- električna veličina koja karakterizira svojstvo materijala da spriječi protok električna struja. Ovisno o vrsti materijala, otpor može težiti nuli - biti minimalan (milje / mikro oma - provodnici, metali) ili biti vrlo velik (giga ohmi - izolacija, dielektrici). Recipročna vrijednost električnog otpora je .

Jedinica električni otpor - Ohm. Označava se slovom R. Određuje se ovisnost otpora o struji iu zatvorenom kolu.

Ohmmetar- uređaj za direktno mjerenje otpora kola. Ovisno o rasponu mjerene vrijednosti, dijele se na gigaommetre (za veliki otpor - pri mjerenju izolacije), i na mikro/miliommetre (za male otpore - pri mjerenju prolaznog otpora kontakata, namotaja motora itd.).

Postoji veliki izbor ohmetara po dizajnu različitih proizvođača, od elektromehaničkih do mikroelektronskih. Vrijedi napomenuti da klasični ohmmetar mjeri aktivni dio otpora (tzv. ohm).

Svaki otpor (metalni ili poluvodički) u AC kolu ima aktivnu i reaktivnu komponentu. Zbir aktivne i reaktanse je AC impedancija kola a izračunava se po formuli:

gdje je Z ukupni otpor AC kola;

R je aktivni otpor AC kola;

Xc je kapacitivna reaktancija AC kola;

(C je kapacitivnost, w je ugaona brzina naizmenične struje)

Xl je induktivna reaktancija AC kola;

(L je induktivnost, w je ugaona brzina naizmenične struje).

Aktivni otpor- ovo je dio impedanse električnog kruga, čija se energija potpuno pretvara u druge vrste energije (mehaničke, kemijske, toplinske). Posebnost aktivne komponente je potpuna potrošnja sve električne energije (energija se ne vraća u mrežu nazad u mrežu), a reaktancija vraća dio energije natrag u mrežu (negativno svojstvo reaktivne komponente).

Fizičko značenje aktivnog otpora

Svaki medij kroz koji prolaze električni naboji stvara prepreke na svom putu (vjeruje se da su to čvorovi kristalne rešetke), u koje kao da udaraju i gube energiju koja se oslobađa u obliku topline.

Dakle, dolazi do pada (gubitak električne energije) čiji se dio gubi zbog unutrašnjeg otpora provodnog medija.

Numerička vrijednost koja karakterizira sposobnost materijala da spriječi prolaz naelektrisanja naziva se otpor. Mjeri se u Ohmima (Ohm) i obrnuto je proporcionalan električnoj provodljivosti.

Razni elementi periodični sistem Mendeljejev imaju različitu električnu otpornost (p), na primjer, najmanji sp. srebro (0,016 Ohm * mm2 / m), bakar (0,0175 Ohm * mm2 / m), zlato (0,023) i aluminijum (0,029) imaju otpor. Koriste se u industriji kao glavni materijali na kojima se gradi sva elektrotehnika i energija. Dielektrici, s druge strane, imaju visok sp. otpornosti i koristi se za izolaciju.

Otpor provodnog medija može značajno varirati ovisno o poprečnom presjeku, temperaturi, veličini i frekvenciji struje. Osim toga, različiti mediji imaju različite nosioce naboja (slobodni elektroni u metalima, ioni u elektrolitima, "rupe" u poluvodičima), koji su odlučujući faktori otpora.

Fizičko značenje reaktanse

U zavojnicama i kondenzatorima, kada se primjenjuju, energija se akumulira u obliku magnetskog i električnog polja, što zahtijeva određeno vrijeme.

Magnetna polja u mrežama naizmjenične struje mijenjaju se prateći promjenjivi smjer kretanja naelektrisanja, istovremeno pružajući dodatni otpor.

Osim toga, postoji stabilan fazni pomak i jačina struje, a to dovodi do dodatnih gubitaka električne energije.

Otpornost

Kako saznati otpor materijala ako ne teče kroz njega i nemamo ohmmetar? Za ovo postoji posebna vrijednost - električna otpornost materijala V

(ovo su tabelarne vrijednosti koje su određene empirijski za većinu metala). Sa ovom vrijednošću i fizičkim količinama materijala možemo izračunati otpor pomoću formule:

gdje, str- otpornost (mjerne jedinice ohm * m / mm 2);

l je dužina provodnika (m);

S - poprečni presjek (mm 2).

