Mjerač otpora bakrene žice. Otpor kabela

U praksi je često potrebno izračunati otpor raznih žica. To se može učiniti pomoću formula ili prema podacima navedenim u tablici. jedan.

Utjecaj materijala vodiča uzima se u obzir korištenjem otpornosti, označene grčkim slovom? i predstavlja duljinu od 1 m i površinu poprečnog presjeka od 1 mm2. Najmanji otpor? \u003d 0,016 Ohm mm2 / m ima srebro. Navedimo prosječnu vrijednost specifičnog otpora nekih vodiča:

S različitim količinama nečistoća i različitim omjerima komponenti koje čine reostatske legure, otpornost se može donekle promijeniti.

Otpor se izračunava po formuli:

gdje je R - otpor, Ohm; otpornost, (Ohm mm2)/m; l - duljina žice, m; s je površina poprečnog presjeka žice, mm2.

Ako je poznat promjer žice d, tada je njezin poprečni presjek:

Najbolje je izmjeriti promjer žice mikrometrom, ali ako nije dostupan, onda čvrsto omotajte 10 ili 20 zavoja žice na olovku i izmjerite duljinu namota ravnalom. Dijelimo duljinu namota brojem zavoja, nalazimo promjer žice.

Da biste odredili duljinu žice poznatog promjera iz određenog materijala, potrebnu za dobivanje željenog otpora, koristite formulu

Stol 1.

Bilješka. 1. Podaci za žice koje nisu navedene u tablici moraju se uzeti kao neke prosječne vrijednosti. Na primjer, za niklinsku žicu promjera 0,18 mm, možemo približno pretpostaviti da je površina poprečnog presjeka 0,025 mm2, otpor jednog metra je 18 ohma, a dopuštena struja je 0,075 A.

2. Za drugačiju vrijednost gustoće struje, podaci posljednjeg stupca moraju se u skladu s tim promijeniti; na primjer, pri gustoći struje od 6 A/mm2 treba ih udvostručiti.

Primjer 1. Pronađite otpor 30 m bakrene žice promjera 0,1 mm.

Riješenje. Određujemo prema tablici. 1 otpor 1 m bakrene žice, jednak je 2,2 oma. Stoga će otpor žice od 30 m biti R = 30 2,2 = 66 ohma.

Proračun po formulama daje sljedeće rezultate: površina poprečnog presjeka žice: s= 0,78 0,12 = 0,0078 mm2. Budući da je otpornost bakra 0,017 (Ohm mm2) / m, dobivamo R \u003d 0,017 30 / 0,0078 \u003d 65,50m.

Primjer 2. Koliko je žice od nikla promjera 0,5 mm potrebno za izradu reostata otpora 40 oma?

Riješenje. Prema tablici 1 određujemo otpor 1 m ove žice: R = 2,12 Ohma: Dakle, da biste napravili reostat s otporom od 40 Ohma, potrebna vam je žica čija je duljina l = 40 / 2,12 = 18,9 m.

Napravimo isti izračun koristeći formule. Nalazimo površinu poprečnog presjeka žice s = 0,78 0,52 = 0,195 mm2. A duljina žice bit će l \u003d 0,195 40 / 0,42 \u003d 18,6 m.

Znamo da je uzrok električnog otpora vodiča interakcija elektrona s ionima metalne kristalne rešetke (§ 43). Stoga se može pretpostaviti da otpor vodiča ovisi o njegovoj duljini i površini poprečnog presjeka, kao i o tvari od koje je izrađen.

Slika 74 prikazuje postavku za takav eksperiment. Različiti vodiči uključeni su zauzvrat u strujni krug izvora, na primjer:

1. Žice od nikla iste debljine, ali različite duljine;
2. Žice od nikla iste duljine, ali različite debljine (različite površine poprečnog presjeka);
3. žice od nikla i nikroma iste duljine i debljine.

Struja u krugu mjeri se ampermetrom, napon voltmetrom.

Poznavajući napon na krajevima vodiča i snagu struje u njemu, prema Ohmovom zakonu, možete odrediti otpor svakog od vodiča.

Riža. 74. Ovisnost otpora vodiča o njegovoj veličini i vrsti tvari

Provodeći ove eksperimente, utvrdit ćemo da:

1. od dvije poniklane žice iste debljine, duža žica ima veći otpor;
2. od dvije žice od nikla iste duljine, žica manjeg presjeka ima veći otpor;
3. nikl i nikrom žice iste veličine imaju različit otpor.

