Odpor kovov je ich schopnosť odolávať elektrickému prúdu, ktorý nimi prechádza. Jednotkou merania pre túto veličinu je Ohm*m (ohmmeter). Použitým symbolom je grécke písmeno ρ (rho). Vysoké hodnoty odporu znamenajú zlú vodivosť elektrického náboja konkrétnym materiálom.
Špecifikácie ocele
Pred podrobným pohľadom rezistivita ocele, mali by ste sa oboznámiť s jej základnými fyzikálnymi a mechanickými vlastnosťami. Vďaka svojim vlastnostiam je tento materiál široko používaný vo výrobnom sektore a iných oblastiach života a činností ľudí.
Oceľ je zliatina železa a uhlíka, obsiahnutá v množstve nepresahujúcom 1,7%. Okrem uhlíka obsahuje oceľ určité množstvo nečistôt – kremík, mangán, síru a fosfor. Z hľadiska jeho kvalít je výrazne lepšie ako liatina, možno ľahko kaliť, kovať, valcovať a iné druhy spracovania. Všetky druhy ocelí sa vyznačujú vysokou pevnosťou a ťažnosťou.
Podľa účelu je oceľ rozdelená na konštrukčné, nástrojové a tiež špeciálne fyzikálne vlastnosti. Každý z nich obsahuje iné množstvo uhlíka, vďaka čomu materiál získava určité špecifické vlastnosti, napríklad tepelnú odolnosť, tepelnú odolnosť, odolnosť proti hrdzi a korózii.
Osobitné miesto zaujímajú elektrotechnické ocele, vyrábané vo formáte plechu a používané pri výrobe elektrických výrobkov. Na získanie tohto materiálu je kremík dopovaný, čo môže zlepšiť jeho magnetické a elektrické vlastnosti.
Aby elektrooceľ získala potrebné vlastnosti, je potrebné dodržiavať určité požiadavky a podmienky. Materiál musí byť ľahko zmagnetizovaný a remagnetizovaný, to znamená, že musí mať vysokú magnetickú permeabilitu. Takéto ocele majú dobré , a ich obrátenie magnetizácie sa vykonáva s minimálnymi stratami.
Rozmery a hmotnosť magnetických jadier a vinutí, ako aj koeficient závisia od dodržiavania týchto požiadaviek. užitočná akcia transformátory a ich prevádzková teplota. Splnenie podmienok je ovplyvnené mnohými faktormi, vrátane odporu ocele.
Odpor a ďalšie ukazovatele
Hodnota elektrického odporu je pomer napätia elektrické pole v kove a prúdová hustota v ňom tečúca. Pre praktické výpočty používa sa vzorec: v ktorom ρ je odpor kovu (Ohm*m), E- intenzita elektrického poľa (V/m), a J- hustota elektrického prúdu v kove (A/m2). Pri veľmi vysokej sile elektrického poľa a nízkej hustote prúdu bude merný odpor kovu vysoký.
Existuje ďalšia veličina nazývaná elektrická vodivosť, inverzná hodnota odporu, ktorá označuje stupeň, do ktorého materiál vedie elektrický prúd. Je určená vzorcom a vyjadrená v jednotkách S/m - siemens na meter.
Odpor úzko súvisí s elektrickým odporom. Majú však medzi sebou rozdiely. V prvom prípade ide o vlastnosť materiálu vrátane ocele a v druhom prípade o vlastnosť celého objektu. Kvalitu rezistora ovplyvňuje kombinácia viacerých faktorov, predovšetkým tvar a rezistivita materiálu, z ktorého je vyrobený. Napríklad, ak bol na výrobu drôtového odporu použitý tenký a dlhý drôt, jeho odpor bude väčší ako odpor odporu vyrobeného z hrubého a krátkeho drôtu z rovnakého kovu.
Ďalším príkladom sú odpory vyrobené z drôtov rovnakého priemeru a dĺžky. Ak však v jednom z nich má materiál vysoký odpor a v druhom je nízky, potom v prvom rezistore elektrický odpor bude vyššia ako v druhom.
