Ako závisí odpor? Čo je odpor medi: hodnoty, charakteristiky, hodnoty

Látky a materiály schopné viesť elektrický prúd sa nazývajú vodiče. Zvyšok sa klasifikuje ako dielektrika. Ale neexistujú žiadne čisté dielektrika, všetky tiež vedú prúd, ale jeho veľkosť je veľmi malá.

Ale vodiče tiež vedú prúd inak. Podľa vzorca Georga Ohma je prúd pretekajúci vodičom lineárne úmerný veľkosti napätia, ktoré je naň aplikované, a nepriamo úmerný veličine nazývanej odpor.

Jednotka merania odporu bola pomenovaná Ohm na počesť vedca, ktorý objavil tento vzťah. Ukázalo sa však, že vodiče vyrobené z rôznych materiálov a majúce rovnaké geometrické rozmery majú rôzny elektrický odpor. Na určenie odporu vodiča známej dĺžky a prierezu bol zavedený pojem rezistivita - koeficient, ktorý závisí od materiálu.

V dôsledku toho bude odpor vodiča známej dĺžky a prierezu rovný

Odpor použiteľné nielen na pevné materiály, ale aj na kvapaliny. Jeho hodnota však závisí aj od nečistôt alebo iných zložiek v zdrojovom materiáli. Čistá voda nevedie elektrický prúd, pretože je dielektrikom. Ale destilovaná voda v prírode neexistuje; vždy obsahuje soli, baktérie a iné nečistoty. Tento koktail je vodič elektrického prúdu s odporom.

Zavedením rôznych prísad do kovov sa získajú nové materiály - zliatin, ktorého merný odpor sa líši od merného odporu pôvodného materiálu, aj keď je k nemu prísada percentá bezvýznamný.

Závislosť odporu od teploty

Odpory materiálov sú uvedené v referenčných knihách pre teploty blízke izbovej teplote (20 °C). So zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje odolnosť materiálu. Prečo sa to deje?

Vnútri materiálu sa vedie elektrický prúd voľné elektróny. Vplyvom elektrického poľa sa oddeľujú od svojich atómov a pohybujú sa medzi nimi v smere určenom týmto poľom. Atómy látky tvoria kryštálovú mriežku, medzi uzlami ktorej sa pohybuje tok elektrónov, nazývaný aj „elektrónový plyn“. Pod vplyvom teploty mriežkové uzly (atómy) vibrujú. Samotné elektróny sa tiež nepohybujú priamočiaro, ale po spletitej dráhe. Zároveň sa často zrážajú s atómami, čím sa mení ich trajektória. V niektorých časových bodoch sa elektróny môžu pohybovať v smere opačnom k ​​smeru elektrického prúdu.

So zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje amplitúda atómových vibrácií. Ku zrážke elektrónov s nimi dochádza častejšie, pohyb toku elektrónov sa spomaľuje. Fyzicky sa to prejavuje zvýšením odporu.

Príkladom využitia závislosti merného odporu na teplote je prevádzka žiarovky. Volfrámová špirála, z ktorej je vlákno vyrobené, má v momente zapnutia nízky odpor. Náraz prúdu v okamihu zapnutia ho rýchlo zahreje, odpor sa zvýši a prúd sa zníži, čím sa stane nominálnym.

Rovnaký proces sa vyskytuje s nimichrómovými vykurovacími prvkami. Preto nie je možné vypočítať ich prevádzkový režim určením dĺžky nichrómového drôtu známeho prierezu, aby sa vytvoril požadovaný odpor. Na výpočty potrebujete odpor vyhrievaného drôtu a referenčné knihy uvádzajú hodnoty izbovej teploty. Preto sa konečná dĺžka nichrómovej špirály upravuje experimentálne. Výpočty určujú približnú dĺžku a pri nastavovaní postupne skracujte závit po časti.

Teplotný koeficient odporu

Ale nie vo všetkých zariadeniach je prítomnosť závislosti odporu vodičov od teploty prospešná. V meracej technike vedie zmena odporu prvkov obvodu k chybe.

Pre kvantifikácia Závislosť odporu materiálu na teplote zaviedla pojem teplotný koeficient odporu (TCR). Ukazuje, ako veľmi sa zmení odpor materiálu pri zmene teploty o 1°C.