Ovisnost otpora vodiča o njegovim dimenzijama i tvari od koje je vodič izrađen prvi je proučavao Ohm u pokusima. Otkrio je da je otpor izravno proporcionalan duljini vodiča, obrnuto proporcionalan površini njegovog poprečnog presjeka i ovisi o tvari vodiča.

Kako uzeti u obzir ovisnost otpora o tvari od koje je vodič napravljen? Za to se koristi tzv otpornost materije.

Otpor je fizička veličina koja određuje otpor vodiča izrađenog od određene tvari, dužine 1 m, s površinom poprečnog presjeka ​​​1 m 2.

Uvedemo slovne oznake: ρ - specifični otpor vodiča, I - duljina vodiča, S - površina njegovog poprečnog presjeka. Tada se otpor vodiča R izražava formulom

Iz njega dobivamo sljedeće:

Iz zadnje formule možete odrediti jedinicu otpora. Budući da je jedinica otpora 1 ohm, jedinica površine poprečnog presjeka 1 m2, a jedinica duljine 1 m, tada je jedinica otpora:

Prikladnije je izraziti površinu poprečnog presjeka vodiča u četvornim milimetrima, jer je najčešće mala. Tada će jedinica otpornosti biti:

U tablici 8 prikazane su vrijednosti otpornosti nekih tvari na 20 °C. Otpor se mijenja s temperaturom. Empirijski je ustanovljeno da u metalima, na primjer, otpor raste s porastom temperature.

Tablica 8. Električna otpornost nekih tvari (pri t = 20 °C)

Od svih metala, srebro i bakar imaju najmanju otpornost. Stoga su srebro i bakar najbolji provodnici struje.

Prilikom ožičenja električnih krugova koriste se aluminijske, bakrene i željezne žice.

U mnogim slučajevima potrebni su uređaji s visokim otporom. Izrađene su od posebno stvorenih legura - tvari visoke otpornosti. Na primjer, kao što se može vidjeti iz tablice 8, legura nikroma ima otpornost gotovo 40 puta veću od aluminija.

Porculan i ebonit imaju tako visoku otpornost da gotovo uopće ne provode struju, koriste se kao izolatori.

Pitanja

1. Kako otpor vodiča ovisi o njegovoj duljini i o površini poprečnog presjeka?
2. Kako eksperimentalno pokazati ovisnost otpora vodiča o njegovoj duljini, površini presjeka i tvari od koje je izrađen?
3. Koliki je specifični otpor vodiča?
4. Koja se formula može koristiti za izračunavanje otpora vodiča?
5. Koja je jedinica otpornosti vodiča?
6. Od kojih materijala se izrađuju vodiči koji se koriste u praksi?

Prilikom projektiranja električnih krugova važno je odabrati pravi materijal i veličinu žice. Najčešće se u te svrhe koristi bakar, koji ima manji otpor.

Što određuje otpor metala

Električna struja je usmjereno kretanje nabijenih čestica. U metalima su to slobodni elektroni. Kreću se između atoma kristalne rešetke. Otpor njihovom kretanju ovisi o metalu ili leguri, kao io njegovoj temperaturi - kako se povećava, raste otpor žice na električnu struju.

Iznimka su posebne legure koje se koriste u mjernim instrumentima. Od njih se izrađuju otpornici koji ne mijenjaju svoje parametre pri promjeni temperature. Osim toga, za spajanje termoelemenata koriste se dvožične žice, od kojih se otpor jedne povećava s povećanjem temperature, a drugi smanjuje. Kao rezultat toga, parametri kabela se ne mijenjaju.

Otpornost raznih metala

Različiti metali imaju različita svojstva i koriste se u različite svrhe.

Bakar i aluminij

Najčešće žice su bakrene i aluminijske. Bakar ima manji električni otpor od otpora aluminijske žice, kabeli od njega imaju manji presjek. Jači je, što vam omogućuje da kabel bude tanji, kao i fleksibilan i nasukan. Osim toga, bakar je lemljen kositrenim lemovima.

Ali aluminij ima jednu prednost: mnogo je jeftiniji. Stoga se koristi za namotavanje transformatora i polaganje ožičenja, tijekom čijeg rada nema zavoja, kretanja ili vibracija.

