
R = ρ L/ A (26.4)
katsayı nerede ρ direnç denir ve iletkenin yapıldığı maddenin bir özelliği olarak hizmet eder. Bu sağduyulu bir davranıştır: kalın bir telin direnci ince bir telden daha az olmalıdır çünkü elektronlar kalın bir telde daha geniş bir alan üzerinde hareket edebilir. Elektron akışının önündeki engellerin sayısı arttıkça iletkenin uzunluğu arttıkça direncin de artmasını bekleyebiliriz.
Tipik değerler ρ farklı malzemeler için tablonun ilk sütununda verilmiştir. 26.2. (Gerçek değerler saflık, ısıl işlem, sıcaklık ve diğer faktörlere bağlı olarak değişiklik göstermektedir.)
|
Tablo 26.2. Özgül direnç ve sıcaklık direnci katsayısı (TCR) (20 °C'de) |
||
| Madde | ρ ,Ohm m | TKS α ,°C -1 |
| İletkenler | ||
| Gümüş | 1.59·10 -8 | 0,0061 |
| Bakır | 1,68·10 -8 | 0,0068 |
| Alüminyum | 2,65·10 -8 | 0,00429 |
| Tungsten | 5,6·10 -8 | 0,0045 |
| Ütü | 9.71·10 -8 | 0,00651 |
| Platin | 10,6·10 -8 | 0,003927 |
| Merkür | 98.10 -8 | 0,0009 |
| Nikrom (Ni, Fe, Cr alaşımı) | 100·10 -8 | 0,0004 |
| Yarı iletkenler 1) | ||
| Karbon (grafit) | (3-60)·10 -5 | -0,0005 |
| Germanyum | (1-500)·10 -5 | -0,05 |
| Silikon | 0,1 - 60 | -0,07 |
| Dielektrikler | ||
| Bardak | 10 9 - 10 12 | |
| Sert kauçuk | 10 13 - 10 15 | |
| 1) Gerçek değerler büyük ölçüde küçük miktarlarda yabancı maddelerin varlığına bile bağlıdır. | ||
Gümüş en düşük dirence sahiptir ve bu nedenle en iyi iletken olduğu ortaya çıkar; ancak pahalıdır. Bakır gümüşten biraz daha düşüktür; Tellerin neden çoğunlukla bakırdan yapıldığı açıktır.
Alüminyumun direnci bakırdan daha yüksektir ancak yoğunluğu çok daha düşüktür ve aynı kütledeki alüminyum tellerin direnci bakırınkinden daha az olduğundan bazı uygulamalarda (örneğin elektrik hatlarında) tercih edilir. Direncin karşılığı sıklıkla kullanılır:
σ = 1/ρ (26.5)
σ spesifik iletkenlik denir. Özgül iletkenlik birim (Ohm m) -1 cinsinden ölçülür.
Bir maddenin direnci sıcaklığa bağlıdır. Kural olarak metallerin direnci sıcaklıkla artar. Bu şaşırtıcı olmamalı: sıcaklık arttıkça atomlar daha hızlı hareket eder, dizilişleri daha az düzenli hale gelir ve onların elektron akışına daha fazla müdahale etmelerini bekleyebiliriz. Dar sıcaklık aralıklarında metalin direnci sıcaklıkla neredeyse doğrusal olarak artar:
Nerede ρ T- sıcaklıktaki direnç T, ρ 0 - standart sıcaklıkta direnç T 0 , bir α - sıcaklık direnç katsayısı (TCR). a'nın değerleri tabloda verilmiştir. 26.2. Yarı iletkenler için TCR'nin negatif olabileceğini unutmayın. Bu açıktır, çünkü sıcaklık arttıkça serbest elektronların sayısı artar ve bunlar maddenin iletken özelliklerini geliştirir. Bu nedenle, bir yarı iletkenin direnci artan sıcaklıkla azalabilir (her zaman olmasa da).
A değerleri sıcaklığa bağlıdır, bu nedenle bu değerin geçerli olduğu sıcaklık aralığına dikkat etmelisiniz (örneğin referans kitabına göre) fiziksel büyüklükler). Sıcaklık değişim aralığı geniş çıkarsa doğrusallık ihlal edilir ve (26.6) yerine sıcaklığın ikinci ve üçüncü kuvvetlerine bağlı terimleri içeren bir ifadenin kullanılması gerekir:
ρ T = ρ 0 (1+αT+ + βT 2 + γT 3),
katsayılar nerede β Ve γ genellikle çok küçüktür (biz T 0 = 0°С), ancak genel olarak T bu üyelerin katkıları önemli hale geliyor.