Keď poznáte základné vlastnosti materiálu, môžete použiť odpor ocele na určenie hodnoty odporu oceľového vodiča. Na výpočty budete okrem elektrického odporu potrebovať aj priemer a dĺžku samotného drôtu. Výpočty sa vykonávajú pomocou nasledujúceho vzorca: , v ktorom R je (Ohm), ρ - rezistivita ocele (Ohm*m), L- zodpovedá dĺžke drôtu, A- jeho oblasť prierez.
Existuje závislosť rezistivity ocele a iných kovov od teploty. Väčšina výpočtov používa izbová teplota- 20 0 C. Všetky zmeny pod vplyvom tohto faktora sa berú do úvahy pomocou teplotný koeficient.
Odpor medi sa mení s teplotou, ale najprv sa musíme rozhodnúť, či hovoríme o elektrickom odpore vodičov (ohmický odpor), ktorý je dôležitý pre jednosmerné napájanie cez Ethernet, alebo či hovoríme o signáloch v dátových sieťach a potom hovoríme o vložnom útlme počas šírenia elektromagnetická vlna v prostredí krútenej dvojlinky a závislosť útlmu od teploty (a frekvencie, ktorá je nemenej dôležitá).
Medený odpor
V medzinárodnom systéme SI sa merný odpor vodičov meria v Ohm∙m. V oblasti IT sa častejšie používa nesystémový rozmer Ohm∙mm 2 /m, ktorý je vhodnejší na výpočty, pretože prierezy vodičov sa zvyčajne uvádzajú v mm 2. Hodnota 1 Ohm∙mm 2 /m je miliónkrát menšia ako 1 Ohm∙m a charakterizuje merný odpor látky, ktorej homogénny vodič s dĺžkou 1 m a plochou prierezu 1 mm 2 dáva odpor 1 Ohm.
Odpor čistej elektrickej medi pri 20°C je 0,0172 Ohm∙mm2/m. IN rôznych zdrojov nájdete hodnoty až do 0,018 Ohm∙mm 2 /m, čo môže platiť aj pre elektrickú meď. Hodnoty sa líšia v závislosti od spracovania, ktorému je materiál podrobený. Napríklad žíhanie po ťahaní („ťahaní“) drôtu znižuje merný odpor medi o niekoľko percent, hoci sa vykonáva predovšetkým kvôli zmene mechanických a nie elektrických vlastností.
Odpor medi má priamy vplyv na aplikácie Power over Ethernet. Len časť originálu priamy prúd, privádzaný do vodiča, dosiahne vzdialený koniec vodiča - určité straty pozdĺž cesty sú nevyhnutné. Napríklad, PoE typ 1 vyžaduje, aby z 15,4 W dodávaného zdrojom aspoň 12,95 W dosiahlo napájané zariadenie na vzdialenom konci.
Odpor medi sa mení s teplotou, ale pre IT teploty sú zmeny malé. Zmena odporu sa vypočíta pomocou vzorcov:
AR = aR AT
R2 = R1 (1 + α (T2 - T1))
kde ΔR je zmena merného odporu, R je merný odpor pri teplote branej ako základná úroveň (zvyčajne 20 °C), ΔT je teplotný gradient, α je teplotný koeficient merného odporu pre tohto materiálu(rozmer °C -1). V rozsahu od 0°C do 100°C je pre meď akceptovaný teplotný koeficient 0,004 °C -1. Vypočítajme merný odpor medi pri 60°C.
R 60 °C = R 20 °C (1 + α (60 °C - 20 °C)) = 0,0172 (1 + 0,004 40) ≈ 0,02 Ohm∙mm2/m
Odpor vzrástol o 16 % so zvýšením teploty o 40 °C. Pri prevádzke káblových systémov by samozrejme krútená dvojlinka nemala byť in vysoké teploty, to by nemalo byť povolené. Keď je správne navrhnutý a nainštalovaný systém teplota káblov sa len málo líši od bežných 20°C a potom bude zmena odporu malá. Podľa telekomunikačných noriem by odpor 100 m medeného vodiča v krútenej dvojlinke kategórie 5e alebo 6 nemal prekročiť 9,38 ohmov pri 20 °C. V praxi sa výrobcovia do tejto hodnoty zmestia s rezervou, takže ani pri teplotách 25°C ÷ 30°C odpor medeného vodiča túto hodnotu neprekračuje.
