Čo je elektrický odpor a ako to závisí od teploty

Z hľadiska elektromagnetického procesu, ktorý sa v ňom vyskytuje, je akýkoľvek prvok alebo časť elektrického obvodu charakterizovaný predovšetkým schopnosťou viesť prúd alebo brániť priechodu prúdu. Túto vlastnosť prvkov obvodu hodnotí ich elektrická vodivosť alebo hodnota spätnej vodivosti - elektrický odpor.

Väčšina elektrických zariadení pozostáva z vodivých častí z kovových vodičov, obvykle vybavených izolačným povlakom alebo plášťom. Elektrický odpor vodiča závisí od jeho geometrických rozmerov a materiálových vlastností. Hodnota elektrického odporu sa rovná

R = ρl / s = l / (ys)

kde l - dĺžka vodiča, m; s — prierezová plocha vodiča, mm²; ρ — vodivosť, ohm·mm²/m; γ — merná vodivosť, m / ohm·mm.

Elektrický odpor

Odpor a vodivosť zohľadňujú vlastnosti materiálu vodiča a udávajú hodnoty odporu a vodivosti vodiča dlhé 1 ma prierezovú plochu 1 mm².

Pokiaľ ide o odpor ρ Všetky materiály je možné rozdeliť do troch skupín:

• vodiče - kovy a ich zliatiny (ρ 0,015 až 1,2 ohmu·mm²/m);

• elektrolyty a polovodiče (ρ od 10² do 20⁶ ohm·mm²/m);

• dielektrika alebo izolátory (ρ od 10¹⁰ do 20¹¹ ohm·mm²/m).

V elektrických zariadeniach sa používajú materiály s malými aj vysokými odpormi. Ak sa vyžaduje, aby prvok obvodu mal malý odpor (napríklad spojovacie vodiče), mal by byť vyrobený z vodičov s nízkou hodnotou ρ - rádovo 0,015 - 0,03, napríklad meď, striebro, hliník.

Iné zariadenia by naopak mali mať významné odpory (elektrické žiarovky, vykurovacie zariadenia atď.), Preto by ich prvky prenášajúce prúd mali byť vyrobené z materiálov s vysokým odporom ρ, zvyčajne predstavujú kovové zliatiny. Patria sem napríklad manganín, konštantan, nichróm, na ktorých záleží ρ od 0,1 do 1,2.

Teplotná závislosť elektrického odporu

Hodnota elektrického odporu tiež závisí od teploty vodiča, ktorá sa môže meniť v dôsledku zahrievania vodiča elektrickým prúdom alebo v dôsledku zmien teploty prostredia. Keď sa zmení teplota vodiča, zmení sa jeho odpor. Vyššie uvedené hodnoty p pre niektoré materiály platia pri teplote

Nezávislosť odolnosti voči teplote sa vyjadruje približne takto:

R_T^o = R₂₀^o·[1+α·(t^o-20°)]

R_T^o - odpor vodiča pri teplote t^o, R₂₀^o- rovnaké pri teplote 20 ° C, ohm; α Je teplotný koeficient elektrického odporu, ktorý ukazuje relatívnu zmenu odporu drôtu pri zahriatí na 1 ° C.

Z tohto výrazu je množstvo α sa rovná

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

Hodnota pre väčšinu kovov a ich zliatin α > 0, to znamená, keď sa zahrieva, ich odpor sa zvyšuje a naopak.

V prípade kabeláže z čistého kovu sú hodnoty v rozsahu od 0,0037 do 0,0065 na 1 ° C. Pre zliatiny s vysokým odporom α má veľmi malé hodnoty, desiatky a stokrát menšie ako hodnoty čistých kovových vodičov. Napríklad pre mangán α = 0,000015 pri ° C

význam α pre polovodiče sú elektrolyty negatívne, rádovo 0,02. Teplotný koeficient elektrického odporu je tiež negatívny a jeho absolútna hodnota je desaťkrát vyššia ako α pre kovy.

Závislosť odporu na teplote sa v technológii na meranie teploty bežne používa tzvodporové teplomeryza čoαby mala byť veľká. Naopak, v mnohých zariadeniach sa používajú materiály s nízkou hodnotouα aby sa vylúčil vplyv kolísania teploty na hodnoty týchto zariadení.

Príklad výpočtu zmeny odporu vodiča po zahriatí: Ako vypočítať teplotu vlákna žiarovky v nominálnom režime

Odpor striedavého prúdu

Odpor rovnakého vodiča pre striedavý prúd bude väčší ako pre jednosmerný prúd. Je to kvôli javu tzv povrchový efektčo spočíva v tom, že striedavý prúd je prenášaný z centrálnej časti vodiča do obvodových vrstiev. V dôsledku toho bude prúdová hustota vo vnútorných vrstvách nižšia ako vo vonkajších vrstvách.

