Upinzani wa metali ni uwezo wao wa kupinga mkondo wa umeme unaopita kupitia kwao. Kitengo cha kipimo cha wingi huu ni Ohm*m (Ohm-mita). Alama iliyotumika ni herufi ya Kigiriki ρ (rho). Maadili ya juu ya kupinga inamaanisha conductivity duni ya malipo ya umeme na nyenzo fulani.
Vipimo vya chuma
Kabla ya kuangalia kwa undani resistivity chuma, unapaswa kujitambulisha na mali zake za kimsingi za kimwili na mitambo. Kutokana na sifa zake, nyenzo hii hutumiwa sana katika sekta ya viwanda na maeneo mengine ya maisha na shughuli za watu.
Chuma ni aloi ya chuma na kaboni, iliyomo kwa kiasi kisichozidi 1.7%. Mbali na kaboni, chuma kina kiasi fulani cha uchafu - silicon, manganese, sulfuri na fosforasi. Kwa suala la sifa zake, ni kwa kiasi kikubwa bora kuliko chuma cha kutupwa, inaweza kuwa ngumu kwa urahisi, kughushi, kukunjwa na aina nyingine za usindikaji. Aina zote za chuma zina sifa ya nguvu ya juu na ductility.
Kulingana na madhumuni yake, chuma imegawanywa katika miundo, chombo, na pia na maalum mali za kimwili. Kila mmoja wao ana kiasi tofauti cha kaboni, shukrani ambayo nyenzo hupata sifa fulani maalum, kwa mfano, upinzani wa joto, upinzani wa joto, upinzani wa kutu na kutu.
Mahali maalum huchukuliwa na vyuma vya umeme, vinavyozalishwa katika muundo wa karatasi na kutumika katika uzalishaji wa bidhaa za umeme. Ili kupata nyenzo hii, silicon ni doped, ambayo inaweza kuboresha mali zake za magnetic na umeme.
Ili chuma cha umeme kupata sifa muhimu, ni muhimu kuzingatia mahitaji fulani na masharti. Nyenzo lazima iwe na sumaku kwa urahisi na remagnetized, yaani, kuwa na upenyezaji wa juu wa magnetic. Vyuma vile vina nzuri, na mabadiliko yao ya magnetization yanafanywa kwa hasara ndogo.
Vipimo na uzito wa cores magnetic na windings, pamoja na mgawo, hutegemea kufuata mahitaji haya. hatua muhimu transfoma na joto lao la kufanya kazi. Utimilifu wa masharti huathiriwa na mambo mengi, ikiwa ni pamoja na resistivity ya chuma.
Resistivity na viashiria vingine
Thamani ya kupinga umeme ni uwiano wa voltage uwanja wa umeme katika chuma na wiani wa sasa unaopita ndani yake. Kwa mahesabu ya vitendo formula inatumika: ambayo ρ ni upinzani wa chuma (Ohm * m), E- nguvu ya shamba la umeme (V / m), na J- wiani wa sasa wa umeme katika chuma (A/m2). Kwa nguvu ya juu sana ya shamba la umeme na wiani mdogo wa sasa, resistivity ya chuma itakuwa ya juu.
Kuna kiasi kingine kinachoitwa conductivity ya umeme, inverse ya resistivity, inayoonyesha kiwango ambacho nyenzo hufanya sasa ya umeme. Imedhamiriwa na formula na imeonyeshwa kwa vitengo vya S/m - siemens kwa mita.
Resistivity inahusiana kwa karibu na upinzani wa umeme. Walakini, wana tofauti kati yao wenyewe. Katika kesi ya kwanza, hii ni mali ya nyenzo, ikiwa ni pamoja na chuma, na katika kesi ya pili, mali ya kitu kizima imedhamiriwa. Ubora wa kupinga huathiriwa na mchanganyiko wa mambo kadhaa, hasa sura na kupinga kwa nyenzo ambayo hufanywa. Kwa mfano, ikiwa waya nyembamba na ndefu ilitumiwa kufanya kupinga kwa waya, basi upinzani wake utakuwa mkubwa zaidi kuliko ule wa kupinga uliofanywa kutoka kwa waya nene na mfupi wa chuma sawa.
Mfano mwingine ni vipinga vilivyotengenezwa kwa waya za kipenyo sawa na urefu. Walakini, ikiwa katika moja yao nyenzo zina upinzani wa juu, na kwa upande mwingine ni chini, basi, ipasavyo, katika kupinga kwanza. upinzani wa umeme itakuwa juu kuliko ya pili.
Kujua mali ya msingi ya nyenzo, unaweza kutumia resistivity ya chuma ili kuamua thamani ya upinzani wa conductor chuma. Kwa mahesabu, pamoja na upinzani wa umeme, utahitaji kipenyo na urefu wa waya yenyewe. Mahesabu hufanywa kwa kutumia formula ifuatayo: , ambayo R ni (Ohm), ρ - resistivity ya chuma (Ohm * m), L- inalingana na urefu wa waya, A- eneo lake sehemu ya msalaba.