Na výrobu elektronických súčiastok - rezistorov používaných v obvodoch meracích zariadení sa používajú materiály s nízkou TCR. Sú drahšie, ale parametre zariadenia sa v širokom rozsahu teplôt okolia nemenia.

Ale využívajú sa aj vlastnosti materiálov s vysokým TCS. Činnosť niektorých snímačov teploty je založená na zmenách odporu materiálu, z ktorého je vyrobený merací prvok. Ak to chcete urobiť, musíte podporiť stabilné napätie napájať a merať prúd prechádzajúci prvkom. Kalibráciou stupnice prístroja, ktorý meria prúd oproti štandardnému teplomeru, sa získa elektronický merač teploty. Tento princíp sa využíva nielen pri meraniach, ale aj pri prehrievaní snímačov. Vypnutie zariadenia pri výskyte abnormálnych prevádzkových podmienok, ktoré vedú k prehriatiu vinutia transformátorov alebo výkonových polovodičových prvkov.

V elektrotechnike sa používajú aj prvky, ktoré nemenia svoj odpor od teploty okolia, ale od prúdu cez ne - termistory. Príkladom ich použitia sú demagnetizačné systémy pre katódové trubice televízorov a monitorov. Pri privedení napätia je odpor rezistora minimálny a prúd ním prechádza do demagnetizačnej cievky. Ale ten istý prúd ohrieva materiál termistora. Jeho odpor sa zvyšuje, čím sa znižuje prúd a napätie cez cievku. A tak ďalej, až kým úplne nezmizne. V dôsledku toho sa na cievku aplikuje sínusové napätie s plynule klesajúcou amplitúdou, čím sa v jej priestore vytvorí rovnaké magnetické pole. Výsledkom je, že v čase, keď sa vlákno rúrky zahreje, je už odmagnetizované. A riadiaci obvod zostane zablokovaný, kým sa zariadenie nevypne. Potom termistory vychladnú a budú opäť pripravené na prácu.

Fenomén supravodivosti

Čo sa stane, ak sa teplota materiálu zníži? Odpor sa zníži. Existuje hranica, ku ktorej teplota klesá, tzv absolútna nula. toto - 273 °C. Pod touto hranicou nie sú žiadne teploty. Pri tejto hodnote je odpor akéhokoľvek vodiča nulový.

Pri absolútnej nule prestanú atómy kryštálovej mriežky vibrovať. V dôsledku toho sa elektrónový oblak pohybuje medzi mriežkovými uzlami bez toho, aby sa s nimi zrazil. Stáva sa odolnosť materiálu rovná nule, čo otvára možnosť získať nekonečne veľké prúdy vo vodičoch malých prierezov.

Fenomén supravodivosti otvára nové obzory pre rozvoj elektrotechniky. Stále však existujú ťažkosti spojené so získaním ultranízkych teplôt potrebných na vytvorenie tohto efektu v domácich podmienkach. Keď sa problémy vyriešia, elektrotechnika sa posunie na novú úroveň rozvoja.

Príklady použitia hodnôt odporu vo výpočtoch

Už sme sa oboznámili so zásadami výpočtu dĺžky nichrómového drôtu na výrobu vykurovacieho telesa. Existujú však aj iné situácie, keď je potrebná znalosť odporu materiálov.

Pre výpočet obrysy uzemňovacích zariadení používajú sa koeficienty zodpovedajúce typickým pôdam. Ak nie je známy typ pôdy v mieste uzemňovacej slučky, potom sa pre správne výpočty najprv zmeria jej odpor. Týmto spôsobom sú výsledky výpočtov presnejšie, čo eliminuje potrebu úpravy parametrov obvodu počas výroby: pridanie počtu elektród, čo vedie k zvýšeniu geometrických rozmerov uzemňovacieho zariadenia.

Odpor materiálov, z ktorých sú vyrobené káblové vedenia a prípojnice, sa používa na výpočet ich aktívneho odporu. Následne ho použite pri menovitom zaťažovacom prúde vypočíta sa hodnota napätia na konci vedenia. Ak sa jeho hodnota ukáže ako nedostatočná, potom sa prierezy vodičov vopred zväčšia.