Twisted Pair zoslabenie signálu / strata vloženia
Keď sa elektromagnetická vlna šíri medeným káblom s krútenou dvojlinkou, časť jej energie sa rozptýli pozdĺž cesty z blízkeho konca na vzdialený koniec. Čím vyššia je teplota kábla, tým viac sa signál tlmí. Zapnuté vysoké frekvencieútlm je silnejší ako pri nízkych úrovniach a viac vysoké kategórie prípustné limity prísnejšie pri testovaní vložného útlmu. V tomto prípade sú všetky limitné hodnoty nastavené na teplotu 20°C. Ak pri 20 °C pôvodný signál dorazil na vzdialený koniec 100 m dlhého segmentu s úrovňou výkonu P, potom pri zvýšených teplotách bude takýto výkon signálu pozorovaný na kratšie vzdialenosti. Ak je potrebné zabezpečiť rovnaký výkon signálu na výstupe segmentu, potom budete musieť buď nainštalovať kratší kábel (čo nie je vždy možné), alebo zvoliť značky káblov s nižším útlmom.
- Pre tienené káble pri teplotách nad 20 °C vedie zmena teploty o 1 stupeň k zmene útlmu o 0,2 %.
- Pre všetky typy káblov a akékoľvek frekvencie pri teplotách do 40°C vedie zmena teploty o 1 stupeň k zmene útlmu o 0,4%
- Pre všetky typy káblov a akékoľvek frekvencie pri teplotách od 40°C do 60°C vedie zmena teploty o 1 stupeň k zmene útlmu o 0,6 %.
- Káble kategórie 3 môžu zaznamenať zmenu útlmu o 1,5 % na stupeň Celzia
Už začiatkom roku 2000. Norma TIA/EIA-568-B.2 odporúča znížiť čo najviac prípustná dĺžka Trvalé vedenie/kanál kategórie 6, ak bol kábel inštalovaný v prostredí so zvýšenou teplotou a čím vyššia je teplota, tým kratší by mal byť segment.
Vzhľadom na to, že frekvenčný strop v kategórii 6A je dvakrát vyšší ako v kategórii 6, teplotné obmedzenia pre takéto systémy budú ešte prísnejšie.
Dnes pri implementácii aplikácií PoE Hovoríme o maximálne 1-gigabitových rýchlostiach. Pri použití 10-gigabitových aplikácií však Power over Ethernet neprichádza do úvahy, aspoň zatiaľ nie. Takže v závislosti od vašich potrieb, keď sa teplota zmení, musíte zvážiť buď zmenu odporu medi alebo zmenu útlmu. V oboch prípadoch má najväčší zmysel zabezpečiť, aby boli káble udržiavané pri teplotách blízkych 20°C.
Obsah:
V elektrotechnike sú jedným z hlavných prvkov elektrických obvodov drôty. Ich úlohou je nechať elektriny. Už dlho sa experimentálne zistilo, že na minimalizáciu strát elektriny je najlepšie vyrábať drôty zo striebra. Práve tento kov poskytuje vlastnosti vodiča s minimálnym odporom v ohmoch. Ale keďže je tento ušľachtilý kov drahý, jeho využitie v priemysle je veľmi obmedzené.
Hliník a meď sa stali hlavnými kovmi pre drôty. Žiaľ, odpor železa ako vodiča elektriny je príliš vysoký dobrý drôt. Napriek nižším nákladom sa používa len ako nosná základňa pre vodiče elektrického vedenia.
Takéto rôzne odpory
Odpor sa meria v ohmoch. Ale pre drôty sa táto hodnota ukazuje ako veľmi malá. Ak sa pokúsite vykonať merania pomocou testera v režime merania odporu, bude ťažké získať správny výsledok. Navyše, bez ohľadu na to, aký kábel vezmeme, výsledok na displeji zariadenia sa bude líšiť len málo. To však neznamená, že v skutočnosti bude mať elektrický odpor týchto drôtov rovnaký vplyv na straty elektriny. Aby ste to overili, musíte analyzovať vzorec použitý na výpočet odporu:
Tento vzorec používa množstvá ako:
Ukazuje sa, že odpor určuje odpor. Existuje odpor vypočítaný vzorcom pomocou iného odporu. Tento elektrický odpor ρ (grécke písmeno rho) určuje výhodu konkrétneho kovu ako elektrického vodiča:
Ak teda použijete meď, železo, striebro alebo akýkoľvek iný materiál na výrobu rovnakých drôtov alebo vodičov špeciálnej konštrukcie, materiál bude hrať hlavnú úlohu v jeho elektrických vlastnostiach.