Kuna utegemezi wa resistivity ya chuma na metali nyingine juu ya joto. Mahesabu mengi hutumia joto la chumba- 20 0 C. Mabadiliko yote chini ya ushawishi wa jambo hili yanazingatiwa kwa kutumia mgawo wa joto.
Upinzani wa shaba hubadilika na joto, lakini kwanza tunahitaji kuamua ikiwa tunazungumza juu ya upinzani wa umeme wa makondakta (upinzani wa ohmic), ambayo ni muhimu kwa nguvu ya DC juu ya Ethernet, au ikiwa tunazungumza juu ya ishara katika mitandao ya data, na basi tunazungumzia hasara ya kuingizwa wakati wa uenezi wimbi la umeme katika mazingira ya jozi iliyopotoka na utegemezi wa kupunguza joto (na frequency, ambayo sio muhimu sana).
Upinzani wa shaba
Katika mfumo wa kimataifa wa SI, resistivity ya conductors hupimwa katika Ohm∙m. Katika uwanja wa IT, mwelekeo usio wa mfumo wa Ohm∙mm 2 / m hutumiwa mara nyingi zaidi, ambayo ni rahisi zaidi kwa mahesabu, kwani sehemu za msalaba wa conductor kawaida huonyeshwa kwa mm 2. Thamani 1 Ohm∙mm 2/m ni mara milioni chini ya 1 Ohm∙m na inaashiria upinzani wa dutu, kondakta yenye homogeneous ambayo urefu wa m 1 na eneo la sehemu ya 1 mm 2 inatoa upinzani wa 1 Ohm.
Upinzani wa shaba safi ya umeme saa 20 ° C ni 0.0172 Ohm∙mm 2 / m. KATIKA vyanzo mbalimbali unaweza kupata maadili hadi 0.018 Ohm∙mm 2 / m, ambayo inaweza pia kutumika kwa shaba ya umeme. Maadili hutofautiana kulingana na usindikaji ambao nyenzo hiyo inafanywa. Kwa mfano, annealing baada ya kuchora ("kuchora") waya hupunguza resistivity ya shaba kwa asilimia kadhaa, ingawa inafanywa kimsingi kubadili mitambo badala ya mali ya umeme.
Ustahimilivu wa shaba una athari za moja kwa moja kwa programu za Nguvu juu ya Ethaneti. Sehemu tu ya asili mkondo wa moja kwa moja, kulishwa ndani ya conductor, itafikia mwisho wa kondakta - hasara fulani njiani haziepukiki. Kwa mfano, Aina ya PoE 1 inahitaji kuwa kati ya 15.4 W iliyotolewa na chanzo, angalau 12.95 W ifikie kifaa kinachoendeshwa kwenye sehemu ya mbali.
Resistivity ya shaba inatofautiana na joto, lakini kwa joto la IT mabadiliko ni ndogo. Mabadiliko ya upinzani yanahesabiwa kwa kutumia fomula:
ΔR = α R ΔT
R 2 = R 1 (1 + α (T 2 - T 1))
ambapo ΔR ni badiliko la uwezo wa kustahimili halijoto, R ni uwezo wa kustahimili halijoto inayochukuliwa kama kiwango cha msingi (kawaida 20°C), ΔT ni kinyumeo cha halijoto, α ni mgawo wa joto wa upinzani kwa ya nyenzo hii(kipimo °C -1). Katika safu kutoka 0 ° C hadi 100 ° C, mgawo wa joto wa 0.004 ° C -1 unakubaliwa kwa shaba. Wacha tuhesabu upinzani wa shaba kwa 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
Upinzani uliongezeka kwa 16% na ongezeko la joto kwa 40 ° C. Wakati wa uendeshaji wa mifumo ya cable, bila shaka, jozi iliyopotoka haipaswi kuwa ndani joto la juu, hii haipaswi kuruhusiwa. Wakati umeundwa vizuri na mfumo uliowekwa joto la nyaya hutofautiana kidogo na 20 ° C ya kawaida, na kisha mabadiliko ya kupinga itakuwa ndogo. Kwa mujibu wa viwango vya mawasiliano ya simu, upinzani wa kondakta wa shaba wa 100 m katika kitengo cha 5e au 6 cable jozi iliyopotoka haipaswi kuzidi 9.38 ohms saa 20 ° C. Katika mazoezi, wazalishaji wanafaa kwa thamani hii kwa ukingo, hivyo hata kwa joto la 25 ° C ÷ 30 ° C, upinzani wa conductor wa shaba hauzidi thamani hii.