Elektrický prúd vzniká v dôsledku uzavretia obvodu s potenciálnym rozdielom medzi svorkami. Na voľné elektróny pôsobia sily poľa a tie sa pohybujú po vodiči. Počas tejto cesty sa elektróny stretávajú s atómami a odovzdávajú im časť svojej nahromadenej energie. V dôsledku toho sa ich rýchlosť znižuje. Ale vplyvom elektrického poľa opäť naberá na sile. Elektróny teda neustále zažívajú odpor, a preto sa elektrický prúd zahrieva.

Vlastnosťou látky premeniť elektrinu na teplo pri pôsobení prúdu je elektrický odpor a označuje sa ako R, jej meracou jednotkou je Ohm. Veľkosť odporu závisí najmä od schopnosti rôznych materiálov viesť prúd.
Nemecký výskumník G. Ohm prvýkrát hovoril o odpore.

S cieľom zistiť závislosť prúdu od odporu vykonal slávny fyzik mnoho experimentov. Na experimenty použil rôzne vodiče a získal rôzne indikátory.
Prvá vec, ktorú G. Ohm určil, bola, že rezistivita závisí od dĺžky vodiča. To znamená, že ak sa dĺžka vodiča zväčšila, zvýšil sa aj odpor. V dôsledku toho bol tento vzťah určený ako priamo úmerný.

Druhým vzťahom je plocha prierezu. Dalo by sa určiť prierezom vodiča. Plocha figúry vytvorenej na reze je plocha prierezu. Tu je vzťah nepriamo úmerný. To znamená, že čím väčšia je plocha prierezu, tým nižší je odpor vodiča.

A treťou, dôležitou veličinou, od ktorej závisí odpor, je materiál. V dôsledku toho, že Ohm používal pri svojich experimentoch rôzne materiály, objavil rôzne odporové vlastnosti. Všetky tieto experimenty a ukazovatele boli zhrnuté v tabuľke, z ktorej je vidieť, že merný odpor má inú hodnotu rôzne látky.

Je známe, že najlepšími vodičmi sú kovy. Ktoré kovy sú najlepšie vodiče? Tabuľka ukazuje, že meď a striebro majú najmenší odpor. Meď sa používa častejšie kvôli jej nižším nákladom a striebro sa používa v najdôležitejších a kritických zariadeniach.

Látky s vysokým odporom v tabuľke nevedú dobre elektrický prúd, čo znamená, že môžu byť vynikajúcimi izolačnými materiálmi. Látky, ktoré majú túto vlastnosť v najväčšej miere sú porcelán a ebonit.

Vo všeobecnosti je elektrický odpor veľmi dôležitým faktorom, pretože určením jeho indikátora môžeme zistiť, z akej látky je vodič vyrobený. Aby ste to urobili, musíte zmerať plochu prierezu, zistiť prúd pomocou voltmetra a ampérmetra a tiež zmerať napätie. Takto zistíme hodnotu rezistivity a pomocou tabuľky látku ľahko identifikujeme. Ukazuje sa, že odpor je ako odtlačok prsta látky. Okrem toho je pri plánovaní dlhých elektrických obvodov dôležitý odpor: tento indikátor potrebujeme poznať, aby sme zachovali rovnováhu medzi dĺžkou a plochou.

Existuje vzorec, ktorý určuje, že odpor je 1 ohm, ak pri napätí 1V je jeho prúd 1A. To znamená, že odpor jednotky plochy a jednotky dĺžky vyrobenej z určitej látky je špecifický odpor.

Treba tiež poznamenať, že indikátor odporu priamo závisí od frekvencie látky. Teda či má nečistoty. Pridanie len jedného percenta mangánu však zvyšuje odolnosť najvodivejšej látky, medi, trojnásobne.

Táto tabuľka ukazuje elektrický odpor niektorých látok.

Vysoko vodivé materiály

Meď
Ako sme už povedali, najčastejšie sa ako vodič používa meď. To sa vysvetľuje nielen jeho nízkym odporom. Meď má výhody vysokej pevnosti, odolnosti proti korózii, jednoduchosti použitia a dobrej opracovateľnosti. Dobré značky meď sa považuje za M0 a M1. Množstvo nečistôt v nich nepresahuje 0,1%.