Ostali metali

• Zlato. Ima najmanji električni otpor, ali se zbog svoje cijene koristi samo na određenim mjestima u vojnoj i svemirskoj tehnici;
• Srebro. Ima bolji omjer cijene i kvalitete od zlata, ali se također u ograničenoj mjeri koristi, uglavnom za izradu kontakata i konektora - ne oksidira;
• Nichrome (legura nikla i kroma) i Fechral (željezo, krom i aluminij). Imaju visoku točku taljenja. Otpor nihrom i nikrom žice dovoljno je velik da se naprave grijači i otporne žice;
• Volfram. Ima visoku otpornost i vrlo je vatrostalna - 3422 stupnja. Koristi se za izradu niti u žaruljama;
• Constantan. Legura bakra, nikla i mangana koja ne mijenja svoja svojstva s promjenama temperature. Koristi se za proizvodnju otpornika u mjernim instrumentima;
• Kompenzacijski. Ove legure koriste se za izradu kabela za spajanje termoelemenata i drugih senzora. Kako temperatura raste, električni otpor jednog vodiča raste, a drugog opada. Kao rezultat toga, ukupna vrijednost ostaje nepromijenjena.

Zanimljiv. Pedesetih godina prošlog stoljeća projektirani su transformatori za visokonaponske trafostanice sa srebrnim namotima. S obzirom na smanjene gubitke, to je bilo korisno. No, zbog povećanja cijene srebra na svjetskom tržištu ovi projekti nisu realizirani.

Izbor presjeka kabela

Pri izračunu poprečnog presjeka vodljive jezgre uzimaju se u obzir zagrijavanje i pad napona u dugim kabelima. Otpor žice možete izračunati pomoću posebnih tablica ili pomoću online kalkulatora.

Poprečni presjek izračunat iz gubitaka može biti veći ili manji od onoga izračunatog iz grijanja. Ovisi o duljini kabela. Za padding je odabrana veća vrijednost.

Odabir dijela vodiča prema dopuštenom grijanju

Kada električna struja teče kroz kabel, on se zagrijava. Ovo zagrijavanje može rastopiti izolaciju, što će dovesti do njenog uništenja i kratkog spoja susjednih žica jedna na drugu ili na uzemljene strukturne dijelove.

Važno! Uništavanje izolacije i K.Z. (kratki spoj) može uzrokovati požar.

Kako bi se spriječila ova situacija, presjek kabela mora biti prikladan za struju opterećenja, vrstu izolacije i uvjete polaganja. Otvorene ili toplinski izolirane žice mogu nositi veću struju od cijevi od vinila ili gumenog omotača.

Odabir presjeka prema gubicima napona

Kada električna struja teče kroz kabel, napon u blizini opterećenja se smanjuje. To je zbog činjenice da, iako je otpor malog komada žice i pad napona na njemu mali, na velikoj duljini može doseći značajnu vrijednost.

Na primjer, specifični otpor bakrene žice je 0,017 ohma mm²/m. Ali u jednožilnom kabelu duljine 100 m s poprečnim presjekom od 10 mm², bit će 0,17 Ohma. Pri struji od 80A (dopušteno za grijanje) pad napona u mreži od 220V bit će 27V (100 m fazne žice i 100 m nule s padom od 13 V u svakom vodiču). Stoga, uz dopušteni pad napona od 2% ili 5V, presjek kabela mora biti najmanje 66 mm², odnosno najbliža viša standardna vrijednost - 75 mm².

Ako se proračun dionice za grijanje provodi prema radnoj struji elektromotora i na dijelu od uvodnog stroja do uređaja, tada se proračun gubitaka mora izvršiti prema početnoj struji, uzimajući u obzir cijelom dužinom kabela: od glavnog do električnog stroja.

Otpor bakrene žice je vrijednost koja utječe na izbor kabela i žica za namotavanje zavojnica pri projektiranju električnih krugova, kao i elektromotora i transformatora. Poznavanje načina na koji se izračunava otpor vodiča i potrebne formule pomoći će da se pravilno dizajnira ožičenje i izbjegne nesreće.