Jozi Iliyopinda Kupunguza Mawimbi / Kupoteza Uwekaji
Wimbi la sumakuumeme linapoenea kupitia kebo ya jozi iliyosokotwa ya shaba, sehemu ya nishati yake hutawanywa kwenye njia kutoka mwisho wa karibu hadi mwisho wa mbali. Kadiri joto la kebo lilivyo juu, ndivyo ishara inavyopunguza. Washa masafa ya juu attenuation ni nguvu zaidi kuliko katika viwango vya chini, na kwa zaidi makundi ya juu mipaka inayoruhusiwa kali zaidi wakati wa kujaribu upotezaji wa uwekaji. Katika kesi hii, maadili yote ya kikomo yanawekwa kwa joto la 20 ° C. Ikiwa saa 20 ° C ishara ya awali ilifika mwisho wa sehemu ya urefu wa 100 m na kiwango cha nguvu P, basi kwa joto la juu nguvu za ishara hizo zitazingatiwa kwa umbali mfupi. Ikiwa inahitajika kutoa nguvu sawa ya ishara kwenye pato la sehemu, basi itabidi usakinishe kebo fupi (ambayo haiwezekani kila wakati) au uchague chapa za kebo zilizo na upunguzaji wa chini.
- Kwa nyaya zilizolindwa kwa joto la zaidi ya 20 ° C, mabadiliko ya joto ya digrii 1 husababisha mabadiliko ya kupungua kwa 0.2%.
- Kwa aina zote za nyaya na masafa yoyote kwa joto hadi 40 ° C, mabadiliko ya joto ya digrii 1 husababisha mabadiliko ya kupungua kwa 0.4%.
- Kwa aina zote za nyaya na masafa yoyote ya joto kutoka 40 ° C hadi 60 ° C, mabadiliko ya joto ya digrii 1 husababisha mabadiliko ya kupungua kwa 0.6%.
- Kebo za Aina ya 3 zinaweza kuathiriwa na mabadiliko ya 1.5% kwa kila digrii Selsiasi
Tayari mwanzoni mwa 2000. Kiwango cha TIA/EIA-568-B.2 kilipendekezwa kupunguza kadri inavyowezekana urefu unaoruhusiwa Aina ya 6 ya laini/chaneli ya kudumu ikiwa kebo iliwekwa katika mazingira ya halijoto ya juu, na kadiri halijoto inavyozidi kuongezeka, ndivyo sehemu inavyopaswa kuwa fupi.
Kwa kuzingatia kwamba dari ya mzunguko katika kitengo cha 6A ni mara mbili zaidi kuliko katika jamii ya 6, vikwazo vya joto kwa mifumo hiyo itakuwa kali zaidi.
Leo, wakati wa kutekeleza maombi PoE Tunazungumza juu ya kasi ya juu ya gigabit 1. Wakati maombi ya 10-Gigabit yanatumiwa, hata hivyo, Nguvu juu ya Ethernet sio chaguo, angalau bado. Kwa hiyo kulingana na mahitaji yako, wakati joto linabadilika, unahitaji kuzingatia ama mabadiliko ya upinzani wa shaba au mabadiliko ya kupungua. Katika visa vyote viwili, ni jambo la maana zaidi kuhakikisha kuwa nyaya zimehifadhiwa kwenye halijoto inayokaribia 20°C.
Maudhui:
Katika uhandisi wa umeme, moja ya mambo makuu ya nyaya za umeme ni waya. Kazi yao ni kuruhusu umeme. Imejulikana kwa muda mrefu kwa majaribio kwamba ili kupunguza hasara za umeme, waya ni bora kufanywa kwa fedha. Ni chuma hiki ambacho hutoa mali ya kondakta na upinzani mdogo katika ohms. Lakini kwa kuwa chuma hiki kizuri ni ghali, matumizi yake katika tasnia ni mdogo sana.
Alumini na shaba ikawa metali kuu kwa waya. Kwa bahati mbaya, upinzani wa chuma kama kondakta wa umeme ni wa juu sana kutengeneza waya mzuri. Licha ya gharama yake ya chini, hutumiwa tu kama msingi wa waya za waya.
Vile upinzani tofauti
Upinzani hupimwa kwa ohms. Lakini kwa waya thamani hii inageuka kuwa ndogo sana. Ukijaribu kuchukua vipimo na kijaribu katika hali ya kipimo cha upinzani, itakuwa vigumu kupata matokeo sahihi. Zaidi ya hayo, bila kujali ni waya gani tunayochukua, matokeo kwenye maonyesho ya kifaa yatatofautiana kidogo. Lakini hii haina maana kwamba kwa kweli upinzani wa umeme wa waya hizi utakuwa na athari sawa na hasara za umeme. Ili kuthibitisha hili, unahitaji kuchambua fomula inayotumiwa kuhesabu upinzani:
Fomula hii hutumia idadi kama vile:
Inatokea kwamba upinzani huamua upinzani. Kuna upinzani unaohesabiwa na formula kwa kutumia upinzani mwingine. Upinzani huu wa umeme ρ (herufi ya Kigiriki rho) ndio huamua faida ya chuma fulani kama kondakta wa umeme:
Kwa hiyo, ikiwa unatumia shaba, chuma, fedha au nyenzo nyingine yoyote kufanya waya zinazofanana au waendeshaji wa kubuni maalum, nyenzo zitakuwa na jukumu kuu katika mali zake za umeme.