Vysoká cena kovu a jeho prevaha v V poslednej dobe nedostatok povzbudzuje výrobcov, aby používali hliník ako vodič. Používajú sa tiež zliatiny medi s rôznymi kovmi.
hliník
Tento kov je oveľa ľahší ako meď, ale hliník má vysokú tepelnú kapacitu a teplotu topenia. V tomto ohľade, aby sa dostal do roztaveného stavu, je potrebných viac energie ako meď. Treba však brať do úvahy fakt nedostatku medi.
Pri výrobe elektrických výrobkov sa spravidla používa hliník triedy A1. Neobsahuje viac ako 0,5% nečistôt. A kov s najvyššou frekvenciou je hliník triedy AB0000.
Železo
Lacnosť a dostupnosť železa je zatienená jeho vysokým odporom. Navyše rýchlo koroduje. Z tohto dôvodu sú oceľové vodiče často potiahnuté zinkom. Takzvaný bimetal je široko používaný - ide o oceľ potiahnutú meďou na ochranu.
Sodík
Sodík je tiež dostupný a perspektívny materiál, ale jeho odolnosť je takmer trojnásobná oproti medi. Okrem toho má kovový sodík vysokú chemickú aktivitu, čo si vyžaduje zakrytie takéhoto vodiča hermeticky uzavretou ochranou. Mal by tiež chrániť vodič pred mechanickým poškodením, pretože sodík je veľmi mäkký a dosť krehký materiál.

Supravodivosť
Nižšie uvedená tabuľka ukazuje odpor látok pri teplote 20 stupňov. Indikácia teploty nie je náhodná, pretože odpor priamo závisí od tohto indikátora. Vysvetľuje to skutočnosť, že pri zahrievaní sa zvyšuje aj rýchlosť atómov, čo znamená, že sa zvýši aj pravdepodobnosť, že sa stretnú s elektrónmi.

Je zaujímavé, čo sa stane s odporom v podmienkach chladenia. Správanie sa atómov pri veľmi nízkych teplotách si prvýkrát všimol G. Kamerlingh Onnes v roku 1911. Ochladil ortuťový drôt na 4K a zistil, že jeho odpor klesol na nulu. Zmena indexu merného odporu niektorých zliatin a kovov v podmienkach nízkej teploty nazýva fyzik supravodivosť.

Supravodiče po ochladení prechádzajú do stavu supravodivosti a ich optické a štrukturálne charakteristiky sa nemenia. Hlavným objavom je, že elektrické a magnetické vlastnosti kovov v supravodivom stave sú veľmi odlišné od ich vlastností v normálny stav, ako aj od vlastností iných kovov, ktoré sa pri poklese teploty nedokážu premeniť do tohto stavu.
Použitie supravodičov sa vykonáva hlavne pri získavaní supersilných magnetické pole, ktorého sila dosahuje 107 A/m. Vyvíjajú sa aj supravodivé systémy elektrického vedenia.

Podobné materiály.

Vieme, že príčinou elektrického odporu vodiča je interakcia elektrónov s iónmi kovovej kryštálovej mriežky (§ 43). Preto možno predpokladať, že odpor vodiča závisí od jeho dĺžky a plochy prierezu, ako aj od látky, z ktorej je vyrobený.

Obrázok 74 zobrazuje usporiadanie na vykonávanie takéhoto experimentu. V obvode zdroja prúdu sú postupne zahrnuté rôzne vodiče, napríklad:

1. niklové drôty rovnakej hrúbky, ale rôznych dĺžok;
2. niklové drôty rovnakej dĺžky, ale rôznej hrúbky (rôzne plochy prierezu);
3. niklové a nichrómové drôty rovnakej dĺžky a hrúbky.

Prúd v obvode sa meria ampérmetrom a napätie voltmetrom.

Keď poznáte napätie na koncoch vodiča a prúd v ňom, pomocou Ohmovho zákona môžete určiť odpor každého z vodičov.

Ryža. 74. Závislosť odporu vodiča od jeho veľkosti a druhu látky

Po vykonaní týchto experimentov zistíme, že:

1. z dvoch niklových drôtov rovnakej hrúbky má dlhší drôt väčší odpor;
2. z dvoch niklových drôtov rovnakej dĺžky má väčší odpor drôt s menším prierezom;
3. Niklové a nichrómové drôty rovnakej veľkosti majú rôzne odpory.

Ohm ako prvý experimentálne študoval závislosť odporu vodiča od jeho veľkosti a látky, z ktorej je vodič vyrobený. Zistil, že odpor je priamo úmerný dĺžke vodiča, nepriamo úmerný ploche jeho prierezu a závisí od podstaty vodiča.

