Hva er elektrisk motstand og hvordan avhenger det av temperatur

Med tanke på den elektromagnetiske prosessen som skjer i den, er ethvert element eller del av en elektrisk krets primært preget av evnen til å lede strøm eller hindre strømføringen. Denne egenskapen til kretselementer blir evaluert av deres elektrisk ledningsevne eller verdien av omvendt konduktivitet - elektrisk motstand.

De fleste elektriske apparater består av ledende deler laget av metallledere, vanligvis forsynt med et isolerende belegg eller kappe. Den elektriske motstanden til en leder avhenger av dens geometriske dimensjoner og materialegenskaper. Verdien av elektrisk motstand er lik

R = ρl / s = l / (ys)

hvor l - lederlengde, m; s — lederens tverrsnittsareal, mm²; ρ — ledningsevne, ohm·mm²/m; γ — spesifikk konduktivitet, m / ohm·mm.

Elektrisk resistivitet

Motstanden og konduktiviteten tar hensyn til egenskapene til materialet i lederen og gir verdiene av motstand og ledningsevne for lederen 1 m lang og et tverrsnittsareal på 1 mm².

Når det gjelder resistivitet ρ Alle materialer kan deles inn i tre grupper:

• ledere - metaller og legeringer derav (ρ 0,015 til 1,2 ohm·mm²/m);

• elektrolytter og halvledere (ρ fra 10² opp til 20⁶ ohm·mm²/m);

• dielektrikum eller isolatorer (ρ fra 10¹⁰ opp til 20¹¹ ohm·mm²/m).

I elektriske apparater brukes materialer med både liten og høy motstand. Hvis det kreves at kretselementet har en liten motstand (for eksempel koblingsledninger), bør det være laget av ledere med lav verdi ρ - i størrelsesorden 0,015-0,03, for eksempel kobber, sølv, aluminium.

Andre innretninger, tvert imot, bør ha betydelig motstand (elektriske glødelamper, varmeinnretninger, etc.). Derfor bør strømførende elementer være laget av materialer med høy motstand ρ, vanligvis representerer metalllegeringer. Disse inkluderer for eksempel manganin, constantan, nichrome, som betyr noe ρ fra 0,1 til 1,2.

Temperaturavhengighet av elektrisk motstand

Verdien av elektrisk motstand avhenger også av temperaturen på lederen, som kan variere på grunn av oppvarming av lederen med elektrisk strøm eller på grunn av endringer i temperaturen i omgivelsene. Når temperaturen på lederen endres, endres resistiviteten. Ovennevnte p-verdier for noen materialer er gyldige ved temperatur

Motstandens uavhengighet fra temperatur uttrykkes omtrent som følger:

R_t^o = R₂₀^omtrent·[1+α·(t^o-20°)]

R_t^o - lederens motstand ved temperatur t^o, R₂₀^omtrent- det samme ved en temperatur på 20 ° C, ohm; α Er temperaturkoeffisienten for elektrisk motstand, og viser den relative endringen i motstanden til ledningen når den varmes opp med 1 ° C.

Fra dette uttrykket, mengden α er lik

α = (R_t^o - R₂₀^omtrent) / (R₂₀^omtrent·(t^o-20°))

For de fleste metaller og deres legeringer er verdien α > 0, dvs. ved oppvarming øker deres motstand og omvendt.

For ledninger i rent metall er verdiene i et område fra 0,0037 til 0,0065 per 1 ° C. For legeringer med høy motstand α har veldig små verdier, titalls og hundrevis av ganger mindre enn for rene metallledere. Så for eksempel for manganin α = 0,000015 ved ° C.

betydning α for halvledere er elektrolytter negative i størrelsesorden 0,02. Temperaturen koeffisient for elektrisk motstand er også negativ og i sin absolutte verdi ti ganger høyere enn α for metaller.

Avhengigheten av motstanden på temperaturen er mye brukt i teknologi for å måle temperaturer ved bruk av den såkaltemotstand termometresomαskal være stor. På en rekke enheter brukes tvert imot materialer med lav verdiα for å utelukke påvirkning av temperatursvingninger på målingene til disse enhetene.

Et eksempel på beregning av endring i motstand til en leder ved oppvarming: Hvordan beregne glødetemperaturen til en glødelampe i nominell modus

AC-motstand

Motstanden til den samme lederen for vekselstrøm vil være større enn for likestrøm. Dette skyldes fenomenet den såkalte overflateeffektsom består i det faktum at vekselstrøm forskyves fra den sentrale delen av lederen til de perifere lagene. Som et resultat vil strømtettheten i de indre lag være mindre enn i de ytre.