Pri striedavom prúde sa teda prierez vodiča použije tak, ako bol, neúplne. Avšak pri frekvencii 50 Hz je rozdiel v odpore proti jednosmerným a striedavým prúdom zanedbateľný a v praxi sa môže zanedbávať.

Nazýva sa odpor jednosmerného vodičaohmickýa striedavý prúd -aktívny odpor, Ohmické a aktívne odpory závisia od materiálu (vnútorná štruktúra), geometrických rozmerov a teploty vodiča. Okrem toho, vo zvitkoch s oceľovým jadrom je hodnota aktívneho odporu ovplyvnená stratou ocele.

Medzi aktívne odpory patria elektrické žiarovky, elektrické odporové pece, rôzne vykurovacie zariadenia, reostaty a drôty, kde sa elektrická energia takmer úplne premieňa na teplo.

V obvodoch so striedavým prúdom existujú okrem aktívneho odporu aj induktívne a kapacitné odpory (pozri -Čo je induktívne a kapacitné zaťaženie?).

Izolačný odpor

Spoľahlivosť elektrickej siete a zariadení do veľkej miery závisí od kvality izolácie medzi živými časťami rôznych fáz, ako aj medzi živými časťami a zemou.

Kvalita izolácie sa vyznačuje veľkosťou jej odolnosti. Definícia tejto hodnoty je zvyčajne obmedzená počas kontrolných skúšok sietí a zariadení s napätím menším ako 1 000 V. V prípade zariadení s vyšším napätím sa dodatočne určujú elektrické sily a dielektrické straty.

V závislosti od stavu siete (sieť s vypnutými alebo zapnutými prijímačmi energie, či už sú alebo nie sú pod napätím) sa používajú rôzne spínacie obvody pre meracie prístroje a metódy na výpočet hodnoty izolačného odporu. Najpoužívanejšie megaohmmetre a voltmetre na tento účel.

Úlohou určenia izolačného odporu je špecifický a rozsiahly objem, preto ho pri jeho štúdiu odporúčame prečítať v tomto článku:Ako používať megaohmmeter

Aký je výpočet drôtov na vykurovanie?

Ovplyvňuje elektrický odpor pre vykurovacie vodiče a káble, Vodiče spájajúce zdroj energie s prijímačmi by mali napájať prijímače s malými stratami napätia a energie, ale zároveň by sa nemali ohrievať prúdom, ktorý nimi prechádza, nad povolenú teplotu.

Prekročenie dovolených hodnôt teploty vedie k poškodeniu izolácie vodičov a v dôsledku toho k skratu, t. J. K prudkému zvýšeniu hodnoty prúdu v obvode. Preto výpočet vodičov umožňuje určiť plochu prierezu, pri ktorej bude strata napätia a zahrievanie vodičov v rámci normálnych limitov.

Spravidla sa kontroluje prierez vodičov a káblov na vyhrievanie podľa tabuliek prípustného prúdu od PUE. Ak prierez nevyhovuje podmienkam zahrievania, mali by ste zvoliť väčší prierez, ktorý spĺňa tieto požiadavky.

Odporové vykurovacie jednotky

Hlavnými prvkami elektrických pecí sú elektrické vykurovacie telesá a tepelné izolačné zariadenie, ktoré zabraňuje tepelným stratám do okolitého priestoru. Ako materiály pre elektrické vykurovacie telesá sa používajú nekovové materiály odolné voči teplu s vysokým odporom (uhlie, grafit, karborund) a kovové materiály (nichróm, konštantan, fechral atď.).

Vysoko odporové materiály ρ umožňuje navrhnúť vykurovacie telesá s veľkou prierezovou plochou a povrchom a výber materiálov s malým koeficientom rozťažnosti α, poskytuje nemeniteľnosť geometrických rozmerov prvku pri zahrievaní.

Vykurovacie telesá z materiálov grafitového typu sa vyrábajú vo forme tyčí s rúrkovitou alebo pevnou časťou. Kovové vyhrievacie prvky sú vyrobené vo forme drôtu alebo pásky.

Použitie poistiek

Na ochranu vodičov elektrického obvodu pred prúdmi presahujúcimi prípustné hodnoty použiteističe apoistky rôzne typy. Poistka je v zásade časť elektrického obvodu s nízkou tepelnou stabilitou.

Poistková vložka sa obvykle vyrába vo forme krátkeho vodiča s malým prierezom, ktorý je vyrobený z materiálu s dobrou vodivosťou (meď, striebro) alebo vodiča s relatívne vysokým odporom (olovo, cín). Ak prúd stúpne nad hodnotu, pre ktorú je poistka navrhnutá, vyhorí a vypne časť obvodu alebo kolektor prúdu, ktorý chráni.

Pozri tiež:Hlavné elektrické veličiny sú napätie, odpor, prúd a výkon