Kolika je otpornost supstance? Da odgovorim jednostavnim rečima na ovo pitanje, morate se sjetiti kursa fizike i predstaviti fizičko utjelovljenje ove definicije. Kroz supstancu se propušta električna struja, a ona, zauzvrat, s određenom silom sprečava prolaz struje.

Koncept otpornosti supstance

Upravo ta vrijednost, koja pokazuje koliko supstanca interferira sa strujom, je otpornost (latinsko slovo “ro”). U međunarodnom sistemu jedinica otpor izraženo u omima pomnoženo sa metrom. Formula za izračunavanje je: "Otpor pomnožen sa površinom poprečnog preseka i podeljen sa dužinom provodnika."

Postavlja se pitanje: „Zašto se pri pronalaženju otpora koristi drugi otpor?“. Odgovor je jednostavan, postoje dva različite veličine- specifični otpor i otpor. Drugi pokazuje koliko je supstanca u stanju da spreči prolaz struje kroz nju, a prvi pokazuje skoro istu stvar, samo što više ne govorimo o supstanci u opštem smislu, već o provodniku određene dužine i površine poprečnog presjeka, koji su napravljeni od ove tvari.

Recipročna vrijednost koja karakterizira sposobnost tvari da propušta električnu struju naziva se električna provodljivost i formula po kojoj se izračunava specifični otpor direktno je povezana sa specifičnom provodljivošću.

Upotreba bakra

Koncept otpornosti se široko koristi u proračunu provodljivosti električne struje različitim metalima. Na osnovu ovih proračuna donose se odluke o preporučljivosti korištenja određenog metala za izradu električnih vodiča koji se koriste u građevinarstvu, instrumentarstvu i drugim područjima.

Tabela otpornosti metala

Postoje li određene tabele? u kojima su objedinjeni dostupni podaci o transmisiji i otpornosti metala, po pravilu se ove tabele izračunavaju za određene uslove.

Posebno dobro poznati tabela otpornosti metalnih monokristala na temperaturi od dvadeset stepeni Celzijusa, kao i tabelu otpornosti metala i legura.

Ove tabele se koriste za izračunavanje različitih podataka pod takozvanim idealnim uslovima; da bi se izračunale vrednosti za određene svrhe, moraju se koristiti formule.

Bakar. Njegove karakteristike i svojstva

Opis supstance i svojstva

Bakar je metal koji je čovječanstvo otkrilo veoma dugo i dugo se koristi u različite tehničke svrhe. Bakar je vrlo savitljiv i duktilan metal visoke električne provodljivosti, što ga čini veoma popularnim za izradu raznih žica i vodiča.

Fizička svojstva bakra:

• tačka topljenja - 1084 stepena Celzijusa;
• tačka ključanja - 2560 stepeni Celzijusa;
• gustina na 20 stepeni - 8890 kilograma podijeljeno sa kubnim metrom;
• specifični toplotni kapacitet pri konstantnom pritisku i temperaturi od 20 stepeni - 385 kJ / J * kg
• specifični električni otpor - 0,01724;

Razredi bakra

Ovaj metal se može podijeliti u nekoliko grupa ili razreda, od kojih svaka ima svoja svojstva i svoju primjenu u industriji:

1. Klase M00, M0, M1 su odlične za proizvodnju kablova i provodnika, pri pretapanju je isključeno prezasićenje kiseonikom.
2. M2 i M3 razredi su jeftine opcije koje su dizajnirane za male valjane proizvode i zadovoljavaju većinu malih tehničkih i industrijskih aplikacija.
3. Klase M1, M1f, M1r, M2r, M3r su skupe vrste bakra koje se izrađuju za specifičnog potrošača sa specifičnim zahtjevima i zahtjevima.

Brendovi među sobom razlikuju se na nekoliko načina:

Uticaj nečistoća na svojstva bakra

Nečistoće mogu uticati na mehanička, tehnička i radna svojstva proizvoda.

