מהי התנגדות חשמלית ואיך זה תלוי בטמפרטורה

מנקודת המבט של התהליך האלקטרומגנטי המתרחש בו, כל אלמנט או קטע במעגל חשמלי מאופיין בעיקר ביכולת להוביל זרם או להכשיל את מעבר הזרם. מאפיין זה של אלמנטים במעגל מוערך על ידי שלהם מוליכות חשמלית או הערך של מוליכות הפוכה - התנגדות חשמלית.

רוב המכשירים החשמליים מורכבים מחלקים מוליכים העשויים מוליכי מתכת, מצוידים בדרך כלל בציפוי או נדן מבודד. ההתנגדות החשמלית של מוליך תלויה בממדים הגיאומטריים שלו ובמאפייני החומר. ערך ההתנגדות החשמלית שווה ל

R = ρl / s = l / (γs)

איפה l - אורך מוליך, מ '; s — שטח חתך של המוליך, מ"מ²; ρ — מוליכות, אוהם·מ"מ²/מ '; γ — מוליכות ספציפית, m / ohm·מ"מ

התנגדות חשמלית

ההתנגדות והמוליכות לוקחים בחשבון את תכונות החומר של המוליך ומעניקים את ערכי ההתנגדות והמוליכות של המוליך באורך של 1 מ 'ושטח חתך רוחב של 1 מ"מ².

מבחינת התנגדות ρ ניתן לחלק את כל החומרים לשלוש קבוצות:

• מוליכים - מתכות וסגסוגותיהם (ρ 0.015 עד 1.2 אוהם·מ"מ²/מ);

• אלקטרוליטים ומוליכים למחצה (ρ מ 10² עד 20⁶ אום·מ"מ²/מ);

• דיאלקטרי, או מבודדים (ρ מ 10¹⁰ עד 20¹¹ אום·מ"מ²/מ).

במכשירים חשמליים משתמשים בחומרים בעלי התנגדות קטנה וגבוהה כאחד. אם נדרש שלמרכיב המעגל יש התנגדות קלה (לדוגמה, חוטי חיבור), עליו להיות עשוי מוליכים בעלי ערך נמוך ρ - בסדר גודל של 0.015-0.03, למשל נחושת, כסף, אלומיניום.

להיפך, מכשירים אחרים צריכים להוות התנגדות משמעותית (מנורות ליבון חשמלי, מכשירי חימום וכו '), ולכן, על אלמנטים נושאי הזרם שלהם להיות עשויים מחומרים בעלי התנגדות גבוהה. ρ, בדרך כלל מייצג סגסוגות מתכת. אלה כוללים, למשל, מנגנין, קבוע, ניכרום, וזה חשוב ρ מ 0.1 ל 1.2.

תלות טמפרטורה של התנגדות חשמלית

ערך ההתנגדות החשמלית תלוי גם בטמפרטורת המוליך, שעשויה להשתנות כתוצאה מחימום המוליך על ידי זרם חשמלי או בגלל שינויים בטמפרטורת הסביבה. כאשר הטמפרטורה של המוליך משתנה, ההתנגדות שלה משתנה. ערכי ה- p לעיל עבור חומרים מסוימים תקפים בטמפרטורה

עצמאות ההתנגדות מטמפרטורה מתבטאת בערך כדלקמן:

ר_t^o = R₂₀^בערך·[1+α·(t^o-20°)]

ר_t^o - התנגדות של המוליך בטמפרטורה t^o, ר₂₀^בערך- אותו דבר בטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס, אוהם; α הוא מקדם הטמפרטורה של התנגדות חשמלית, מראה את השינוי היחסי בהתנגדות החוט כאשר הוא מחומם על ידי 1 מעלות צלזיוס.

מהביטוי הזה, הכמות α שווה ל

α = (ר_t^o - ר₂₀^בערך) / (R₂₀^בערך·(t^o-20°))

עבור רוב המתכות וסגסוגותיהם, הערך α > 0, כלומר כאשר מחוממים ההתנגדות שלהם עולה ולהפך.

עבור חיווט מתכת טהורה, הערכים בטווח שבין 0.0037 ל- 0.0065 ל -1 מעלות צלזיוס. לסגסוגות עמידות גבוהה α יש ערכים קטנים מאוד, קטנים בעשרות ומאות פעמים מזו של מוליכי מתכת טהורה. אז למשל למנגנין α = 0.000015 מעלות צלזיוס.

ערכים α עבור מוליכים למחצה האלקטרוליטים הם שליליים, בערך 0.02. מקדם הטמפרטורה של התנגדות חשמלית הוא גם שלילי וערכו המוחלט גבוה פי עשרה מ α למתכות.

תלות בהתנגדות בטמפרטורה נמצאת בשימוש נרחב בטכנולוגיה למדידת טמפרטורות באמצעות מה שנקראמדי חום התנגדותבשבילהαצריך להיות גדול. במספר מכשירים, נהפוך הוא, משתמשים בחומרים בעלי ערך נמוךα על מנת לשלול את השפעת תנודות הטמפרטורה על קריאות המכשירים הללו.

דוגמה לחישוב השינוי בהתנגדות של מוליך בעת חימום: כיצד לחשב את טמפרטורת הנימה של מנורת נימה במצב נומינלי

התנגדות זרם חילופין

ההתנגדות של אותו מוליך לזרם חילופין תהיה גדולה יותר מזו של זרם ישר. זה נובע מהתופעה של מה שנקרא אפקט פני השטחמה שמורכב בעובדה שזרם חילופין נעקר מהחלק המרכזי של המוליך לשכבות ההיקפיות. כתוצאה מכך, צפיפות הזרם בשכבות הפנימיות תהיה פחות מאשר בצפיפות החיצונית.