Video

Prilikom projektiranja električnih mreža u stanovima ili privatnim kućama obvezno je izračunati presjek žica i kabela. Za izračune se koriste pokazatelji kao što su vrijednost potrošnje energije i jačina struje koja će proći kroz mrežu. Otpor se ne uzima u obzir zbog kratke duljine kabelskih vodova. Međutim, ovaj pokazatelj je neophodan za veliku duljinu dalekovoda i pad napona u različitim dijelovima. Od posebne je važnosti otpor bakrene žice. Takve žice se sve više koriste u suvremenim mrežama, pa se pri projektiranju moraju uzeti u obzir njihova fizička svojstva.

Pojmovi i značenje otpora

Električni otpor materijala naširoko se koristi i uzima u obzir u elektrotehnici. Ova vrijednost vam omogućuje postavljanje osnovnih parametara žica i kabela, posebno sa skrivenom metodom njihovog polaganja. Prije svega, utvrđuje se točna duljina položene linije i materijal koji se koristi za proizvodnju žice. Nakon izračunavanja početnih podataka, sasvim je moguće izmjeriti kabel.

U usporedbi s konvencionalnim električnim ožičenjem, parametri otpora su od presudne važnosti u elektronici. Razmatra se i uspoređuje u kombinaciji s drugim pokazateljima prisutnim u elektroničkim sklopovima. U tim slučajevima, pogrešno odabrani otpor žice može uzrokovati kvar svih elemenata sustava. To se može dogoditi ako koristite pretanku žicu za spajanje na napajanje računala. Doći će do blagog smanjenja napona u vodiču, što će uzrokovati nepravilan rad računala.

Otpor bakrene žice ovisi o mnogim čimbenicima, a prvenstveno o fizičkim svojstvima samog materijala. Osim toga, uzima se u obzir promjer ili poprečni presjek vodiča, određen formulom ili posebnom tablicom.

stol

Na otpor bakrenog vodiča utječe nekoliko dodatnih fizikalnih veličina. Prije svega, potrebno je uzeti u obzir temperaturu okoline. Svatko zna da kako se temperatura vodiča povećava, njegov otpor raste. Istodobno dolazi do smanjenja jakosti struje zbog obrnuto proporcionalne ovisnosti obiju veličina. To se prvenstveno odnosi na metale s pozitivnim temperaturnim koeficijentom. Primjer negativnog koeficijenta je legura volframa koja se koristi u žaruljama sa žarnom niti. U ovoj leguri strujna snaga se ne smanjuje čak ni pri vrlo velikom zagrijavanju.

Kako izračunati otpor

Postoji nekoliko načina za izračunavanje otpora bakrene žice. Najjednostavnija je tablična verzija, gdje su naznačeni međusobno povezani parametri. Stoga se osim otpora određuje i jakost struje, promjer ili presjek žice.

U drugom slučaju koriste se razni. U svaku od njih je umetnut skup fizikalnih veličina bakrene žice uz pomoć kojih se dobivaju točni rezultati. U većini ovih kalkulatora koristi se u količini od 0,0172 Ohm * mm 2 / m. U nekim slučajevima takva prosječna vrijednost može utjecati na točnost izračuna.

Najteža opcija se smatra ručnim izračunima, koristeći formulu: R \u003d p x L / S, u kojoj je p otpornost bakra, L je duljina vodiča, a S je poprečni presjek ovog vodiča. Treba napomenuti da je u tablici otpor bakrene žice jedan od najnižih. Samo srebro ima manju vrijednost.

Lekcija detaljno opisuje prethodno najavljene parametre vodiča o kojima ovisi njegov otpor. Ispada da je za izračunavanje otpora vodiča važna njegova duljina, površina poprečnog presjeka i materijal od kojeg je izrađen. Uvodi se pojam otpornosti vodiča koji karakterizira tvar vodiča.

Tema:Elektromagnetski fenomeni

Lekcija: Proračun otpora vodiča. Otpornost

U prethodnim lekcijama već smo postavili pitanje kako električni otpor utječe na jačinu struje u krugu, ali nismo raspravljali o kojim specifičnim čimbenicima ovisi otpor vodiča. U današnjoj lekciji učit ćemo o parametrima vodiča koji određuju njegov otpor, te saznati kako je Georg Ohm istraživao otpor vodiča u svojim eksperimentima.