U zaključku, treba naglasiti da je bakar jedinstven metal sa jedinstvenim svojstvima. Koristi se u automobilskoj industriji, proizvodnji elemenata za elektro industriju, električnih uređaja, robe široke potrošnje, satova, kompjutera i još mnogo toga. Sa svojom malom otpornošću, ovaj metal je odličan materijal za izradu provodnika i drugih električnih uređaja. Sa ovim svojstvom bakar prestiže samo srebro, ali zbog veće cijene nije našao istu primjenu u elektroindustriji.

Bakar je jedan od najčešćih materijala za žice. Njegov električni otpor je najniži od pristupačnih metala. Manje ga ima samo u plemenitim metalima (srebro i zlato) i zavisi od raznih faktora.

Šta je električna struja

Na različitim polovima baterije ili drugog izvora struje nalaze se suprotno nazvani nosioci električnih naboja. Ako su spojeni na provodnik, nosioci naboja počinju da se kreću od jednog do drugog pola izvora napona. Ovi nosioci u tečnostima su joni, au metalima slobodni elektroni.

Definicija. Električna struja je usmjereno kretanje nabijenih čestica.

Otpornost

Električna otpornost je veličina koja određuje električni otpor uzorka referentnog materijala. Grčko slovo "r" koristi se za označavanje ove količine. Formula za obračun:

p=(R*S)/ l.

Ova vrijednost se mjeri u Ohm*m. Možete ga pronaći u referentnim knjigama, u tabelama otpornosti ili na internetu.

Slobodni elektroni se kreću kroz metal unutar kristalne rešetke. Na otpor ovom kretanju i otpor provodnika utiču tri faktora:

• Materijal. Različiti metali imaju različite atomske gustine i broj slobodnih elektrona;
• nečistoće. U čistim metalima, kristalna rešetka je uređenija, pa je otpor manji nego u legurama;
• Temperatura. Atomi ne sjede mirno na svojim mjestima, već osciliraju. Što je temperatura viša, to je veća amplituda oscilacija koje ometaju kretanje elektrona, a otpor je veći.

Na sljedećoj slici možete vidjeti tabelu otpornosti metala.

Zanimljivo. Postoje legure čiji električni otpor opada pri zagrijavanju ili se ne mijenja.

Vodljivost i električni otpor

Budući da se dimenzije kablova mjere u metrima (dužina) i mm² (presjek), električna otpornost ima dimenziju Ohm mm²/m. Poznavajući dimenzije kabla, njegov otpor se izračunava po formuli:

R=(p* l)/S.

Osim električnog otpora, neke formule koriste koncept "provodljivosti". Ovo je recipročan otpor. Označava se "g" i izračunava se po formuli:

Provodljivost tečnosti

Vodljivost tekućina se razlikuje od provodljivosti metala. Nosioci naboja u njima su joni. Njihov broj i električna provodljivost se povećavaju kada se zagrijavaju, pa se snaga elektrodnog kotla povećava nekoliko puta kada se zagrije od 20 do 100 stupnjeva.

Zanimljivo. Destilovana voda je izolator. Provodljivost mu se daje otopljenim nečistoćama.

Električni otpor žica

Najčešći materijali za žice su bakar i aluminij. Otpornost aluminijuma je veća, ali je jeftinija od bakra. Specifični otpor bakra je manji, tako da se veličina žice može odabrati manja. Osim toga, jači je, a od ovog metala se prave fleksibilne žice.

Sledeća tabela prikazuje električnu otpornost metala na 20 stepeni. Da bi se to odredilo na drugim temperaturama, vrijednost iz tabele se mora pomnožiti sa faktorom korekcije koji je različit za svaki metal. Ovaj koeficijent možete saznati iz relevantnih priručnika ili pomoću online kalkulatora.

Izbor preseka kabla

Budući da žica ima otpor, kada kroz nju prođe električna struja, stvara se toplina i dolazi do pada napona. Oba ova faktora moraju se uzeti u obzir pri odabiru dimenzija kablova.

Odabir prema dozvoljenom grijanju

Kada struja teče kroz žicu, energija se oslobađa. Njegova količina se može izračunati po formuli električne energije:

U bakrenoj žici poprečnog presjeka 2,5 mm² i dužine 10 metara R=10*0,0074=0,074Ohm. Pri struji od 30A, P = 30² * 0,074 = 66W.