Ale v skutočnosti je situácia s odporom zložitejšia ako jednoduchý výpočet pomocou vyššie uvedených vzorcov. Tieto vzorce nezohľadňujú teplotu a tvar priemeru vodiča. A so zvyšujúcou sa teplotou sa odpor medi, ako každého iného kovu, zvyšuje. Veľmi jasný príklad môže to byť žiarovka. Testerom si môžete zmerať odpor jeho špirály. Potom po zmeraní prúdu v obvode s touto lampou použite Ohmov zákon na výpočet jeho odporu v stave žeravenia. Výsledok bude oveľa väčší ako pri meraní odporu testerom.
Rovnako tak meď nebude poskytovať očakávanú účinnosť s prúdom veľkú silu, ak zanedbáme tvar prierezu vodiča. Kožný efekt, ktorý sa vyskytuje priamo úmerne so zvýšením prúdu, spôsobuje, že vodiče s kruhovým prierezom sú neúčinné, a to aj v prípade použitia striebra alebo medi. Z tohto dôvodu odpor guľatiny medený drôt s vysokým prúdom môže byť vyšší ako u plochého hliníkového drôtu.
Navyše, aj keď sú ich priemerové oblasti rovnaké. O striedavý prúd Objavuje sa aj kožný efekt, ktorý sa zvyšuje so zvyšujúcou sa aktuálnou frekvenciou. Kožný efekt znamená tendenciu prúdu tiecť bližšie k povrchu vodiča. Z tohto dôvodu je v niektorých prípadoch výhodnejšie použiť strieborný povlak drôtov. Dokonca aj mierne zníženie povrchového odporu medeného postriebreného vodiča výrazne znižuje stratu signálu.
Zovšeobecnenie pojmu rezistivita
Ako v každom inom prípade, ktorý je spojený so zobrazovaním rozmerov, odpor je vyjadrený v rôznych systémov Jednotky. SI (International System of Units) používa ohm m, ale je možné použiť aj Ohm*kV mm/m (ide o nesystémovú jednotku odporu). Ale v skutočnom vodiči nie je hodnota odporu konštantná. Keďže všetky materiály majú určitú čistotu, ktorá sa môže bod od bodu líšiť, bolo potrebné vytvoriť zodpovedajúce znázornenie odporu v skutočnom materiáli. Týmto prejavom bol Ohmov zákon v diferenciálnej forme:
Tento zákon sa s najväčšou pravdepodobnosťou nebude vzťahovať na platby v domácnosti. Ale pri navrhovaní rôznych elektronických komponentov, napríklad rezistorov, kryštálových prvkov, sa určite používa. Pretože vám umožňuje vykonávať výpočty na základe daného bodu, pre ktorý existuje hustota prúdu a intenzita elektrického poľa. A zodpovedajúci odpor. Vzorec sa používa pre nehomogénne izotropné aj anizotropné látky (kryštály, výboj plynu a pod.).
Ako získať čistú meď
Aby sa minimalizovali straty v medených drôtoch a žilách káblov, musí byť obzvlášť čistý. To sa dosahuje špeciálnym technologických procesov:
- na báze elektrónového lúča a zónového tavenia;
- opakované čistenie elektrolýzou.
Keď je elektrický obvod uzavretý, na svorkách ktorého je potenciálny rozdiel, vzniká elektrický prúd. Voľné elektróny sa pod vplyvom síl elektrického poľa pohybujú pozdĺž vodiča. Pri svojom pohybe sa elektróny zrážajú s atómami vodiča a poskytujú im zásobu Kinetická energia. Rýchlosť pohybu elektrónov sa neustále mení: pri zrážke elektrónov s atómami, molekulami a inými elektrónmi klesá, potom vplyvom elektrického poľa stúpa a pri novej zrážke zase klesá. V dôsledku toho je nainštalovaný vodič rovnomerný pohyb prúdenie elektrónov rýchlosťou niekoľkých zlomkov centimetra za sekundu. V dôsledku toho elektróny prechádzajúce vodičom vždy narážajú na odpor voči ich pohybu z jeho strany. Keď elektrický prúd prechádza vodičom, tento sa zahrieva.