Ako zohľadniť závislosť odporu od materiálu, z ktorého je vodič vyrobený? K tomu si vypočítajte tzv odpor látky.

Špecifický odpor je fyzikálne množstvo ktorý určuje odpor vodiča z danej látky s dĺžkou 1 m a prierezom 1 m 2.

Uveďme písmenové označenia: ρ je rezistivita vodiča, I je dĺžka vodiča, S je jeho prierez. Potom bude odpor vodiča R vyjadrený vzorcom

Z toho dostaneme:

Z posledného vzorca môžete určiť jednotku odporu. Pretože jednotka odporu je 1 ohm, jednotka prierezu je 1 m2 a jednotka dĺžky je 1 m, potom je jednotka odporu:

Je vhodnejšie vyjadriť prierez vodiča v štvorcových milimetroch, pretože je najčastejšie malý. Potom bude jednotka odporu:

V tabuľke 8 sú uvedené hodnoty odporu niektorých látok pri 20 °C. Špecifický odpor sa mení s teplotou. Experimentálne sa zistilo, že napríklad pre kovy sa odpor zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou.

Tabuľka 8. Elektrický odpor niektorých látok (pri t = 20 °C)

Striebro a meď majú zo všetkých kovov najnižší odpor. Preto sú striebro a meď najlepšími vodičmi elektriny.

Pri zapájaní elektrických obvodov sa používajú hliníkové, medené a železné drôty.

V mnohých prípadoch sú potrebné zariadenia s vysokým odporom. Sú vyrobené zo špeciálne vytvorených zliatin - látok s vysokým odporom. Napríklad, ako je možné vidieť z tabuľky 8, zliatina nichrómu má merný odpor takmer 40-krát väčší ako hliník.

Porcelán a ebonit majú taký vysoký odpor, že takmer vôbec nevedú elektrický prúd, používajú sa ako izolanty.

Otázky

1. Ako závisí odpor vodiča od jeho dĺžky a plochy prierezu?
2. Ako experimentálne ukázať závislosť odporu vodiča od jeho dĺžky, plochy prierezu a látky, z ktorej je vyrobený?
3. Aký je špecifický odpor vodiča?
4. Aký vzorec možno použiť na výpočet odporu vodičov?
5. V akých jednotkách je vyjadrený odpor vodiča?
6. Z akých látok sa vyrábajú vodiče používané v praxi?

Elektrický odpor, vyjadrený v ohmoch, sa líši od konceptu odporu. Aby ste pochopili, čo je odpor, musíte si to dať do súvisu fyzikálne vlastnosti materiál.

O vodivosti a odpore

Tok elektrónov sa materiálom nepohybuje bez prekážok. O konštantná teplota elementárne častice kolísať okolo stavu pokoja. Okrem toho sa elektróny vo vodivom pásme navzájom rušia prostredníctvom vzájomného odpudzovania v dôsledku podobného náboja. Takto vzniká odpor.

Vodivosť je prirodzenou vlastnosťou materiálov a kvantifikuje ľahkosť, s akou sa náboje môžu pohybovať, keď je látka vystavená elektrickému poľu. Odpor je vzájomná hodnota materiálu a popisuje stupeň obtiažnosti, s ktorou sa elektróny stretávajú pri pohybe materiálom, čo naznačuje, aký dobrý alebo zlý vodič je.

Dôležité! Elektrický odpor s vysoká hodnota označuje, že materiál je slabo vodivý a s nízka hodnota– definuje dobrú vodivú látku.

Špecifická vodivosť sa označuje písmenom σ a vypočíta sa podľa vzorca:

Odpor ρ, ako inverzný indikátor, možno nájsť takto:

V tomto vyjadrení je E intenzita generovaného elektrického poľa (V/m) a J je hustota elektrického prúdu (A/m²). Potom bude jednotka merania ρ:

V/m x m²/A = ohm m.

Pre vodivosť σ je jednotka, v ktorej sa meria, S/m alebo Siemens na meter.

