Odvisnost od električnega upora vodnika do dolžine

Eden od fizikalnih lastnosti materiala je sposobnost za izvedbo električnega toka. Električna prevodnost (uporovna žica) odvisna od več dejavnikov: dolžina električnega tokokroga, strukturnih značilnosti, prisotnosti prostih elektronov, temperatura, tok, napetost, materiala in območje prečnega prereza.

Fizični pomen odpornosti

Pretok električnega toka skozi prevodnik vodi do smernega gibanja prostih elektronov. Prisotnost prostih elektronov je odvisna od same snovi in ​​je vzeta iz tabele DI Mendelejev, namreč iz elektronske konfiguracije elementa. Elektroni začnejo zadeti kristalna mreža element in prenese energijo slednjega. V tem primeru nastane toplotni učinek, ko tok deluje na vodniku.

V tej interakciji se upočasnjujejo, nato pa pod vplivom električnega polja, ki jih pospešuje, začnejo gibati z isto hitrostjo. Elektroni se večkrat srečujejo. Ta proces se imenuje odpornost vodnika.

Zato je električna upornost prevodnika fizična količina, ki označuje razmerje med napetostjo in tokom.

Kaj je električna upornost: vrednost, ki označuje lastnost fizičnega telesa za pretvarjanje električne energije v toplotno energijo zaradi interakcije energije elektronov s kristalno mrežo snovi. Narava prevodnosti se razlikuje:

1. Provodniki (sposobni voditi električni tok, saj so prosti elektroni).
2. Polprevodniki (lahko vodijo električni tok, vendar pod določenimi pogoji).
3. Dielektriki ali izolatorji (imajo ogromen upor, ni prostih elektronov, zaradi česar ne morejo voditi toka).

To značilnost označuje črka R in merjeno v Ohmih (Ohms). Uporaba teh skupin snovi je zelo pomembna za razvoj diagramov električnih instrumentov.

Da bi v celoti razumeli odvisnost R na nečem, je treba posebno pozornost nameniti izračunu te količine.

Izračun električne prevodnosti

Za izračun R vodnika se uporablja Ohmov zakon, ki določa, da je tok (I) neposredno sorazmeren z napetostjo (U) in je obratno sorazmeren z uporom.

Formula za ugotavljanje prevodnosti materiala R (posledica Ohmovega zakona za verigo): R = U / I.

Za celoten odsek tokokroga ta formula ima naslednjo obliko: R = (U / I) - Rvn, pri čemer Rvn - notranja R napajanje.

Prevodnost materiala

Sposobnost vodnika za prenos električnega toka je odvisna od številnih dejavnikov: napetosti, toka, dolžine, površine preseka in prevodnega materiala ter temperature okolice.

V elektrotehniki se pri izračunu in izdelavi uporov upošteva geometrijska komponenta prevodnika.

Na katerem je upor odvisen: od dolžine prevodnika - l, odpornosti - p in na preseku (s polmerom r) - S = Pi * r * r.

Formula R prevodnika: R = p * l / S.

Iz formule je vidna, odvisno od tega prevodnost prevodnosti: R, l, S. Ni potrebe, da bi ga izračunali na ta način, ker je veliko boljši način. Poseben upor lahko najdete v ustreznih referenčnih knjigah za vsak tip prevodnika (p je fizična količina enaka R materialu dolžine 1 metra in površini prečnega prereza 1 m².

Vendar pa ta formula ni dovolj za točen izračun upora, zato se uporablja odvisnost od temperature.

Vpliv temperature okolja

Dokazano je, da ima vsaka snov specifično odpornost, odvisno od temperature.

Če želite to dokazati, lahko naredite naslednji poskus. Vzemite spiralo iz nichroma ali katerega koli vodnika (naveden na diagramu v obliki upora), vir energije in normalni ampermeter (ga lahko zamenjate z žarnico z žarilno nitko). Sestavite vezje po diagramu 1.

Shema 1 - Električno vezje za poskus

Potrebno je napajanje potrošnika in skrbno spremljanje odčitkov ampermetra. Nato morate segrevati R, ne da bi ga izklopili, in odčitavanje ampermetra se bo začelo zniževati, ko se temperatura dvigne. Sledi Ohmov zakon za odsek vezja: I = U / R. V tem primeru je mogoče zanemariti notranji upor vira energije: to ne vpliva na dokazovanje odvisnosti R od temperature. Iz tega sledi, da je prisotna temperaturna odvisnost R.

Fizični pomen rasti vrednosti R je posledica vpliva temperature na amplitudo oscilacij (povečanja) ionov v kristalni rešetki. Posledica tega je, da se elektroni pogosteje srečujejo in to povzroči rast R.

Po formuli: R = p * l / S, najdemo indikator, da odvisno od temperature (S in jaz nismo odvisni od temperature). Ostaja p vodnik. Iz tega sledi formula za temperaturno odvisnost: (R - Ro) / R = a * t, pri čemer je Ro pri 0 stopinjah Celzija, t je temperatura okolja in a je koeficient sorazmernosti (temperaturni koeficient).

Za kovine je "a" vedno večja od nič in za elektrolitne raztopine je temperaturni koeficient manjši od 0.

Formula iskanju p uporabljajo pri izračunu: p = (1 + A * t) * Po, kjer PO - specifična upornost vzeti iz imenika na določeno vodnikom. V tem primeru se lahko temperaturni koeficient šteje za konstanten. Odvisnost moči (P) R izhaja iz formule moči: P = U * I = U * U / R = I * I * R. specifična upornost vrednost je odvisna tudi od deformacije materiala, v katerem je kristalni mreži moten.