Elektrický odpor
Elektrický odpor vodiča, ktorý je označený latinským písmenom r, je vlastnosťou telesa alebo média transformovať sa elektrická energia do tepla, keď ním prechádza elektrický prúd.
V diagramoch je elektrický odpor znázornený na obrázku 1, A.
Premenlivý elektrický odpor, ktorý slúži na zmenu prúdu v obvode, sa nazýva reostat. V diagramoch sú reostaty označené tak, ako je znázornené na obrázku 1, b. IN všeobecný pohľad Reostat je vyrobený z drôtu jedného alebo druhého odporu, navinutého na izolačnej základni. Posúvač alebo páka reostatu je umiestnená v určitej polohe, v dôsledku čoho sa do obvodu zavádza požadovaný odpor.
Dlhý vodič s malým prierezom vytvára veľký odpor voči prúdu. Krátke vodiče s veľkým prierezom kladú malý odpor voči prúdu.
Ak vezmeme dva vodiče z rôzne materiály, ale rovnakú dĺžku a prierez, potom budú vodiče viesť prúd inak. To ukazuje, že odpor vodiča závisí od materiálu samotného vodiča.
Teplota vodiča tiež ovplyvňuje jeho odpor. So zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje odolnosť kovov a znižuje sa odolnosť kvapalín a uhlia. Len niektoré špeciálne zliatiny kovov (manganín, konštantán, nikel a iné) s rastúcou teplotou takmer nemenia svoj odpor.
Vidíme teda, že elektrický odpor vodiča závisí od: 1) dĺžky vodiča, 2) prierezu vodiča, 3) materiálu vodiča, 4) teploty vodiča.
Jednotkou odporu je jeden ohm. Om je často reprezentované gréckym veľkým písmenom Ω (omega). Preto namiesto písania „Odpor vodiča je 15 ohmov“ môžete jednoducho napísať: r= 15 Ω.
1 000 ohmov sa nazýva 1 kiloohm(1 kOhm alebo 1 kΩ),
1 000 000 ohmov sa nazýva 1 megaohm(1 mOhm alebo 1 MΩ).
Pri porovnaní odporu vodičov z rôzne materiály Pre každú vzorku je potrebné odobrať určitú dĺžku a prierez. Potom budeme vedieť posúdiť, ktorý materiál vedie elektrický prúd lepšie alebo horšie.
Video 1. Odpor vodiča
Elektrický odpor
Nazýva sa odpor vodiča dlhého 1 m s prierezom 1 mm² v ohmoch rezistivita a označuje sa gréckym písmenom ρ (ro).
V tabuľke 1 sú uvedené odpory niektorých vodičov.
stôl 1
Odpory rôznych vodičov
Tabuľka ukazuje, že železný drôt s dĺžkou 1 m a prierezom 1 mm² má odpor 0,13 Ohm. Ak chcete získať odpor 1 Ohm, musíte vziať 7,7 m takého drôtu. Striebro má najnižší odpor. Odpor 1 Ohm možno získať odoberaním 62,5 m strieborného drôtu s prierezom 1 mm². Striebro - najlepší sprievodca, ale cena striebra vylučuje možnosť jeho masového využitia. Po striebre v tabuľke prichádza meď: 1 m medený drôt s prierezom 1 mm² má odpor 0,0175 Ohm. Ak chcete získať odpor 1 ohm, musíte si vziať 57 m takéhoto drôtu.
Chemicky čistá meď získaná rafináciou našla široké využitie v elektrotechnike na výrobu drôtov, káblov a vinutí. elektrické stroje a zariadenia. Hliník a železo sú tiež široko používané ako vodiče.
Odpor vodiča možno určiť podľa vzorca:
Kde r– odpor vodiča v ohmoch; ρ – špecifický odpor vodiča; l– dĺžka vodiča vm; S– prierez vodiča v mm².
Príklad 1 Určte odpor 200 m železného drôtu s prierezom 5 mm².
Príklad 2 Vypočítajte odpor 2 km hliníkového drôtu s prierezom 2,5 mm².
Z odporového vzorca ľahko určíte dĺžku, rezistivitu a prierez vodiča.