Da bi se dobila ovisnost jakosti struje u krugu o otporu Ohma, trebalo je provesti ogroman broj eksperimenata u kojima je bilo potrebno promijeniti otpor vodiča. S tim u vezi, suočio se s problemom proučavanja otpora vodiča ovisno o njegovim pojedinačnim parametrima. Prije svega, Georg Ohm je skrenuo pozornost na ovisnost otpora vodiča o njegovoj duljini, što je već usputno spomenuto u prethodnim lekcijama. Zaključio je da s povećanjem duljine vodiča raste i njegov otpor u izravnom razmjeru. Osim toga, utvrđeno je da poprečni presjek vodiča, tj. površina figure, koja se dobiva poprečnim presjekom, također utječe na otpor. U ovom slučaju, što je veća površina poprečnog presjeka, manji je otpor. Iz ovoga možemo zaključiti da što je žica deblja, to je njen otpor manji. Sve ove činjenice dobivene su empirijski.

Osim geometrijskih parametara, na otpor vodiča utječe i vrijednost koja opisuje vrstu tvari od koje se vodič sastoji. U svojim eksperimentima Ohm je koristio vodiče od raznih materijala. Pri korištenju bakrenih žica otpor je bio nekako jedan, srebro - drugi, željezo - treći, itd. Vrijednost koja karakterizira vrstu tvari u ovom slučaju naziva se otpornost.

Tako je moguće dobiti sljedeće ovisnosti za otpor vodiča (slika 1):

1. Otpor je izravno proporcionalan duljini vodiča, koja se mjeri u SI u m;

2. Otpor je obrnuto proporcionalan površini poprečnog presjeka vodiča, koji ćemo zbog male veličine mjeriti u mm 2;

3. Otpor ovisi o otpornosti tvari (čitaj "ro"), što je tablična vrijednost i obično se mjeri u.

Riža. 1. Istraživač

Na primjer, evo tablice vrijednosti otpornosti za neke metale, koje se dobivaju empirijski:

Otpornost,

Vrijedi napomenuti da su među dobrim vodičima, a to su metali, plemeniti metali najbolji, dok se srebro smatra najboljim vodičem, jer ima najmanju nisku otpornost. To objašnjava upotrebu plemenitih metala kod lemljenja kritičnih elemenata u elektrotehnici. Iz vrijednosti otpornosti tvari može se izvući zaključak o njihovoj praktičnoj primjeni - tvari s visokim otporom prikladne su za proizvodnju izolacijskih materijala, a s malom - za vodiče.

Komentar. U mnogim tablicama, otpornost se mjeri u, što se odnosi na mjerenje površine u m 2 u SI.

Fizičko značenje otpornosti- otpor vodiča duljine 1 m i površine poprečnog presjeka ​​1 mm 2.

Formula za izračunavanje električnog otpora vodiča, na temelju gornjeg razmišljanja, je sljedeća:

Ako obratite pozornost na ovu formulu, onda možemo zaključiti da se otpor vodiča izražava iz nje, odnosno određivanjem jakosti struje i napona na vodiču i mjerenjem njegove duljine s površinom poprečnog presjeka, možete koristiti Ohmov zakon i naznačena formula za izračunavanje otpornosti. Zatim se njegova vrijednost može usporediti s podacima u tablici i odrediti od koje je tvari napravljen vodič.

Svi parametri koji utječu na otpor vodiča moraju se uzeti u obzir pri projektiranju složenih električnih krugova, kao što su na primjer dalekovodi. U takvim projektima važno je odabrati uravnotežen omjer duljina, presjeka i materijala vodiča kako bi se učinkovito kompenzirao toplinski učinak struje.

Sljedeća lekcija razmotrit će uređaj i princip rada uređaja koji se zove reostat, čija je glavna karakteristika otpor.

Bibliografija

1. Gendenstein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. Fizika 8 / Ur. Orlova V.A., Roizena I.I. - M.: Mnemozina.
2. Peryshkin A.V. Fizika 8. - M.: Drfa, 2010.
3. Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fizika 8. - M.: Prosvjeta.

1. Internetski portal Exir.ru ().
2. Cool fizika ().

Domaća zadaća

1. Stranica 103-106: Pitanja 1-6. Peryshkin A.V. Fizika 8. - M.: Drfa, 2010.
2. Duljina i površina poprečnog presjeka aluminijskih i željeznih žica su iste. Koji vodič ima veći otpor?
3. Koliki otpor ima bakrena žica duljine 10 m i površine poprečnog presjeka 0,17 mm 2?
4. Koja od čvrstih željeznih šipki različitih promjera ima veći električni otpor? Mase štapova su iste.