Çok düşük sıcaklıklarda, bazı metallerin, alaşımların ve bileşiklerin direnci, modern ölçümlerin doğruluğu dahilinde sıfıra düşer. Bu özelliğe süperiletkenlik denir; ilk kez 1911 yılında Hollandalı fizikçi Geike Kamerling Onnes (1853-1926) tarafından civanın 4,2 K'nin altına soğutulması sırasında gözlemlenmiştir. Bu sıcaklıkta civanın elektriksel direnci aniden sıfıra düşmüştür.
Süperiletkenler, genellikle birkaç derece Kelvin (mutlak sıfırın hemen üzerinde) olan geçiş sıcaklığının altında süperiletken bir duruma girerler. Süper iletken bir halkada, birkaç yıl boyunca voltaj yokluğunda pratik olarak zayıflamayan bir elektrik akımı gözlemlendi.
İÇİNDE son yıllar Süperiletkenlik, mekanizmasını anlamak ve çok düşük sıcaklıklara kadar soğuma zorunluluğunun maliyetini ve rahatsızlığını azaltmak için daha yüksek sıcaklıklarda süperiletken malzemeler bulmak için yoğun bir şekilde araştırılmaktadır. Süperiletkenliğin ilk başarılı teorisi 1957'de Bardeen, Cooper ve Schrieffer tarafından oluşturuldu. Süperiletkenler halihazırda, manyetik alanın bir elektrik akımı tarafından oluşturulduğu (bkz. Bölüm 28) enerji tüketimini önemli ölçüde azaltan büyük mıknatıslarda kullanılmaktadır. Elbette bir süperiletkeni düşük sıcaklıkta tutmak da enerji gerektirir.
Yorum ve önerileriniz kabul edilir ve memnuniyetle karşılanır!
Bir maddenin direnci nedir? Cevaplamak için basit kelimelerle Bu soruyu cevaplamak için fizik dersini hatırlamanız ve bu tanımın fiziksel uygulamasını hayal etmeniz gerekir. Bir maddeden elektrik akımı geçer ve bu da akımın geçişini bir miktar kuvvetle engeller.
Bir maddenin özdirenç kavramı
Bir maddenin akımın akışını ne kadar güçlü engellediğini gösteren bu değer, yani spesifik dirençtir (Latince "rho" harfi). Uluslararası birimler sisteminde direniş Ohm cinsinden ifade edilir, metre ile çarpılır. Hesaplamanın formülü şu şekildedir: “Direnç kesit alanıyla çarpılır ve iletkenin uzunluğuna bölünür.”
Şu soru ortaya çıkıyor: "Direnç bulunurken neden başka bir direnç kullanılıyor?" Cevap basit; iki farklı nicelik vardır; direnç ve direnç. İkincisi, bir maddenin içinden akımın geçmesini ne kadar önleyebildiğini gösterir ve ilki hemen hemen aynı şeyi gösterir, ancak artık genel anlamda bir maddeden değil, belirli bir uzunluğa ve çaprazlığa sahip bir iletkenden bahsediyoruz. Bu maddeden yapılmış kesit alanı.
Bir maddenin elektriği iletme yeteneğini karakterize eden karşılıklı miktara spesifik elektriksel iletkenlik denir ve spesifik direncin hesaplandığı formül doğrudan spesifik iletkenlik ile ilgilidir.
Bakır Uygulamaları
Direnç kavramı, elektrik akımının çeşitli metaller tarafından iletkenliğinin hesaplanmasında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu hesaplamalara dayanarak, inşaat, alet yapımı ve diğer alanlarda kullanılan elektrik iletkenlerinin üretiminde belirli bir metalin kullanılmasının tavsiye edilebilirliği konusunda kararlar alınır.
Metal direnç tablosu
Var belirli tablolar? Metallerin iletimi ve direncine ilişkin mevcut bilgileri bir araya getiren bu tablolar, kural olarak belirli koşullar için hesaplanmaktadır.
Özellikle yaygın olarak bilinmektedir. metal monokristal direnç tablosu yirmi santigrat derece sıcaklıkta ve ayrıca metal ve alaşımların direnç tablosunda.