Lakini kwa kweli, hali ya upinzani ni ngumu zaidi kuliko kuhesabu tu kwa kutumia fomula zilizotolewa hapo juu. Fomula hizi hazizingatii hali ya joto na sura ya kipenyo cha kondakta. Na kwa kuongezeka kwa joto, resistivity ya shaba, kama chuma nyingine yoyote, inakuwa kubwa zaidi. Sana mfano wazi inaweza kuwa balbu ya taa ya incandescent. Unaweza kupima upinzani wa ond yake na tester. Kisha, baada ya kupima sasa katika mzunguko na taa hii, tumia sheria ya Ohm ili kuhesabu upinzani wake katika hali ya mwanga. Matokeo yatakuwa makubwa zaidi kuliko wakati wa kupima upinzani na tester.
Vivyo hivyo, shaba haitatoa ufanisi unaotarajiwa na sasa nguvu kubwa, ikiwa tunapuuza sura ya sehemu ya msalaba ya kondakta. Athari ya ngozi, ambayo hutokea kwa uwiano wa moja kwa moja na ongezeko la sasa, hufanya waendeshaji wenye sehemu ya msalaba wa mviringo haifai, hata ikiwa fedha au shaba hutumiwa. Kwa sababu hii, upinzani wa pande zote waya wa shaba kwa sasa ya juu inaweza kuwa ya juu zaidi kuliko ile ya waya ya gorofa ya alumini.
Aidha, hata kama maeneo ya kipenyo chao ni sawa. Katika mkondo wa kubadilisha Athari ya ngozi pia inaonekana, ikiongezeka kadiri mzunguko wa sasa unavyoongezeka. Athari ya ngozi inamaanisha tabia ya mtiririko wa sasa karibu na uso wa kondakta. Kwa sababu hii, katika baadhi ya matukio ni faida zaidi kutumia mipako ya fedha ya waya. Hata kupunguzwa kidogo kwa upinzani wa uso wa conductor ya shaba iliyotiwa fedha kwa kiasi kikubwa hupunguza kupoteza kwa ishara.
Ujumla wa dhana ya kupinga
Kama ilivyo katika kesi nyingine yoyote ambayo inahusishwa na kuonyesha vipimo, kupinga kunaonyeshwa ndani mifumo tofauti vitengo. SI (Mfumo wa Kimataifa wa Vitengo) hutumia ohm m, lakini pia inakubalika kutumia Ohm*kV mm/m (hii ni kitengo kisicho cha utaratibu cha kupinga). Lakini katika kondakta halisi, thamani ya kupinga sio mara kwa mara. Kwa kuwa vifaa vyote vina usafi fulani, ambao unaweza kutofautiana kutoka kwa uhakika hadi hatua, ilikuwa ni lazima kuunda uwakilishi unaofanana wa upinzani katika nyenzo halisi. Udhihirisho huu ulikuwa sheria ya Ohm katika hali tofauti:
Sheria hii ina uwezekano mkubwa haitatumika kwa malipo ya kaya. Lakini wakati wa kubuni wa vipengele mbalimbali vya elektroniki, kwa mfano, vipinga, vipengele vya kioo, kwa hakika hutumiwa. Kwa kuwa inakuwezesha kufanya mahesabu kulingana na hatua fulani ambayo kuna wiani wa sasa na nguvu ya shamba la umeme. Na resistivity sambamba. Fomu hiyo hutumiwa kwa isotropiki isiyo na homogeneous pamoja na vitu vya anisotropic (fuwele, kutokwa kwa gesi, nk).
Jinsi ya kupata shaba safi
Ili kupunguza hasara katika waya za shaba na cores za cable, lazima iwe safi hasa. Hii inafanikiwa na maalum michakato ya kiteknolojia:
- kulingana na boriti ya elektroni na kuyeyuka kwa eneo;
- kusafisha mara kwa mara electrolysis.
Wakati mzunguko wa umeme unafungwa, kwenye vituo ambavyo kuna tofauti inayowezekana, sasa umeme hutokea. Elektroni za bure, chini ya ushawishi wa nguvu za shamba za umeme, huenda pamoja na kondakta. Katika harakati zao, elektroni hugongana na atomi za kondakta na kuwapa usambazaji wao nishati ya kinetic. Kasi ya harakati ya elektroni inabadilika kila wakati: wakati elektroni zinapogongana na atomi, molekuli na elektroni zingine, hupungua, kisha chini ya ushawishi wa uwanja wa umeme huongezeka na kupungua tena wakati wa mgongano mpya. Matokeo yake, conductor imewekwa mwendo wa sare mtiririko wa elektroni kwa kasi ya sehemu kadhaa za sentimita kwa sekunde. Kwa hiyo, elektroni zinazopita kupitia kondakta daima hukutana na upinzani kwa harakati zao kutoka upande wake. Wakati umeme wa sasa unapita kupitia kondakta, mwisho huwaka.
Upinzani wa umeme
Upinzani wa umeme wa kondakta, ambayo inaonyeshwa na barua ya Kilatini r, ni mali ya mwili au kati ya kubadilisha nishati ya umeme kwenye joto wakati mkondo wa umeme unapita ndani yake.