Príklad 3 Pre rádiový prijímač je potrebné navinúť odpor 30 Ohm z niklového drôtu s prierezom 0,21 mm². Určite požadovanú dĺžku drôtu.
Príklad 4. Určte prierez 20 m nichrómový drôt, ak je jeho odpor 25 Ohmov.
Príklad 5. Drôt s prierezom 0,5 mm² a dĺžkou 40 m má odpor 16 Ohmov. Určite materiál drôtu.
Materiál vodiča charakterizuje jeho odpor.
Na základe tabuľky odporu zistíme, že olovo má tento odpor.
Vyššie bolo uvedené, že odpor vodičov závisí od teploty. Urobme nasledujúci experiment. Navinieme niekoľko metrov tenkého kovového drôtu vo forme špirály a túto špirálu zapojíme do obvodu batérie. Na meranie prúdu zapojíme do obvodu ampérmeter. Keď sa cievka zahrieva v plameni horáka, všimnete si, že hodnoty ampérmetra sa znížia. To ukazuje, že odpor kovového drôtu sa zahrievaním zvyšuje.
Pri niektorých kovoch sa pri zahriatí o 100° zvýši odpor o 40–50 %. Existujú zliatiny, ktoré zahrievaním mierne menia svoj odpor. Niektoré špeciálne zliatiny nevykazujú prakticky žiadnu zmenu odporu pri zmene teploty. Odpor kovových vodičov sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou, odpor elektrolytov (kvapalné vodiče), uhlia a niektorých pevné látky, naopak klesá.
Schopnosť kovov meniť svoj odpor so zmenami teploty sa využíva na konštrukciu odporových teplomerov. Tento teplomer je platinový drôt navinutý na sľudovom ráme. Vložením teplomera napríklad do pece a meraním odporu platinového drôtu pred a po zahriatí možno určiť teplotu v peci.
Zmena odporu vodiča pri jeho zahriatí na 1 ohm počiatočného odporu a na 1 ° teploty sa nazýva teplotný koeficient odporu a označuje sa písmenom α.
Ak pri teplote t 0 odpor vodiča je r 0 a pri teplote t rovná sa r t, potom teplotný koeficient odporu
Poznámka. Výpočet pomocou tohto vzorca je možné vykonať len v určitom teplotnom rozsahu (približne do 200 °C).
Uvádzame hodnoty teplotného koeficientu odporu α pre niektoré kovy (tabuľka 2).
tabuľka 2
Hodnoty teplotných koeficientov pre niektoré kovy
Zo vzorca pre teplotný koeficient odporu určíme r t:
r t = r 0 .
Príklad 6. Určte odpor železného drôtu zahriateho na 200 °C, ak jeho odpor pri 0 °C bol 100 ohmov.
r t = r 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 ohmov.
Príklad 7. Odporový teplomer vyrobený z platinového drôtu mal v miestnosti pri 15°C odpor 20 ohmov. Teplomer bol vložený do pece a po určitom čase bol zmeraný jeho odpor. Ukázalo sa, že sa rovná 29,6 ohmov. Určte teplotu v rúre.
Elektrická vodivosť
Doteraz sme považovali odpor vodiča za prekážku, ktorú vodič poskytuje elektrickému prúdu. Napriek tomu prúd prechádza vodičom. Preto má vodič okrem odporu (prekážky) aj schopnosť viesť elektrický prúd, teda vodivosť.
Čím väčší odpor má vodič, tým má menšiu vodivosť, tým horšie vedie elektrický prúd, a naopak, čím je odpor vodiča menší, tým má väčšiu vodivosť, tým ľahšie prechádza vodičom. Preto sú odpor a vodivosť vodiča recipročné veličiny.
Z matematiky je známe, že prevrátená hodnota 5 je 1/5 a naopak prevrátená hodnota 1/7 je 7. Ak teda odpor vodiča označíme písm. r, potom je vodivosť definovaná ako 1/ r. Vodivosť je zvyčajne symbolizovaná písmenom g.
Elektrická vodivosť sa meria v (1/Ohm) alebo v siemens.
Príklad 8. Odpor vodiča je 20 ohmov. Určite jeho vodivosť.