Bu tablolar, sözde ideal koşullar altında çeşitli verileri hesaplamak için kullanılır; belirli amaçlara yönelik değerleri hesaplamak için formüller kullanmanız gerekir.
Bakır. Özellikleri ve özellikleri
Maddenin ve özelliklerinin tanımı
Bakır, insanoğlunun çok uzun zaman önce keşfettiği ve aynı zamanda çeşitli teknik amaçlarla da uzun süredir kullanılan bir metaldir. Bakır, yüksek elektrik iletkenliğine sahip, çok dövülebilir ve sünek bir metaldir, bu da onu çeşitli tel ve iletkenlerin yapımında çok popüler kılar.
Bakırın fiziksel özellikleri:
- erime noktası - 1084 santigrat derece;
- kaynama noktası - 2560 santigrat derece;
- 20 derecede yoğunluk - 8890 kilogram bölü metreküp;
- Sabit basınç ve sıcaklıkta özgül ısı kapasitesi 20 derece - 385 kJ/J*kg
- elektriksel direnç - 0,01724;
Bakır kaliteleri
Bu metal, her biri kendi özelliklerine ve endüstride kendi uygulamasına sahip olan birkaç gruba veya kaliteye ayrılabilir:
- M00, M0, M1 kaliteleri kablo ve iletken üretimi için mükemmeldir; eritildiğinde aşırı oksijen doygunluğu ortadan kalkar.
- M2 ve M3 kaliteleri, küçük ölçekli haddeleme için tasarlanmış ve küçük ölçekli teknik ve endüstriyel görevlerin çoğunu karşılayan düşük maliyetli seçeneklerdir.
- M1, M1f, M1r, M2r, M3r markaları, belirli gereksinimler ve isteklerle belirli bir tüketici için üretilen pahalı bakır kaliteleridir.
Pullar birbirleri arasında birkaç açıdan farklılık gösterir:
Safsızlıkların bakırın özellikleri üzerindeki etkisi
Safsızlıklar ürünlerin mekanik, teknik ve performans özelliklerini etkileyebilir.
Sonuç olarak bakırın benzersiz özelliklere sahip eşsiz bir metal olduğu vurgulanmalıdır. Otomotiv endüstrisinde, elektrik endüstrisine yönelik elemanların imalatında, elektrikli ev aletlerinde, tüketim mallarında, saatlerde, bilgisayarlarda ve çok daha fazlasında kullanılır. Düşük direnciyle bu metal, iletkenlerin ve diğer elektrikli cihazların yapımında mükemmel bir malzemedir. Bu özelliğinde bakır sadece gümüşü geçmektedir ancak maliyetinin yüksek olması nedeniyle elektrik endüstrisinde aynı uygulama alanını bulamamıştır.
Terminallerinde potansiyel fark bulunan bir elektrik devresi kapatıldığında bir elektrik akımı meydana gelir. Elektrik alan kuvvetlerinin etkisi altında serbest elektronlar iletken boyunca hareket eder. Hareketleri sırasında elektronlar iletkenin atomlarıyla çarpışır ve onlara kinetik enerjilerini sağlar. Elektron hareketinin hızı sürekli değişir: Elektronlar atomlarla, moleküllerle ve diğer elektronlarla çarpıştığında azalır, ardından bir elektrik alanının etkisi altında yeni bir çarpışma sırasında artar ve tekrar azalır. Sonuç olarak, iletken kurulur düzgün hareket saniyede bir santimetrenin birkaç kesri hızında elektron akışı. Sonuç olarak, bir iletkenden geçen elektronlar, yan taraftan hareketlerine karşı her zaman bir dirençle karşılaşırlar. Elektrik akımı bir iletkenden geçtiğinde iletken ısınır.
Elektrik direnci
Belirtilen bir iletkenin elektriksel direnci Latince harf R, dönüştürülecek bir bedenin veya ortamın özelliğidir elektrik enerjisi içinden bir elektrik akımı geçtiğinde ısıya dönüşür.
Diyagramlarda elektrik direnci Şekil 1'de gösterildiği gibi gösterilmektedir, A.
Bir devredeki akımı değiştirmeye yarayan değişken elektriksel dirence denir. reosta. Diyagramlarda reostatlar Şekil 1'de gösterildiği gibi belirtilmiştir, B. İÇİNDE genel görünüm Bir reostat, yalıtkan bir taban üzerine sarılmış şu veya bu dirençli bir telden yapılır. Kaydırıcı veya reostat kolu belirli bir konuma yerleştirilir ve bunun sonucunda devreye gerekli direnç verilir.