Katika michoro, upinzani wa umeme unaonyeshwa kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1, A.
Upinzani wa umeme unaobadilika, ambao hutumikia kubadilisha sasa katika mzunguko, huitwa rheostat. Katika michoro, rheostats imeteuliwa kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1, b. KATIKA mtazamo wa jumla Rheostat inafanywa kutoka kwa waya wa upinzani mmoja au mwingine, jeraha kwenye msingi wa kuhami. Slider au lever ya rheostat imewekwa katika nafasi fulani, kwa sababu ambayo upinzani unaohitajika huletwa kwenye mzunguko.
Kondakta mrefu na sehemu ndogo ya msalaba hujenga upinzani mkubwa kwa sasa. Waendeshaji wa muda mfupi wenye sehemu kubwa ya msalaba hutoa upinzani mdogo kwa sasa.
Ikiwa tunachukua conductors mbili kutoka vifaa mbalimbali, lakini urefu sawa na sehemu ya msalaba, basi waendeshaji watafanya sasa tofauti. Hii inaonyesha kwamba upinzani wa conductor inategemea nyenzo za conductor yenyewe.
Joto la kondakta pia huathiri upinzani wake. Wakati joto linapoongezeka, upinzani wa metali huongezeka, na upinzani wa vinywaji na makaa ya mawe hupungua. Baadhi tu ya aloi maalum za chuma (manganin, constantan, nickel na wengine) hazibadilishi upinzani wao na joto la kuongezeka.
Kwa hiyo, tunaona kwamba upinzani wa umeme wa conductor inategemea: 1) urefu wa conductor, 2) sehemu ya msalaba wa conductor, 3) nyenzo za conductor, 4) joto la conductor.
Kitengo cha upinzani ni ohm moja. Om mara nyingi huwakilishwa na herufi kubwa ya Kigiriki Ω (omega). Kwa hivyo, badala ya kuandika "Upinzani wa conductor ni 15 ohms," unaweza kuandika tu: r= 15 Ω.
1,000 ohms inaitwa 1 kiloohm(1kOhm, au 1kΩ),
1,000,000 ohms inaitwa 1 megaohm(1mOhm, au 1MΩ).
Wakati kulinganisha upinzani wa conductors kutoka vifaa mbalimbali Ni muhimu kuchukua urefu fulani na sehemu ya msalaba kwa kila sampuli. Kisha tutaweza kuhukumu ni nyenzo gani zinazofanya sasa umeme bora au mbaya zaidi.
Video 1. Upinzani wa kondakta
Upinzani wa umeme
Upinzani katika ohms ya kondakta urefu wa 1 m, na sehemu ya msalaba ya 1 mm² inaitwa resistivity na inaonyeshwa na herufi ya Kigiriki ρ (ro).
Jedwali la 1 linaonyesha upinzani wa baadhi ya waendeshaji.
Jedwali 1
Upinzani wa waendeshaji mbalimbali
Jedwali linaonyesha kuwa waya wa chuma wenye urefu wa m 1 na sehemu ya msalaba ya 1 mm² ina upinzani wa 0.13 Ohm. Ili kupata 1 Ohm ya upinzani unahitaji kuchukua 7.7 m ya waya hiyo. Fedha ina upinzani wa chini kabisa. 1 Ohm ya upinzani inaweza kupatikana kwa kuchukua 62.5 m ya waya wa fedha na sehemu ya msalaba ya 1 mm². Fedha - mwongozo bora, lakini gharama ya fedha haijumuishi uwezekano wa matumizi yake ya wingi. Baada ya fedha katika meza huja shaba: 1 m waya wa shaba na sehemu ya msalaba ya 1 mm² ina upinzani wa 0.0175 Ohm. Ili kupata upinzani wa 1 ohm, unahitaji kuchukua 57 m ya waya hiyo.
Shaba safi yenye kemikali iliyopatikana kwa kusafishwa imepata matumizi mengi katika uhandisi wa umeme kwa ajili ya utengenezaji wa nyaya, nyaya na vilima. mashine za umeme na vifaa. Alumini na chuma pia hutumiwa sana kama makondakta.
Upinzani wa kondakta unaweza kuamua na formula:
Wapi r- upinzani wa conductor katika ohms; ρ - upinzani maalum wa kondakta; l- urefu wa kondakta katika m; S- sehemu ya kondakta katika mm².
Mfano 1. Amua upinzani wa mita 200 za waya za chuma na sehemu ya msalaba ya 5 mm².
Mfano 2. Piga hesabu ya upinzani wa kilomita 2 za waya za alumini na sehemu ya msalaba ya 2.5 mm².
Kutoka kwa formula ya upinzani unaweza kuamua kwa urahisi urefu, resistivity na sehemu ya msalaba wa kondakta.
Mfano 3. Kwa mpokeaji wa redio, inahitajika kupeana upinzani wa Ohm 30 kutoka kwa waya wa nikeli na sehemu ya msalaba ya 0.21 mm². Tambua urefu wa waya unaohitajika.