Druhy materiálov

Podľa odporu materiálov ich možno rozdeliť do niekoľkých typov:

1. Dirigenti. Patria sem všetky kovy, zliatiny, roztoky disociované na ióny, ako aj tepelne excitované plyny vrátane plazmy. Z nekovov možno ako príklad uviesť grafit;
2. Polovodiče, čo sú vlastne nevodivé materiály, ktorých kryštálové mriežky sú cielene dopované inklúziou cudzích atómov s väčším či menším počtom viazaných elektrónov. V dôsledku toho sa v mriežkovej štruktúre vytvárajú kvázi voľné prebytočné elektróny alebo diery, ktoré prispievajú k vodivosti prúdu;
3. Dielektriká alebo disociované izolátory sú všetky materiály, ktoré za normálnych podmienok nemajú voľné elektróny.

Na prepravu elektrickej energie alebo v elektroinštaláciách pre domáce a priemyselné účely je často používaným materiálom meď vo forme jednožilových alebo viacžilových káblov. Alternatívnym kovom je hliník, hoci merný odpor medi je 60 % merného odporu hliníka. Ale je oveľa ľahší ako meď, čo predurčilo jeho použitie vo vysokonapäťových elektrických vedeniach. Zlato sa používa ako vodič v špeciálnych elektrických obvodoch.

zaujímavé. Elektrická vodivosť čistej medi bola prijatá Medzinárodnou elektrotechnickou komisiou v roku 1913 ako štandard pre túto hodnotu. Podľa definície je vodivosť medi meraná pri 20° 0,58108 S/m. Táto hodnota sa nazýva 100% LACS a vodivosť zostávajúcich materiálov je vyjadrená ako určité percento LACS.

Väčšina kovov má hodnotu vodivosti menšiu ako 100 % LACS. Existujú však výnimky, ako je striebro alebo špeciálna meď s veľmi vysokou vodivosťou, označená ako C-103 a C-110.

Dielektriká nevedú elektrický prúd a používajú sa ako izolanty. Príklady izolantov:

• sklo,
• keramika,
• plast,
• guma,
• sľuda,
• vosk,
• papier,
• suché drevo,
• porcelán,
• niektoré tuky na priemyselné a elektrické použitie a bakelit.

Medzi týmito tromi skupinami sú prechody plynulé. Je to určite známe: neexistujú žiadne absolútne nevodivé médiá a materiály. Napríklad vzduch je pri izbovej teplote izolant, ale keď je vystavený silnému nízkofrekvenčnému signálu, môže sa stať vodičom.

Stanovenie vodivosti

Pri porovnávaní elektrického odporu rôznych látok sa vyžadujú štandardizované podmienky merania:

1. V prípade kvapalín, nekvalitných vodičov a izolantov sa používajú kubické vzorky s dĺžkou hrany 10 mm;
2. Hodnoty odporu pôd a geologických útvarov sa určujú na kockách s dĺžkou každej hrany 1 m;
3. Vodivosť roztoku závisí od koncentrácie jeho iónov. Koncentrovaný roztok je menej disociovaný a má menej nosičov náboja, čo znižuje vodivosť. So zvyšujúcim sa riedením sa zvyšuje počet iónových párov. Koncentrácia roztokov je nastavená na 10 %;
4. Na stanovenie rezistivity kovových vodičov sa používajú drôty s dĺžkou metra a prierezom 1 mm².

Ak materiál, ako je kov, môže poskytnúť voľné elektróny, potom, keď sa použije rozdiel potenciálov, bude cez drôt pretekať elektrický prúd. Keď sa napätie zvyšuje, viac elektrónov sa pohybuje cez látku do časovej jednotky. Ak sú všetky ďalšie parametre (teplota, prierez, dĺžka a materiál drôtu) nezmenené, potom je pomer prúdu k aplikovanému napätiu tiež konštantný a nazýva sa vodivosť:

Podľa toho bude elektrický odpor:

Výsledok je v ohmoch.

Na druhej strane môže byť vodič rôzne dĺžky, prierezové rozmery a vyrobené z rôznych materiálov, od ktorých závisí hodnota R. Matematicky tento vzťah vyzerá takto:

Faktor materiálu zohľadňuje koeficient ρ.

Odtiaľ môžeme odvodiť vzorec pre odpor:

Ak hodnoty S a l zodpovedajú daným podmienkam pre porovnávací výpočet merného odporu, t.j. 1 mm² a 1 m, potom ρ = R. Keď sa zmenia rozmery vodiča, zmení sa aj počet ohmov.