Küçük kesitli uzun bir iletken, akıma karşı büyük bir direnç oluşturur. Geniş kesitli kısa iletkenler akıma karşı çok az direnç sağlar.
Farklı malzemelerden ancak aynı uzunlukta ve kesitte iki iletken alırsanız, iletkenler akımı farklı şekilde iletecektir. Bu, bir iletkenin direncinin iletkenin malzemesine bağlı olduğunu gösterir.
İletkenin sıcaklığı da direncini etkiler. Sıcaklık arttıkça metallerin direnci artar, sıvıların ve kömürün direnci azalır. Yalnızca bazı özel metal alaşımları (manganin, konstantan, nikel ve diğerleri) artan sıcaklıkla dirençlerini neredeyse hiç değiştirmez.
Yani bir iletkenin elektrik direncinin şunlara bağlı olduğunu görüyoruz: 1) iletkenin uzunluğuna, 2) iletkenin kesitine, 3) iletkenin malzemesine, 4) iletkenin sıcaklığına.
Direncin birimi bir ohmdur. Om sıklıkla Yunancada gösterilir büyük harfΩ (omega). Bu nedenle “İletken direnci 15 ohm” yazmak yerine basitçe şunu yazabilirsiniz: R= 15Ω.
1000 ohm'a 1 denir kiloohm(1kOhm veya 1kΩ),
1.000.000 ohm'a 1 denir megaohm(1mOhm veya 1MΩ).
Farklı malzemelerden yapılmış iletkenlerin dirençlerini karşılaştırırken her numune için belirli bir uzunluk ve kesit almak gerekir. O zaman hangi malzemenin elektrik akımını daha iyi veya daha kötü ilettiğine karar verebileceğiz.
Video 1. İletken direnci
Elektriksel direnç
1 m uzunluğunda ve 1 mm² kesitli bir iletkenin ohm cinsinden direncine denir direnç ve Yunan harfiyle gösterilir ρ (ro).
Tablo 1 bazı iletkenlerin dirençlerini göstermektedir.
Tablo 1
Çeşitli iletkenlerin dirençleri
Tabloda 1 m uzunluğunda ve 1 mm² kesitli bir demir telin 0,13 Ohm dirence sahip olduğu görülmektedir. 1 Ohm direnç elde etmek için 7,7 m'lik bir tel almanız gerekir. Gümüş en düşük dirence sahiptir. 1 mm² kesitli 62,5 m gümüş tel alınarak 1 Ohm direnç elde edilebilir. Gümüş - en iyi rehber ancak gümüşün maliyeti, kitlesel kullanım olasılığını dışlıyor. Tabloda gümüşten sonra bakır gelir: 1 mm² kesitli 1 m bakır telin direnci 0,0175 Ohm'dur. 1 ohm'luk bir direnç elde etmek için 57 m'lik bir tel almanız gerekir.
Rafine edilerek elde edilen kimyasal açıdan saf bakır, elektrik mühendisliğinde tel, kablo ve sargı üretiminde yaygın kullanım alanı bulmuştur. elektrikli makineler ve cihazlar. Alüminyum ve demir de iletken olarak yaygın olarak kullanılmaktadır.
İletken direnci aşağıdaki formülle belirlenebilir:
Nerede R– ohm cinsinden iletken direnci; ρ – iletkenin spesifik direnci; ben– m cinsinden iletkenin uzunluğu; S– mm² cinsinden iletken kesiti.
Örnek 1. 5 mm² kesitli 200 m demir telin direncini belirleyin.
Örnek 2. 2,5 mm² kesitli 2 km'lik alüminyum telin direncini hesaplayın.
Direnç formülünden iletkenin uzunluğunu, direncini ve kesitini kolayca belirleyebilirsiniz.
Örnek 3. Bir radyo alıcısı için 0,21 mm² kesitli nikel telden 30 Ohm'luk bir direnç sarmak gerekir. Gerekli tel uzunluğunu belirleyin.
Örnek 4. Direnci 25 Ohm ise 20 m nikrom telin kesitini belirleyin.
Örnek 5. 0,5 mm² kesitli ve 40 m uzunluğunda bir telin direnci 16 Ohm'dur. Tel malzemesini belirleyin.