Mfano 4. Kuamua sehemu ya msalaba 20 m waya wa nichrome, ikiwa upinzani wake ni 25 Ohms.
Mfano 5. Waya yenye sehemu ya msalaba ya 0.5 mm² na urefu wa 40 m ina upinzani wa 16 Ohms. Kuamua nyenzo za waya.
Nyenzo za conductor zina sifa ya kupinga kwake.
Kulingana na meza ya kupinga, tunaona kwamba risasi ina upinzani huu.
Ilielezwa hapo juu kuwa upinzani wa waendeshaji hutegemea joto. Hebu tufanye jaribio lifuatalo. Hebu upepo mita kadhaa ya waya nyembamba ya chuma kwa namna ya ond na kuunganisha hii ond kwa mzunguko wa betri. Ili kupima sasa, tunaunganisha ammeter kwenye mzunguko. Wakati coil inapokanzwa katika moto wa burner, utaona kwamba masomo ya ammeter yatapungua. Hii inaonyesha kwamba upinzani wa waya wa chuma huongezeka kwa joto.
Kwa metali zingine, inapokanzwa na 100 °, upinzani huongezeka kwa 40-50%. Kuna aloi zinazobadilisha upinzani wao kidogo na inapokanzwa. Baadhi ya aloi maalum hazionyeshi mabadiliko yoyote katika upinzani wakati hali ya joto inabadilika. Upinzani wa makondakta wa chuma huongezeka kwa kuongezeka kwa joto, upinzani wa elektroliti (kondakta za kioevu), makaa ya mawe na baadhi. yabisi, kinyume chake, hupungua.
Uwezo wa metali kubadilisha upinzani wao na mabadiliko ya joto hutumiwa kujenga thermometers ya upinzani. Kipimajoto hiki ni jeraha la waya ya platinamu kwenye sura ya mica. Kwa kuweka thermometer, kwa mfano, katika tanuru na kupima upinzani wa waya wa platinamu kabla na baada ya joto, joto katika tanuru inaweza kuamua.
Mabadiliko ya upinzani wa kondakta wakati inapokanzwa kwa 1 ohm ya upinzani wa awali na kwa joto la 1 ° inaitwa. mgawo wa joto wa upinzani na inaonyeshwa kwa herufi α.
Ikiwa kwa joto t 0 upinzani wa kondakta ni r 0, na kwa joto t sawa r t, basi mgawo wa joto wa upinzani
Kumbuka. Kuhesabu kwa kutumia fomula hii inaweza tu kufanywa katika kiwango fulani cha joto (hadi takriban 200 ° C).
Tunawasilisha maadili ya mgawo wa joto wa upinzani α kwa metali kadhaa (Jedwali 2).
meza 2
Thamani za mgawo wa halijoto kwa baadhi ya metali
Kutoka kwa formula ya mgawo wa joto wa upinzani tunaamua r t:
r t = r 0 .
Mfano 6. Tambua upinzani wa waya wa chuma unaowaka hadi 200 ° C ikiwa upinzani wake saa 0 ° C ulikuwa 100 Ohms.
r t = r 0 = 100 (1 + 0.0066 × 200) = 232 ohms.
Mfano 7. Kipimajoto cha kustahimili kilichotengenezwa kwa waya wa platinamu kilikuwa na ukinzani wa ohm 20 katika chumba cha 15°C. Thermometer iliwekwa kwenye tanuri na baada ya muda upinzani wake ulipimwa. Ilibadilika kuwa sawa na 29.6 Ohms. Kuamua hali ya joto katika tanuri.
Conductivity ya umeme
Kufikia sasa, tumezingatia upinzani wa kondakta kama kikwazo ambacho kondakta hutoa kwa sasa ya umeme. Lakini bado, sasa inapita kupitia kondakta. Kwa hiyo, pamoja na upinzani (kikwazo), conductor pia ana uwezo wa kufanya sasa umeme, yaani, conductivity.
Upinzani zaidi wa conductor una, chini ya conductivity ina, mbaya zaidi hufanya sasa umeme, na, kinyume chake, chini ya upinzani wa conductor, conductivity zaidi ina, ni rahisi zaidi kwa sasa kupita kupitia conductor. Kwa hiyo, upinzani na conductivity ya conductor ni kiasi cha kubadilishana.
Kutoka kwa hisabati inajulikana kuwa kinyume cha 5 ni 1/5 na, kinyume chake, kinyume cha 1/7 ni 7. Kwa hiyo, ikiwa upinzani wa conductor unaonyeshwa na barua. r, basi conductivity inafafanuliwa kama 1/ r. Conductivity kawaida huonyeshwa na herufi g.
Uendeshaji wa umeme hupimwa kwa (1/Ohm) au katika siemens.
Mfano 8. Upinzani wa kondakta ni 20 ohms. Kuamua conductivity yake.