לפיכך, עם זרם מתחלף, נעשה שימוש כביכול בחתך הרוחב של המוליך. עם זאת, בתדר של 50 הרץ ההבדל בהתנגדות לזרמים ישירים ומחליפים אינו משמעותי וניתן להזניח אותו בפועל.

התנגדות למוליך DC נקראתאוהם, וזרם חילופין -התנגדות פעילה. התנגדות אוהמית ופעילה תלויים בחומר (מבנה פנימי), הממדים הגיאומטריים והטמפרטורה של המוליך. בנוסף, בסלילים עם ליבת פלדה, ערך ההתנגדות הפעילה מושפע מההפסד בפלדה.

התנגדות פעילה כוללת מנורות ליבון חשמליות, תנורי התנגדות חשמליים, מכשירי חימום שונים, ראוסטטים וחוטים, שבהם האנרגיה החשמלית הופכת כמעט לחלוטין לחום.

בנוסף להתנגדות פעילה, במעגלי זרם חילופין יש התנגדות אינדוקטיבית וקיבולית (ראה -מהו עומס אינדוקטיבי וקיבולי?).

התנגדות לבידוד

אמינות רשת החשמל והציוד תלויה במידה רבה באיכות הבידוד בין חלקים חיים בשלבים שונים, כמו גם בין חלקים חיים לקרקע.

איכות הבידוד מאופיינת בעוצמת ההתנגדות שלה. ההגדרה של ערך זה מוגבלת בדרך כלל במהלך בדיקות הבקרה של רשתות ומתקנים עם מתח פחות מ- 1000 V. להתקנות מתח גבוה יותר נקבעים בנוסף החוזק החשמלי וההפסדים הדיאלקטריים.

תלוי במצב הרשת (הרשת עם מקלטי הכיבוי כבויים או מופעלים, בין אם מופעלת או לא), משתמשים במכשירי מיתוג שונים למכשירי מדידה ושיטות לחישוב ערך עמידות הבידוד. המגאו-מהמטרים והוולטמטרים הנפוצים ביותר למטרה זו.

המשימה לקבוע את עמידות הבידוד היא ספציפית ונרחבת בנפח, לכן, כדי ללמוד אותה, אנו ממליצים שתפנה למאמר זה:כיצד להשתמש במגה-מגטר

מה חישוב חוטי ההסקה עבור?

התנגדות חשמלית משפיעה לחוטי חימום וכבלים. החוטים המחברים את מקור האנרגיה למקלטים צריכים לספק חשמל למקלטים עם אובדן קטן של מתח ואנרגיה, אך יחד עם זאת אין לחמם אותם על ידי הזרם העובר דרכם מעל הטמפרטורה המותרת.

חריגה מערכי הטמפרטורה המותרים מובילה לפגיעה בבידוד החוטים וכתוצאה מכך למעגל קצר, כלומר לעלייה חדה בערך הנוכחי במעגל. לכן, חישוב החוטים מאפשר לך לקבוע את שטח החתך שנמצא בו אובדן המתח והחימום של החוטים יהיו בגבולות נורמליים.

בדרך כלל, נבדק חתך הכבלים והכבלים לחימום בהתאם לטבלאות של עומסי זרם מותר מ- PUE. אם חתך הרוחב אינו מתאים לתנאי החימום, עליך לבחור חתך גדול יותר העומד בדרישות אלה.

יחידות חימום התנגדות

האלמנטים העיקריים של תנורים חשמליים הם גופי חימום חשמליים ומתקן לבידוד תרמי המונע אובדן חום לחלל שמסביב. חומרים לא-מתכתיים עמידים בחום עם התנגדות גבוהה (פחם, גרפיט, קרבורונדום) וחומרים מתכתיים (ניכרום, קבוע, פשראל וכו ') משמשים כחומרים לגופי חימום חשמליים.

חומרי התנגדות גבוהה ρ מאפשרת לעצב גופי חימום עם שטח חתך גדול ומשטח, ובחירת החומרים עם מקדם התרחבות קטן α, מספק אי-יכולת לשנות את הממדים הגיאומטריים של האלמנט בעת החימום.

גופי חימום העשויים מחומרים מסוג גרפיט מיוצרים בצורת מוטות עם חתך צינורי או מוצק. גופי חימום מתכת עשויים בצורה של חוט או סרט.

באמצעות נתיכים

כדי להגן על חוטי המעגל החשמלי מפני זרמים העולים על הערכים המותרים, החלמפסקי חשמל ונתיכים סוגים שונים. באופן עקרוני נתיך הוא קטע ממעגל חשמל עם יציבות תרמית נמוכה.

מכסה הנתיכים מיוצר בדרך כלל בצורה של מוליך קצר של חתך קטן העשוי מחומר בעל מוליכות טובה (נחושת, כסף) או מוליך בעל התנגדות גבוהה יחסית (עופרת, פח). אם הזרם עולה מעל לערך שעבורו נועד הנתיך, האחרון שורף ומכבה את קטע המעגל או אספן הזרם שהוא מגן עליו.

ראה גם:מתח, התנגדות, זרם וכוח הם הכמויות החשמליות העיקריות