Med vekselstrøm blir således lederens tverrsnitt brukt som ufullstendig. Men ved en frekvens på 50 Hz er forskjellen i motstand mot direkte og vekslende strømmer ubetydelig og kan forsømmes i praksis.

DC-ledermotstand kallesohmsk, og vekselstrøm -aktiv motstand. Ohmiske og aktive motstander avhenger av materialet (indre struktur), geometriske dimensjoner og temperatur på lederen. I tillegg, i spoler med en stålkjerne, påvirkes verdien av den aktive motstanden av tapet i stål.

Aktive motstander inkluderer elektriske glødelamper, elektriske motstandsovner, forskjellige varmeinnretninger, reostater og ledninger, der elektrisk energi nærmest fullstendig omdannes til varme.

I tillegg til aktiv motstand er det i vekselstrømskretser induktive og kapasitive motstander (se -Hva er induktiv og kapasitiv belastning?).

Isolasjonsmotstand

Påliteligheten til det elektriske nettverket og utstyret avhenger i stor grad av kvaliteten på isolasjonen mellom strømførende deler i forskjellige faser, samt mellom strømførende deler og bakken.

Kvaliteten på isolasjonen er preget av størrelsen på dens motstand. Definisjonen av denne verdien er vanligvis begrenset under kontrolltestene av nettverk og installasjoner med en spenning under 1000 V. For installasjoner med høyere spenning bestemmes den elektriske styrken og dielektriske tap i tillegg.

Avhengig av tilstanden til nettverket (nettverket med strømmottakerne slått av eller på, uansett om det er under spenning), brukes forskjellige svitsjekretser for måleinstrumenter og metoder for å beregne verdien av isolasjonsmotstand. De mest brukte megaohmmetre og voltmetre til dette formålet.

Oppgaven med å bestemme isolasjonsmotstanden er spesifikk og omfattende i volum. Derfor, for å studere den, anbefaler vi at du refererer til denne artikkelen:Slik bruker du et megaohmmeter

Hva er beregningen av ledninger til oppvarming for?

Elektrisk motstand påvirker for varmekabler og kabler. Ledningene som forbinder energikilden til mottakerne, skal gi strøm til mottakerne med et lite tap av spenning og energi, men samtidig skal de ikke varmes opp av strømmen som går gjennom dem over den tillatte temperaturen.

Overskridelse av de tillatte temperaturverdiene fører til skade på ledningenes isolasjon og som en konsekvens av dette til en kortslutning, dvs. en kraftig økning i strømverdien i kretsen. Derfor lar beregningen av ledningene deg bestemme tverrsnittsarealet hvor spenningstapet og oppvarmingen av ledningene vil være innenfor normale grenser.

Typisk kontrolleres tverrsnittet av ledninger og kabler for oppvarming i henhold til tabellene over tillatte strømbelastninger fra PUE. Hvis tverrsnittet ikke passer til oppvarmingsforholdene, bør du velge et større tverrsnitt som oppfyller disse kravene.

Motstandsoppvarmingsenheter

Hovedelementene i elektriske ovner er elektriske varmeelementer og en varmeisolasjonsanordning som forhindrer varmetap til det omkringliggende rommet. Varmebestandige ikke-metalliske materialer med høy motstand (kull, grafitt, karborundum) og metalliske materialer (nichrome, constantan, fechral, ​​etc.) brukes som materialer for elektriske varmeelementer.

Materialer med høy resistivitet ρ lar deg designe varmeelementer med stort tverrsnittsareal og overflate, og valg av materialer med en liten utvidelseskoeffisient α, gir uforanderlighet av elementets geometriske dimensjoner når det varmes opp.

Varmeelementer laget av materialer av grafittype er laget i form av stenger med en rørformet eller solid seksjon. Varmeelementer av metall er laget i form av ledning eller tape.

Ved hjelp av sikringer

Bruk for å beskytte ledningene til den elektriske kretsen mot strømmer som overskrider de tillatte verdieneeffektbrytere ogsikringer forskjellige typer. I prinsippet er en sikring en del av en elektrisk krets med lav termisk stabilitet.

Sikringsinnsatsen er vanligvis laget i form av en kort leder med lite tverrsnitt laget av et materiale med god ledningsevne (kobber, sølv) eller en leder med relativt høy motstand (bly, tinn). Hvis strømmen øker over verdien som sikringen er designet for, brenner sistnevnte ut og slår av kretsseksjonen eller strømkollektoren som den beskytter.

Se også:Spenning, motstand, strøm og effekt er de viktigste elektriske mengdene