Elektrický odpor je hlavnou charakteristikou materiálov vodičov. V závislosti od oblasti použitia vodiča môže hodnota jeho odporu hrať pozitívnu aj negatívnu úlohu vo fungovaní elektrického systému. Špecifická aplikácia vodiča môže tiež vyžadovať zohľadnenie dodatočných charakteristík, ktorých vplyv v konkrétnom prípade nemožno zanedbať.

Vodiče sú čisté kovy a ich zliatiny. V kove majú atómy fixované v jednej „silnej“ štruktúre voľné elektróny (takzvaný „elektrónový plyn“). Práve tieto častice v tomto prípade sú nosičmi nábojov. Elektróny sú v neustálom, náhodnom pohybe z jedného atómu na druhý. Keď sa objaví elektrické pole (pripojenie zdroja napätia na konce kovu), pohyb elektrónov vo vodiči sa stane usporiadaným. Pohybujúce sa elektróny sa na svojej ceste stretávajú s prekážkami spôsobenými zvláštnosťami molekulárnej štruktúry vodiča. Keď sa zrazia s konštrukciou, nosiče náboja stratia svoju energiu, čím ju odovzdajú vodiču (zahrejú ho). Čím viac prekážok vytvára vodivá štruktúra pre nosiče náboja, tým vyšší je odpor.

Keď sa prierez vodivej štruktúry zväčší o jeden počet elektrónov, „prenosový kanál“ sa zväčší a odpor sa zníži. V súlade s tým, ako sa dĺžka drôtu zvyšuje, bude takýchto prekážok viac a odpor sa zvýši.

Základný vzorec na výpočet odporu teda zahŕňa dĺžku drôtu, plochu prierezu a určitý koeficient, ktorý dáva do súvislosti tieto rozmerové charakteristiky s elektrickými veličinami napätia a prúdu (1). Tento koeficient sa nazýva rezistivita.
R = r*L/S (1)

Odpor

Odpor je nezmenený a je vlastnosťou látky, z ktorej je vodič vyrobený. Jednotky merania sú ohm*m. Hodnota odporu sa často udáva v ohm*mm sq./m. Je to spôsobené tým, že plocha prierezu najčastejšie používaných káblov je relatívne malá a meria sa v mm2. Uveďme si jednoduchý príklad.

Úloha č.1. Dĺžka medeného drôtu L = 20 m, prierez S = 1,5 mm. štvorcových Vypočítajte odpor drôtu.
Riešenie: merný odpor medeného drôtu r = 0,018 ohm*mm. štvorcových/m Dosadením hodnôt do vzorca (1) dostaneme R=0,24 ohmov.
Pri výpočte odporu napájacieho systému musí byť odpor jedného vodiča vynásobený počtom vodičov.
Ak namiesto medi použijete hliník s vyšším odporom (r = 0,028 ohm * mm štvorcový / m), odpor vodičov sa zodpovedajúcim spôsobom zvýši. Vo vyššie uvedenom príklade bude odpor R = 0,373 ohmov (o 55% viac). Hlavnými materiálmi pre drôty sú meď a hliník. Existujú kovy s nižším odporom ako meď, napríklad striebro. Jeho použitie je však obmedzené kvôli jeho zjavne vysokej cene. Nižšie uvedená tabuľka zobrazuje odpor a ďalšie základné charakteristiky materiálov vodičov.
Tabuľka - hlavné charakteristiky vodičov

Tepelné straty drôtov

Ak je pomocou kábla z vyššie uvedeného príkladu pripojená záťaž 2,2 kW k jednofázovej sieti 220 V, potom bude drôtom pretekať prúd I = P / U alebo I = 2200/220 = 10 A výpočet strát výkonu vo vodiči:
Ppr = (I^2)*R (2)
Príklad č.2. Vypočítajte aktívne straty pri prenose výkonu 2,2 kW v sieti s napätím 220 V pre spomínaný vodič.
Riešenie: dosadením hodnôt prúdu a odporu vodičov do vzorca (2) dostaneme Ppr=(10^2)*(2*0,24)=48 W.
Takže pri prenose energie zo siete do záťaže budú straty v drôtoch o niečo vyššie ako 2%. Táto energia sa premieňa na teplo generované vodičom v životné prostredie. Podľa stavu ohrevu vodiča (podľa aktuálnej hodnoty) sa volí jeho prierez, vedený špeciálnymi tabuľkami.
Napríklad pre vyššie uvedený vodič je maximálny prúd 19 A alebo 4,1 kW v sieti 220 V.