Ova snaga zagrijava provodnik i sam kabel. Temperatura na koju se zagreva zavisi od uslova polaganja, broja žila u kablu i drugih faktora, a dozvoljena temperatura zavisi od izolacionog materijala. Bakar ima veću provodljivost, pa su izlazna snaga i potrebni poprečni presjek manji. Određuje se posebnim tabelama ili korištenjem online kalkulatora.

Dozvoljeni gubici napona

Osim grijanja, kada električna struja prolazi kroz žice, smanjuje se napon u blizini opterećenja. Ova vrijednost se može izračunati korištenjem Ohmovog zakona:

Referenca. Prema normama PUE-a, ne bi trebalo biti više od 5% ili u mreži od 220V - ne više od 11V.

Stoga, što je kabel duži, to bi njegov poprečni presjek trebao biti veći. Možete ga odrediti iz tabela ili pomoću online kalkulatora. Za razliku od odabira presjeka prema dozvoljenom grijanju, gubici napona ne zavise od stanja brtve i izolacijskog materijala.

U mreži od 220V napon se dovodi preko dvije žice: faze i nule, tako da se proračun vrši za dvostruku dužinu kabela. U kablu iz prethodnog primera biće U=I*R=30A*2*0,074Ω=4,44V. Ovo nije puno, ali s dužinom od 25 metara ispada 11,1V - maksimalna dozvoljena vrijednost, morat ćete povećati poprečni presjek.

Električni otpor drugih metala

Pored bakra i aluminijuma, u elektrotehnici se koriste i drugi metali i legure:

• Iron. Specifična otpornost čelika je veća, ali je jači od bakra i aluminija. Čelični provodnici su utkani u kablove namenjene za polaganje kroz vazduh. Otpor željeza je previsok za prijenos električne energije, stoga se pri izračunavanju poprečnog presjeka jezgre ne uzimaju u obzir. Osim toga, on je vatrostalniji, a od njega se izrađuju vodovi za spajanje grijača u električnim pećima velike snage;
• Nichrome (legura nikla i hroma) i fechral (gvožđe, hrom i aluminijum). Imaju nisku provodljivost i vatrostalnost. Od ovih legura izrađuju se žičani otpornici i grijači;
• Tungsten. Njegov električni otpor je visok, ali je vatrostalni metal (3422 °C). Koristi se za izradu filamenata u električnim lampama i elektrodama za argon-lučno zavarivanje;
• Konstantan i manganin (bakar, nikl i mangan). Otpornost ovih provodnika se ne mijenja s promjenama temperature. Koriste se u zaštitnim uređajima za proizvodnju otpornika;
• Plemeniti metali - zlato i srebro. Imaju najveću provodljivost, ali je zbog visoke cijene njihova upotreba ograničena.

Induktivna reaktansa

Formule za izračunavanje provodljivosti žica vrijede samo u DC mreži ili u ravnim vodičima na niskoj frekvenciji. U zavojnicama i visokofrekventnim mrežama, induktivni otpor je mnogo puta veći od uobičajenog. Osim toga, struja visoke frekvencije širi se samo preko površine žice. Stoga se ponekad oblaže tankim slojem srebra ili se koristi litz žica.

Električni otpor -fizička veličina koja pokazuje kakvu prepreku stvara struja kada prolazi kroz provodnik. Mjerne jedinice su ohmi, nakon Georga Ohma. U svom zakonu je izveo formulu za pronalaženje otpora, koja je data u nastavku.

Razmotrite otpor vodiča na primjeru metala. Metali imaju unutrašnju strukturu u obliku kristalne rešetke. Ova rešetka ima strogi red, a njeni čvorovi su pozitivno nabijeni joni. Nosioci naboja u metalu su "slobodni" elektroni, koji ne pripadaju određenom atomu, već se nasumično kreću između mjesta rešetke. Iz kvantne fizike je poznato da je kretanje elektrona u metalu širenje elektromagnetnog talasa u čvrstom telu. Odnosno, elektron u provodniku se kreće brzinom svjetlosti (praktično), a dokazano je da pokazuje svojstva ne samo kao čestica, već i kao val. A otpor metala nastaje kao rezultat raspršivanja elektromagnetskih valova (odnosno elektrona) na toplinskim vibracijama rešetke i njenim defektima. Kada se elektroni sudare sa čvorovima kristalne rešetke, dio energije se prenosi na čvorove, uslijed čega se energija oslobađa. Ova energija se može izračunati na jednosmjernoj struji, zahvaljujući Joule-Lenzovom zakonu - Q = I 2 Rt. Kao što vidite, što je veći otpor, oslobađa se više energije.