Ak r= 20 Ohm, teda
Príklad 9. Vodivosť vodiča je 0,1 (1/Ohm). Určte jeho odpor
Ak g = 0,1 (1/Ohm), potom r= 1 / 0,1 = 10 (ohm)
Ako vieme z Ohmovho zákona, prúd v časti obvodu je v nasledujúcom vzťahu: I=U/R. Zákon bol odvodený prostredníctvom série experimentov nemeckého fyzika Georga Ohma v 19. storočí. Všimol si vzor: sila prúdu v ktorejkoľvek časti obvodu priamo závisí od napätia, ktoré je aplikované na túto časť, a naopak od jeho odporu.
Neskôr sa zistilo, že odpor sekcie závisí od jej geometrických charakteristík takto: R = ρl/S,
kde l je dĺžka vodiča, S je jeho prierezová plocha a ρ je určitý koeficient úmernosti.
Odpor je teda určený geometriou vodiča, ako aj takým parametrom, ako je špecifický odpor (ďalej len rezistivita) - tak sa nazýva tento koeficient. Ak vezmete dva vodiče s rovnakým prierezom a dĺžkou a umiestnite ich do obvodu jeden po druhom, potom meraním prúdu a odporu môžete vidieť, že v týchto dvoch prípadoch budú tieto indikátory odlišné. Teda konkrétne elektrický odpor- to je charakteristika materiálu, z ktorého je vodič vyrobený, alebo ešte presnejšie látky.
Vodivosť a odpor
U.S. ukazuje schopnosť látky zabrániť prechodu prúdu. Ale vo fyzike existuje aj inverzná veličina – vodivosť. Ukazuje schopnosť viesť elektrický prúd. Vyzerá to takto:
σ=1/ρ, kde ρ je merný odpor látky.
Ak hovoríme o vodivosti, je určená charakteristikami nosičov náboja v tejto látke. Takže kovy majú voľné elektróny. Zapnuté vonkajšia škrupina nie sú viac ako tri a pre atóm je výhodnejšie ich „rozdať“, čo sa stane, keď chemické reakcie s látkami z pravej strany periodickej tabuľky. V situácii, keď máme čistý kov, má kryštalickú štruktúru, v ktorej sú tieto vonkajšie elektróny zdieľané. Sú to, čo prenáša náboj, ak na kov pôsobí elektrické pole.
V roztokoch sú nosičmi náboja ióny.
Ak hovoríme o látkach, ako je kremík, potom vo svojich vlastnostiach je polovodič a funguje na trochu inom princípe, ale o tom neskôr. Medzitým poďme zistiť, ako sa tieto triedy látok líšia:
- Vodiče;
- Polovodiče;
- Dielektrika.
Vodiče a dielektrika
Existujú látky, ktoré takmer nevedú prúd. Nazývajú sa dielektriká. Takéto látky sú schopné polarizácie v elektrické pole, to znamená, že ich molekuly sa môžu v tomto poli otáčať podľa toho, ako sú v nich rozložené elektróny. Ale keďže tieto elektróny nie sú voľné, ale slúžia na komunikáciu medzi atómami, nevedú prúd.
Vodivosť dielektrík je takmer nulová, hoci medzi nimi neexistujú žiadne ideálne (to je rovnaká abstrakcia ako absolútne čierne telo alebo ideálny plyn).
Konvenčná hranica pojmu „vodič“ je ρ<10^-5 Ом, а нижний порог такового у диэлектрика - 10^8 Ом.
Medzi týmito dvoma triedami sú látky nazývané polovodiče. Ich oddelenie do samostatnej skupiny látok však nesúvisí ani tak s ich stredným stavom v línii „vodivosť - odpor“, ale s vlastnosťami tejto vodivosti za rôznych podmienok.
Závislosť od faktorov prostredia
Vodivosť nie je úplne konštantná hodnota. Údaje v tabuľkách, z ktorých sa ρ berie na výpočty, existujú pre normálne podmienky prostredia, to znamená pre teplotu 20 stupňov. V skutočnosti je ťažké nájsť také ideálne podmienky pre prevádzku okruhu; vlastne USA (a teda aj vodivosť) závisí od nasledujúcich faktorov:
- teplota;
- tlak;
- prítomnosť magnetických polí;
- svetlo;
- stav agregácie.