Deformacija in upornost

Ko kovino obdelamo v hladnem mediju pri določenem tlaku, nastane plastična deformacija. Hkrati je kristalna mreža izkrivljena in R-tok elektronov se poveča. V tem primeru se uporovnost poveča. Ta proces je reverzibilen in se imenuje rekristalinično žarjenje, zaradi česar se nekatere napake zmanjšajo.

Pod vplivom nateznih in kompresijskih sil na kovine, se slednji podvržejo deformacijam, ki se imenujejo elastične. Upornost se zmanjša s stiskanjem, saj se amplituda toplotnih nihanj zmanjša. Usmerjeni napolnjeni delci postane lažje premikati. V napetosti se upornost poveča zaradi povečanja amplitude toplotnih oscilacij.

Drugi dejavnik, ki vpliva na prevodnost, je vrsta toka, ki poteka skozi prevodnik.

AC verige

Odpornost na omrežja z izmeničnim tokom se obnaša nekoliko drugače, ker je Ohmov zakon veljaven samo za vezja s konstantno napetostjo. Zato je treba izračunati drugače.

Impedanco označuje črka Z in je sestavljena iz algebraične vsote aktivnih, kapacitivnih in induktivnih uporov.

Ko je aktivni R priključen na krog izmeničnega toka, začne sinusni tok teči pod vplivom potencialne razlike. V tem primeru formula izgleda: Im = Um / R, kjer sta Im in Um vrednosti amplitude toka in napetosti. Odporna formula ima naslednjo obliko: IM = Um / ((1 + a * t) * po * l / 2 * Pi * r * r).

Kapacitivni upor (Xc) je posledica prisotnosti kondenzatorjev v tokokrogih. Treba je opozoriti, da izmenični tok prehaja skozi kondenzatorje in posledično deluje kot prevodnik z kapacitivnostjo.

Xc se izračuna takole: Xc = 1 / (w * C), kjer je w kotna frekvenca in C je kapacitivnost kondenzatorja ali skupine kondenzatorjev. Kotna frekvenca je definirana kot sledi:

1. Frekvenco izmeničnega toka se meri (ponavadi 50 Hz).
2. Pomnožite s 6,283.

Induktivna upornost (Xl) - pomeni prisotnost induktivnosti v vezju (dušilec, rele, vezje, transformator in tako naprej). Izračunamo takole: Xl = wL, kjer je L induktivnost in w je kotna frekvenca. Za izračun induktivnosti Potrebno je uporabljati specializirane spletne kalkulatorje ali referenčno knjigo o fiziki. Torej, vse količine izračunamo po formulah in ostane le zapisati Z: Z * Z = R * R + (Xc - Xl) * (Xc - Xl).

Za določitev končne vrednosti je treba izvleči kvadratni koren izraza: R * R + (Xc - Xl) * (Xc - Xl). Iz formul izhaja, da ima frekvenca izmeničnega toka pomembno vlogo, na primer v tokokrogu iste oblike, z naraščajočo frekvenco tudi njen Z. Treba je dodati, da je v tokokrogih z izmenično napetostjo Z odvisno od takšnih indeksov:

1. Dolžina prevodnika.
2. Sekcijska površina je S.
3. Temperature.
4. Vrsta materiala.
5. Zmogljivosti.
6. Induktivnost.
7. Frekvence.

Zato je Ohmov zakon za segment verige popolnoma drugačen: I = U / Z. Prav tako se spremeni zakon za celotno verigo.

Merjenje električne prevodnosti

Izračuni uporov zahtevajo določen čas, zato se za merjenje njihovih vrednosti uporabljajo posebni električni števci, ki se imenujejo ohmmetri. Merilna naprava je sestavljena iz merilnika, na katerega je priključen napajalnik.

Ukrep R vse kombinirane naprave, kot so preizkuševalci in multimetri. Ločeni instrumenti za merjenje le te karakteristike se zelo redko uporabljajo (mega meter za preverjanje izolacije napajalnega kabla).

Naprava se uporablja za kontinuiteto električnih vezij za poškodbe in uporabnost radijskih komponent ter za preverjanje izolacije kablov.

Pri merjenju R je potrebno popolnoma napajati vezje, da preprečite nepravilno delovanje naprave. Zato je treba upoštevati naslednje varnostne ukrepe:

1. Izvlecite vtič iz omrežja.
2. Vklopite napravo, to bo izpraznilo kondenzatorje.
3. Nadaljujte z merjenjem ali klicem.
4. Nastavite stikalo v način merjenja upora.
5. Skrajšajte testne naprave naprave, da se prepričate, da deluje (kaže zelo malo upora).
6. Izmerite potrebno površino.

V dragih multimetrih je funkcija kontinuitete vezja, ki se podvoji z zvočnim signalom, zato ni potrebe po gledanju na zaslonu plošče naprave.

Tako ima električni upor pomembno vlogo pri elektrotehniki. Odvisno je v stalnih vezjih na temperaturo, tokovno moč, dolžino, vrsto materiala in površine prečni vodniki. V tokokrogih AC to odvisnost dopolnjujejo takšne količine, kot so frekvenca, kapacitivnost in induktivnost. Zaradi te odvisnosti je mogoče spremeniti karakteristike električne energije: napetost in tok. Za merjenje vrednosti upora se uporabljajo ohmmetri, ki se uporabljajo tudi pri odpravljanju napak, neprekinjenosti različnih vezij in radijskih komponent.