Otpornost

Postoji tako važan koncept kao što je otpor, to je isti otpor, samo u jedinici dužine. Svaki metal ima svoje, na primjer, za bakar je 0,0175 Ohm*mm2/m, za aluminijum je 0,0271 Ohm*mm2/m. To znači da će bakrena šipka dužine 1 m i površine poprečnog presjeka 1 mm2 imati otpor od 0,0175 Ohm, a ista šipka, ali napravljena od aluminija, imat će otpor od 0,0271 Ohm. Ispostavilo se da je električna provodljivost bakra veća od one u aluminijumu. Svaki metal ima svoju otpornost, a otpor cijelog vodiča može se izračunati pomoću formule

Gdje str je otpornost metala, l je dužina provodnika, s je površina poprečnog presjeka.

Vrijednosti otpornosti su date u tabela otpornosti metala(20°C)

Osim otpornosti, tabela sadrži TCR vrijednosti, više o ovom koeficijentu malo kasnije.

Ovisnost otpora na deformacije

At rad na hladnom pod pritiskom metala, metal se podvrgava plastičnoj deformaciji. Tokom plastične deformacije kristalna rešetka se izobličuje, broj defekata postaje veći. S povećanjem defekata kristalne rešetke povećava se otpor protoku elektrona kroz provodnik, stoga se povećava otpornost metala. Na primjer, žica se proizvodi izvlačenjem, što znači da metal prolazi kroz plastičnu deformaciju, zbog čega se povećava otpornost. U praksi se rekristalizacijsko žarenje koristi za smanjenje otpora, ovo je složen proces. tehnološki proces, nakon čega se kristalna rešetka, takoreći, „ispravlja“ i smanjuje se broj defekata, samim tim i otpor metala.

Kada se rastegne ili stisne, metal je podvrgnut elastičnoj deformaciji. Uz elastičnu deformaciju uzrokovanu rastezanjem, povećavaju se amplitude toplinskih vibracija čvorova kristalne rešetke, stoga elektroni doživljavaju velike poteškoće, a u vezi s tim raste otpornost. S elastičnom deformacijom uzrokovanom kompresijom, amplitude toplinskih oscilacija čvorova se smanjuju, stoga se elektronima lakše kreće, a otpornost se smanjuje.

Utjecaj temperature na otpornost

Kao što smo već ranije saznali, uzrok otpora u metalu su čvorovi kristalne rešetke i njihove vibracije. Dakle, s povećanjem temperature povećavaju se toplinske fluktuacije čvorova, što znači da se povećava i otpor. Postoji takva vrijednost kao temperaturni koeficijent otpor(TCS), koji pokazuje koliko se otpornost metala povećava ili smanjuje kada se zagrije ili ohladi. Na primjer, temperaturni koeficijent bakra na 20 stepeni Celzijusa je 4.1 10 − 3 1/stepen. To znači da kada se, na primjer, bakarna žica zagrije za 1 stepen Celzijusa, njen otpor će se povećati za 4.1 · 10 − 3 Ohm. Otpor s promjenom temperature može se izračunati po formuli

gdje je r otpornost nakon zagrijavanja, r 0 je otpornost prije zagrijavanja, a je temperaturni koeficijent otpora, t 2 je temperatura prije zagrijavanja, t 1 je temperatura nakon zagrijavanja.

Zamjenom naših vrijednosti dobijamo: r=0,0175*(1+0,0041*(154-20))=0,0271 Ohm*mm2/m. Kao što vidite, naša bakarna šipka dužine 1 m i površine poprečnog presjeka ​​​1 mm 2, nakon zagrijavanja na 154 stepena, imala bi otpor, kao ista šipka, samo od aluminijuma i to na temperatura od 20 stepeni Celzijusa.