Rôzne látky majú svoj vlastný harmonogram zmeny tohto parametra za rôznych podmienok. Feromagnety (železo a nikel) ho teda zvyšujú, keď sa smer prúdu zhoduje so smerom magnetických siločiar. Čo sa týka teploty, závislosť je tu takmer lineárna (existuje dokonca aj koncept teplotného koeficientu odporu, a to je tiež tabuľková hodnota). Ale smer tejto závislosti je iný: pre kovy sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou a pre prvky vzácnych zemín a roztoky elektrolytov sa zvyšuje - a to je v rovnakom stave agregácie.
U polovodičov nie je závislosť od teploty lineárna, ale hyperbolická a inverzná: so zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje ich vodivosť. To kvalitatívne odlišuje vodiče od polovodičov. Takto vyzerá závislosť ρ od teploty pre vodiče:
Tu sú uvedené odpory medi, platiny a železa. Niektoré kovy, napríklad ortuť, majú trochu iný graf - keď teplota klesne na 4 K, stratí ju takmer úplne (tento jav sa nazýva supravodivosť).
A pre polovodiče bude táto závislosť niečo takéto:
Pri prechode do kvapalného stavu sa ρ kovu zvyšuje, ale potom sa všetky správajú inak. Napríklad pre roztavený bizmut je nižšia ako pri izbovej teplote a pre meď je 10-krát vyššia ako normálne. Nikel opustí lineárny graf pri ďalších 400 stupňoch, po ktorých ρ klesne.
Ale volfrám má takú vysokú teplotnú závislosť, že spôsobuje vyhorenie žiaroviek. Keď je zapnutý, prúd ohrieva cievku a jej odpor sa niekoľkokrát zvyšuje.
Tiež y. s. zliatin závisí od technológie ich výroby. Takže, ak máme čo do činenia s jednoduchou mechanickou zmesou, potom sa odolnosť takejto látky dá vypočítať pomocou priemeru, ale pre substitučnú zliatinu (to je, keď sú dva alebo viac prvkov kombinovaných do jednej kryštálovej mriežky) to bude iné. spravidla oveľa väčšie. Napríklad nichróm, z ktorého sa vyrábajú špirály pre elektrické sporáky, má pre tento parameter takú hodnotu, že pri zapojení do okruhu sa tento vodič zahrieva až do začervenania (preto sa v skutočnosti používa).
Tu je charakteristika ρ uhlíkových ocelí:
Ako je vidieť, keď sa blíži k teplote topenia, stabilizuje sa.
Odpor rôznych vodičov
Nech je to akokoľvek, vo výpočtoch sa ρ používa presne za normálnych podmienok. Tu je tabuľka, pomocou ktorej môžete porovnať túto charakteristiku rôznych kovov:
Ako vidno z tabuľky, najlepším vodičom je striebro. A len jeho cena bráni jeho širokému použitiu pri výrobe káblov. U.S. hliník je tiež malý, ale menej ako zlato. Z tabuľky je zrejmé, prečo je elektroinštalácia v domoch buď medená alebo hliníková.
Tabuľka neobsahuje nikel, ktorý, ako sme už povedali, má trochu nezvyčajný graf y. s. na teplote. Odpor niklu po zvýšení teploty na 400 stupňov sa nezačne zvyšovať, ale klesať. Zaujímavo sa správa aj v iných substitučných zliatinách. Takto sa správa zliatina medi a niklu v závislosti od percenta oboch:
A tento zaujímavý graf ukazuje odolnosť zliatin zinku a horčíka:
Zliatiny s vysokým odporom sa používajú ako materiály na výrobu reostatov, tu sú ich vlastnosti:
Ide o zložité zliatiny pozostávajúce zo železa, hliníka, chrómu, mangánu a niklu.
Čo sa týka uhlíkových ocelí, je to približne 1,7*10^-7 Ohm m.
Rozdiel medzi y. s. Rôzne vodiče sú určené ich aplikáciou. Meď a hliník sa teda široko používajú pri výrobe káblov a zlato a striebro sa používajú ako kontakty v mnohých rádiotechnických výrobkoch. Vysokoodporové vodiče si našli svoje miesto medzi výrobcami elektrospotrebičov (presnejšie boli na tento účel vytvorené).
Variabilita tohto parametra v závislosti od podmienok prostredia tvorila základ pre také zariadenia, ako sú snímače magnetického poľa, termistory, tenzometre a fotorezistory.