Na zníženie aktívnych strát v elektrických vedeniach sa používa zvýšené napätie. Súčasne klesá prúd v drôtoch, klesajú straty.

Vplyv teploty

Zvýšenie teploty vedie k zvýšeniu vibrácií kovovej kryštálovej mriežky. V súlade s tým sa elektróny stretávajú s viacerými prekážkami, čo vedie k zvýšeniu odporu. Veľkosť „citlivosti“ odolnosti kovu na zvýšenie teploty sa nazýva teplotný koeficientα. Vzorec na výpočet teploty je nasledujúci
R=Rn*, (3)
kde Rн – odpor drôtu za normálnych podmienok (pri teplote t°н); t° je teplota vodiča.
Zvyčajne t°n = 20° C. Hodnota α sa uvádza aj pre teplotu t°n.
Úloha 4. Vypočítajte odpor medeného drôtu pri teplote t° = 90° C. α meď = 0,0043, Rн = 0,24 Ohm (úloha 1).
Riešenie: dosadením hodnôt do vzorca (3) dostaneme R = 0,312 Ohm. Odpor analyzovaného vyhrievaného drôtu je o 30 % väčší ako jeho odpor pri izbovej teplote.

Vplyv frekvencie

Keď sa frekvencia prúdu vo vodiči zvyšuje, dochádza k procesu premiestňovania nábojov bližšie k jeho povrchu. V dôsledku zvýšenia koncentrácie nábojov v povrchovej vrstve sa zvyšuje aj odpor drôtu. Tento proces sa nazýva „efekt pokožky“ alebo povrchový efekt. Koeficient kože– účinok závisí aj od veľkosti a tvaru drôtu. Vo vyššie uvedenom príklade sa pri frekvencii striedavého prúdu 20 kHz zvýši odpor drôtu približne o 10 %. Všimnite si, že vysokofrekvenčné komponenty môžu mať prúdový signál od mnohých moderných priemyselných a domácich spotrebiteľov (energeticky úsporné žiarovky, spínacie zdroje, frekvenčné meniče atď.).

Vplyv susedných vodičov

Okolo každého vodiča, cez ktorý preteká prúd, je magnetické pole. Interakcia polí susedných vodičov tiež spôsobuje stratu energie a nazýva sa „efekt blízkosti“. Všimnite si tiež, že každý kovový vodič má indukčnosť vytvorenú vodivým jadrom a kapacitu vytvorenú izoláciou. Tieto parametre sa vyznačujú aj efektom blízkosti.

technológie

Vysokonapäťové vodiče s nulovým odporom

Tento typ drôtu je široko používaný v zapaľovacích systémoch automobilov. Odpor vysokonapäťových drôtov je pomerne nízky a predstavuje niekoľko zlomkov ohmu na meter dĺžky. Pripomeňme, že odpor tejto veľkosti nemožno merať ohmmetrom. všeobecné použitie. Často sa meracie mostíky používajú na meranie nízkych odporov.
Štrukturálne takéto drôty majú veľké množstvo medené vodiče s izoláciou na báze silikónu, plastov alebo iných dielektrík. Zvláštnosťou použitia takýchto drôtov je nielen prevádzka pri vysokom napätí, ale aj prenos energie v krátkom časovom období (impulzný režim).

Bimetalový kábel

Hlavnou oblasťou použitia uvedených káblov je prenos vysokofrekvenčných signálov. Jadro drôtu je vyrobené z jedného druhu kovu, ktorého povrch je potiahnutý iným druhom kovu. Keďže pri vysokých frekvenciách iba tzv povrchová vrstva vodič, teda možnosť výmeny vnútrajška drôtu. To šetrí drahý materiál a zlepšuje mechanické vlastnosti drôtu. Príklady takýchto drôtov: postriebrená meď, pomedená oceľ.

Záver

Odpor drôtu je hodnota, ktorá závisí od skupiny faktorov: typ vodiča, teplota, frekvencia prúdu, geometrické parametre. Význam vplyvu týchto parametrov závisí od prevádzkových podmienok drôtu. Kritériá optimalizácie v závislosti od úloh pre drôty môžu byť: zníženie aktívnych strát, zlepšenie mechanických vlastností, zníženie cien.