Svojstvo promjene otpora s temperaturom, koje se koristi u otpornim termometrima. Ovi instrumenti mogu mjeriti temperaturu na osnovu očitavanja otpora. Otporni termometri imaju visoku tačnost mjerenja, ali mali temperaturni raspon.

U praksi, svojstva provodnika sprečavaju prolaz struja koriste se veoma široko. Primjer je žarulja sa žarnom niti, gdje se volframova nit zagrijava zbog visokog otpora metala, velike dužine i uskog presjeka. Ili bilo koji uređaj za grijanje gdje se zavojnica zagrijava zbog visokog otpora. U elektrotehnici se element čije je glavno svojstvo otpor naziva - otpornik. Otpornik se koristi u gotovo svakom električnom kolu.

Specifični električni otpor ili jednostavno specifični otpor supstance je fizička veličina koja karakteriše sposobnost supstance da spreči prolaz električne struje.

Otpornost se označava grčkim slovom ρ. Recipročna vrijednost otpora naziva se specifična provodljivost (električna provodljivost). Za razliku od električnog otpora, koji je svojstvo vodiča i ovisi o njegovom materijalu, obliku i veličini, električna otpornost je svojstvo samo tvari.

Električni otpor homogenog vodiča otpornosti ρ, dužine l i površine poprečnog presjeka S može se izračunati po formuli (pretpostavlja se da se ni površina ni oblik poprečnog presjeka ne mijenjaju duž vodiča). Prema tome, za ρ,

Iz posljednje formule proizlazi: fizičko značenje specifičnog otpora tvari leži u činjenici da je to otpor homogenog vodiča napravljenog od ove tvari jedinične dužine i jedinične površine poprečnog presjeka.

Jedinica otpornosti u Međunarodnom sistemu jedinica (SI) je Ohm m.

Iz omjera proizilazi da je jedinica mjere otpornosti u SI sistemu jednaka takvom specifičnom otporu tvari pri kojoj je homogeni provodnik dužine 1 m površine poprečnog presjeka ​​1 m², napravljen od ova supstanca, ima otpor jednak 1 Ohm. U skladu s tim, otpor proizvoljne tvari, izražen u SI jedinicama, numerički je jednak otporu dijela električnog kola napravljenog od ove tvari, dužine 1 m i površine poprečnog presjeka od 1 m².

Tehnika također koristi zastarjelu izvansistemsku jedinicu Ohm mm²/m, jednaku 10 −6 od 1 Ohm m. Ova jedinica jednaka je takvom specifičnom otporu tvari pri kojoj homogeni vodič dužine 1 m s površinom poprečnog presjeka od ​​​1 mm², napravljen od ove tvari, ima otpor jednak 1 ohm. Prema tome, specifični otpor tvari, izražen u ovim jedinicama, numerički je jednak otporu dijela električnog kola napravljenog od ove tvari, dužine 1 m i površine poprečnog presjeka od 1 mm².

Elektromotorna sila (EMF) je skalarna fizička veličina koja karakterizira rad vanjskih sila, odnosno bilo koje sile neelektričnog porijekla koje djeluju u kvazistacionarnim DC ili AC krugovima. U zatvorenom provodnom kolu, EMF je jednak radu ovih sila pri kretanju jednog pozitivnog naboja duž cijelog kola.

Analogno jačini električnog polja uvodi se pojam intenziteta vanjskih sila koji se podrazumijeva kao vektor fizička količina, jednak omjeru vanjske sile koja djeluje na ispitni električni naboj prema veličini ovog naboja. Tada će u zatvorenoj petlji EMF biti jednak:

gdje je element konture.

EMF se, kao i napon, mjeri u voltima u Međunarodnom sistemu jedinica (SI). Možemo govoriti o elektromotornoj sili u bilo kojem dijelu kola. Ovo je specifičan rad vanjskih sila ne u cijelom krugu, već samo u ovom dijelu. EMF galvanske ćelije je rad vanjskih sila pri pomicanju jednog pozitivnog naboja unutar ćelije s jednog pola na drugi. Rad vanjskih sila ne može se izraziti kroz razliku potencijala, jer su vanjske sile nepotencijalne i njihov rad ovisi o obliku putanje. Dakle, na primjer, rad vanjskih sila pri pomicanju naboja između strujnih terminala je izvan njega samog? izvor je nula.