İletkenin malzemesi direncini karakterize eder.
Direnç tablosuna dayanarak kurşunun bu dirence sahip olduğunu görüyoruz.
Yukarıda iletkenlerin direncinin sıcaklığa bağlı olduğu belirtilmişti. Aşağıdaki deneyi yapalım. Birkaç metre ince metal teli spiral şeklinde saralım ve bu spirali akü devresine bağlayalım. Akımı ölçmek için devreye bir ampermetre bağlarız. Bobin brülör alevinde ısıtıldığında ampermetre okumalarının azalacağını fark edeceksiniz. Bu, metal bir telin direncinin ısıtmayla arttığını gösterir.
Bazı metaller 100° ısıtıldığında direnç %40-50 oranında artar. Isıtmayla direncini biraz değiştiren alaşımlar vardır. Bazı özel alaşımlar, sıcaklık değiştiğinde dirençte neredeyse hiç değişiklik göstermez. Sıcaklık arttıkça metal iletkenlerin direnci artarken, elektrolitlerin (sıvı iletkenler), kömürün ve bazı katıların direnci ise tam tersine azalır.
Metallerin sıcaklıktaki değişikliklerle dirençlerini değiştirme yeteneği, direnç termometrelerinin yapımında kullanılır. Bu termometre mika bir çerçeve üzerine sarılmış bir platin telden oluşur. Örneğin bir fırına bir termometre yerleştirerek ve ısıtmadan önce ve sonra platin telin direncini ölçerek fırının içindeki sıcaklık belirlenebilir.
Bir iletkenin 1 ohm başlangıç direnci ve 1° sıcaklık başına ısıtıldığında direncindeki değişime denir. sıcaklık direnci katsayısı ve α harfiyle gösterilir.
Eğer sıcaklıkta T 0 iletken direnci R 0 ve sıcaklıkta T eşittir r t, daha sonra direnç sıcaklık katsayısı
Not. Bu formül kullanılarak hesaplama yalnızca belirli bir sıcaklık aralığında (yaklaşık 200°C'ye kadar) yapılabilir.
Bazı metaller için sıcaklık direnç katsayısı α değerlerini sunuyoruz (Tablo 2).
Tablo 2
Bazı metaller için sıcaklık katsayısı değerleri
Sıcaklık direnci katsayısı formülünden belirlediğimiz r t:
r t = R 0 .
Örnek 6. 200°C'ye ısıtılan bir demir telin 0°C'deki direnci 100 Ohm ise direncini belirleyin.
r t = R 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 ohm.
Örnek 7. Platin telden yapılmış bir direnç termometresi, 15°C'deki bir odada 20 ohm'luk bir dirence sahipti. Termometre fırına yerleştirildi ve bir süre sonra direnci ölçüldü. 29,6 Ohm'a eşit olduğu ortaya çıktı. Fırının sıcaklığını belirleyin.
Elektrik iletkenliği
Buraya kadar bir iletkenin direncini, iletkenin elektrik akımına sağladığı engel olarak ele aldık. Ancak yine de akım iletkenden akar. Dolayısıyla iletkenin direncin (engelin) yanı sıra elektrik akımını iletme yani iletkenlik özelliği de vardır.
Bir iletkenin direnci ne kadar fazlaysa, iletkenliği o kadar az olur, elektrik akımını o kadar kötü iletir ve bunun tersine, bir iletkenin direnci ne kadar düşükse iletkenliği o kadar fazla olur, akımın iletkenden geçmesi o kadar kolay olur. Bu nedenle bir iletkenin direnci ve iletkenliği karşılıklı büyüklüklerdir.
Matematikten 5'in tersinin 1/5, 1/7'nin tersinin ise 7 olduğu bilinmektedir. Dolayısıyla bir iletkenin direnci harfle gösterilirse R ise iletkenlik 1/ olarak tanımlanır. R. İletkenlik genellikle g harfiyle gösterilir.
Elektriksel iletkenlik (1/Ohm) veya siemens cinsinden ölçülür.
Örnek 8.İletken direnci 20 ohm'dur. İletkenliğini belirleyin.
Eğer R= 20 Ohm, o zaman
Örnek 9.İletkenin iletkenliği 0,1 (1/Ohm)'dur. Direncini belirleyin
Eğer g = 0,1 (1/Ohm) ise, o zaman R= 1 / 0,1 = 10 (Ohm)