Kama r= 20 Ohm, basi
Mfano 9. Conductivity ya conductor ni 0.1 (1/Ohm). Kuamua upinzani wake
Ikiwa g = 0.1 (1/Ohm), basi r= 1 / 0.1 = 10 (Ohm)
Kama tunavyojua kutoka kwa sheria ya Ohm, mkondo katika sehemu ya mzunguko uko kwenye uhusiano ufuatao: I=U/R. Sheria hiyo ilitolewa kupitia mfululizo wa majaribio na mwanafizikia wa Ujerumani Georg Ohm katika karne ya 19. Aliona muundo: nguvu ya sasa katika sehemu yoyote ya mzunguko moja kwa moja inategemea voltage ambayo inatumika kwa sehemu hii, na kinyume chake juu ya upinzani wake.
Ilibainika baadaye kuwa upinzani wa sehemu hutegemea sifa zake za kijiometri kama ifuatavyo: R=ρl/S,
ambapo l ni urefu wa kondakta, S ni eneo la sehemu ya msalaba, na ρ ni mgawo fulani wa uwiano.
Kwa hivyo, upinzani umedhamiriwa na jiometri ya kondakta, na vile vile kwa parameter kama upinzani maalum (hapa inajulikana kama resistivity) - hii ndio jinsi mgawo huu unaitwa. Ikiwa unachukua waendeshaji wawili wenye sehemu sawa ya msalaba na urefu na kuwaweka kwenye mzunguko mmoja kwa moja, kisha kwa kupima sasa na upinzani, unaweza kuona kwamba katika kesi mbili hizi viashiria vitakuwa tofauti. Kwa hivyo, maalum upinzani wa umeme- hii ni tabia ya nyenzo ambayo conductor hufanywa, au, kuwa sahihi zaidi, dutu hii.
Conductivity na upinzani
U.S inaonyesha uwezo wa dutu ili kuzuia kifungu cha sasa. Lakini katika fizikia pia kuna inverse wingi - conductivity. Inaonyesha uwezo wa kufanya sasa umeme. Anaonekana kama hii:
σ=1/ρ, ambapo ρ ni upinzani wa dutu hii.
Ikiwa tunazungumzia kuhusu conductivity, imedhamiriwa na sifa za flygbolag za malipo katika dutu hii. Kwa hivyo, metali zina elektroni za bure. Washa ganda la nje hakuna zaidi ya tatu kati yao, na ni faida zaidi kwa atomi "kuwapa", ambayo ni nini hutokea wakati. athari za kemikali na vitu kutoka upande wa kulia wa jedwali la upimaji. Katika hali ambapo tuna chuma safi, ina muundo wa fuwele ambayo elektroni hizi za nje zinashirikiwa. Ndio ambao huhamisha malipo ikiwa shamba la umeme linatumika kwa chuma.
Katika ufumbuzi, flygbolag za malipo ni ions.
Ikiwa tunazungumza juu ya vitu kama silicon, basi katika mali yake iko semiconductor na inafanya kazi kwa kanuni tofauti kidogo, lakini zaidi juu ya hiyo baadaye. Wakati huo huo, hebu tuone jinsi aina hizi za dutu zinatofautiana:
- Makondakta;
- Semiconductors;
- Dielectrics.
Makondakta na dielectri
Kuna vitu ambavyo karibu hazifanyi sasa. Wanaitwa dielectrics. Dutu kama hizo zina uwezo wa kugawanyika ndani uwanja wa umeme, yaani, molekuli zao zinaweza kuzunguka katika uwanja huu kulingana na jinsi zinasambazwa ndani yao elektroni. Lakini kwa kuwa elektroni hizi sio bure, lakini hutumikia kwa mawasiliano kati ya atomi, hazifanyi sasa.
Uendeshaji wa dielectrics ni karibu sifuri, ingawa hakuna bora kati yao (hii ni uondoaji sawa na kabisa. mwili mweusi au gesi bora).
Mpaka wa kawaida wa dhana ya "conductor" ni ρ<10^-5 Ом, а нижний порог такового у диэлектрика - 10^8 Ом.
Kati ya madarasa haya mawili kuna vitu vinavyoitwa semiconductors. Lakini mgawanyiko wao katika kundi tofauti la vitu hauhusiani sana na hali yao ya kati katika mstari wa "conductivity - upinzani", lakini na sifa za conductivity hii chini ya hali tofauti.
Utegemezi wa mambo ya mazingira
Uendeshaji sio thamani ya kudumu kabisa. Data katika meza ambayo ρ inachukuliwa kwa mahesabu ipo kwa hali ya kawaida ya mazingira, yaani, kwa joto la digrii 20. Kwa kweli, ni ngumu kupata hali bora kama hizo za uendeshaji wa mzunguko; kweli Marekani (na kwa hivyo conductivity) inategemea mambo yafuatayo:
- joto;
- shinikizo;
- uwepo wa mashamba ya magnetic;
- mwanga;
- hali ya mkusanyiko.
Dutu tofauti zina ratiba yao ya kubadilisha parameter hii chini ya hali tofauti. Kwa hivyo, ferromagnets (chuma na nickel) huongeza wakati mwelekeo wa sasa unafanana na mwelekeo wa mistari ya shamba la magnetic. Kuhusu hali ya joto, utegemezi hapa ni karibu wa mstari (kuna hata dhana ya mgawo wa joto wa upinzani, na hii pia ni thamani ya tabular). Lakini mwelekeo wa utegemezi huu ni tofauti: kwa metali huongezeka kwa joto la kuongezeka, na kwa vipengele vya nadra vya dunia na ufumbuzi wa electrolyte huongezeka - na hii ni ndani ya hali sawa ya mkusanyiko.
Kwa semiconductors, utegemezi wa joto sio mstari, lakini hyperbolic na inverse: kwa kuongezeka kwa joto, conductivity yao huongezeka. Hii kwa ubora hutofautisha makondakta kutoka kwa semiconductors. Hivi ndivyo utegemezi wa ρ juu ya hali ya joto kwa makondakta unavyoonekana:
Upinzani wa shaba, platinamu na chuma huonyeshwa hapa. Baadhi ya metali, kwa mfano, zebaki, zina grafu tofauti kidogo - wakati joto linapungua hadi 4 K, hupoteza karibu kabisa (jambo hili linaitwa superconductivity).
Na kwa semiconductors utegemezi huu utakuwa kitu kama hiki:
Juu ya mpito kwa hali ya kioevu, ρ ya chuma huongezeka, lakini basi wote hufanya tofauti. Kwa mfano, kwa bismuth iliyoyeyuka ni ya chini kuliko joto la kawaida, na kwa shaba ni mara 10 zaidi kuliko kawaida. Nickel huacha grafu ya mstari kwa digrii nyingine 400, baada ya hapo ρ huanguka.
Lakini tungsten ina utegemezi wa joto la juu kiasi kwamba husababisha taa za incandescent kuwaka. Inapowashwa, sasa inapokanzwa coil, na upinzani wake huongezeka mara kadhaa.
Pia y. Na. aloi inategemea teknolojia ya uzalishaji wao. Kwa hivyo, ikiwa tunashughulika na mchanganyiko rahisi wa mitambo, basi upinzani wa dutu kama hiyo unaweza kuhesabiwa kwa kutumia wastani, lakini kwa aloi ya uingizwaji (hii ndio wakati vitu viwili au zaidi vinajumuishwa kwenye kimiani moja ya kioo) itakuwa tofauti. , kama sheria, kubwa zaidi. Kwa mfano, nichrome, ambayo spirals kwa jiko la umeme hufanywa, ina thamani kama hiyo kwa parameter hii kwamba wakati wa kushikamana na mzunguko, conductor hii inawaka hadi kiwango cha urekundu (ndiyo sababu, kwa kweli, hutumiwa).
Hapa kuna sifa ρ ya vyuma vya kaboni:
Kama inavyoweza kuonekana, inapokaribia joto la kuyeyuka, hutulia.
Resistivity ya conductors mbalimbali
Kuwa hivyo iwezekanavyo, katika mahesabu ρ hutumiwa kwa usahihi chini ya hali ya kawaida. Hapa kuna meza ambayo unaweza kulinganisha tabia hii ya metali tofauti:
Kama inavyoonekana kutoka kwa meza, kondakta bora ni fedha. Na tu gharama yake inazuia matumizi yake kuenea katika uzalishaji wa cable. U.S alumini pia ni ndogo, lakini chini ya dhahabu. Kutoka kwenye meza inakuwa wazi kwa nini wiring katika nyumba ni shaba au alumini.
Jedwali haijumuishi nikeli, ambayo, kama tulivyokwisha sema, ina grafu isiyo ya kawaida ya y. Na. juu ya joto. Upinzani wa nickel baada ya kuongeza joto hadi digrii 400 huanza sio kuongezeka, lakini kuanguka. Pia ina tabia ya kupendeza katika aloi zingine za uingizwaji. Hivi ndivyo aloi ya shaba na nikeli inavyofanya, kulingana na asilimia ya zote mbili:
Na grafu hii ya kuvutia inaonyesha upinzani wa zinki - aloi za magnesiamu:
Aloi zenye upinzani wa hali ya juu hutumiwa kama vifaa vya utengenezaji wa rheostats, hapa kuna sifa zao:
Hizi ni aloi changamano zinazojumuisha chuma, alumini, chromium, manganese, na nikeli.
Kuhusu vyuma vya kaboni, ni takriban 1.7*10^-7 Ohm m.
Tofauti kati ya y. Na. Kondakta tofauti huamuliwa na matumizi yao. Kwa hivyo, shaba na alumini hutumiwa sana katika utengenezaji wa nyaya, na dhahabu na fedha hutumiwa kama mawasiliano katika bidhaa kadhaa za uhandisi wa redio. Waendeshaji wa upinzani wa juu wamepata nafasi yao kati ya wazalishaji wa vifaa vya umeme (zaidi kwa usahihi, waliumbwa kwa kusudi hili).
Tofauti ya kigezo hiki kulingana na hali ya mazingira iliunda msingi wa vifaa kama vile vitambuzi vya uwanja wa sumaku, vidhibiti vya joto, vipimo vya matatizo, na vidhibiti picha.