Monet ihmiset ovat kuulleet Ohmin laista, mutta kaikki eivät tiedä mitä se on. Opiskelu alkaa koulun fysiikan kurssilla. Niitä opetetaan tarkemmin fysiikan ja elektrodynamiikan tiedekunnassa. Tästä tiedosta ei todennäköisesti ole hyötyä tavalliselle ihmiselle, mutta se on välttämätöntä yleistä kehitystä, ja jollekin tuleva ammatti. Toisaalta perustiedot sähköstä, sen rakenteesta ja ominaisuuksista kotona auttavat suojaamaan itseäsi vahingoilta. Ei ole turhaa, että Ohmin lakia kutsutaan sähkön peruslakiksi. Kodin yleismiehellä on oltava sähköalan tuntemus estääkseen ylijännitteen, joka voi johtaa kuormituksen kasvuun ja tulipaloon.
Sähkövastuksen käsite
Sähköpiirin fyysisten perussuureiden - resistanssin, jännitteen, virranvoimakkuuden - välisen suhteen löysi saksalainen fyysikko Georg Simon Ohm.
Johtimen sähkövastus on arvo, joka kuvaa sen resistanssia sähkövirralle. Toisin sanoen osa elektroneista johtimeen sähkövirran vaikutuksen alaisena jättävät paikkansa kidehilassa ja suuntautuvat johtimen positiiviseen napaan. Jotkut elektronit jäävät hilaan jatkaen pyörimistään ydinatomin ympäri. Nämä elektronit ja atomit muodostavat sähköisen vastuksen, joka estää vapautuneiden hiukkasten liikkumisen.
Yllä oleva prosessi koskee kaikkia metalleja, mutta vastus esiintyy niissä eri tavalla. Tämä johtuu koon, muodon ja materiaalin eroista, joista johdin on valmistettu. Vastaavasti kidehilan mitat ovat eri muotoisia erilaisia materiaaleja Siksi sähkövastus virran liikkeelle niiden läpi ei ole sama.
From tämä käsite Tämä johtaa aineen ominaisresistanssin määrittämiseen, joka on yksilöllinen indikaattori jokaiselle metallille erikseen. Erityinen sähköinen vastus(UES) on fyysinen suure, jota merkitään kreikkalainen kirjainρ ja sille on tunnusomaista metallin kyky estää sähkön kulkeutumista sen läpi.
Kupari on johtimien päämateriaali
Aineen ominaisvastus lasketaan kaavalla, jossa yksi tärkeimmistä indikaattoreista on lämpötilakerroin sähkövastus. Taulukko sisältää kolmen tunnetun metallin ominaisvastusarvot lämpötila-alueella 0 - 100°C.
Jos otamme raudan ominaisresistiivyyden yhdeksi saatavilla olevista materiaaleista, joka on 0,1 ohmia, tarvitset 1 ohmia varten 10 metriä. Hopealla on pienin sähkövastus 1 ohmin arvolla, se on 66,7 metriä. Merkittävä ero, mutta hopea on kallis metalli, jota ei ole käytännöllinen käyttää kaikkialla. Seuraavaksi paras indikaattori on kupari, jossa vaaditaan 57,14 metriä 1 ohmia kohden. Saatavuutensa ja hopeaan verrattuna hintojensa vuoksi kupari on yksi suosituimmista sähköverkoissa käytettävistä materiaaleista. Kuparilangan alhainen resistanssi tai kuparilangan resistanssi mahdollistaa kuparijohtimen käytön monilla tieteen, tekniikan aloilla sekä teollisiin ja kotitalouksiin.
Resistanssiarvo
Resistanssiarvo ei ole vakio, se vaihtelee riippuen seuraavista tekijöistä:
- Koko. Mitä suurempi johtimen halkaisija on, sitä enemmän elektroneja se päästää läpi itsensä. Siksi mitä pienempi sen koko, sitä suurempi resistiivisyys.
- Pituus. Elektronit kulkevat atomien läpi, joten mitä pidempi lanka, sitä enemmän elektroneja joutuu kulkemaan niiden läpi. Laskelmia tehtäessä on otettava huomioon langan pituus ja koko, koska mitä pidempi tai ohuempi lanka, sitä suurempi on sen resistanssi ja päinvastoin. Käytettyjen laitteiden kuormituksen laskemisen laiminlyönti voi johtaa johdon ylikuumenemiseen ja tulipaloon.
- Lämpötila. Tiedetään, että lämpötilajärjestelmä on suuri arvo aineiden käyttäytymisestä eri tavalla. Metalli, kuten mikään muu, muuttaa ominaisuuksiaan eri lämpötiloissa. Kuparin ominaisvastus riippuu suoraan kuparin lämpötilavastuskertoimesta ja kasvaa kuumennettaessa.
- Korroosio. Korroosion muodostuminen lisää kuormitusta merkittävästi. Tämä tapahtuu vaikutuksen vuoksi ympäristöön, kosteuden, suolan, lian jne. tunkeutumisen ilmenemismuotoja. On suositeltavaa eristää ja suojata kaikki liitännät, liittimet, kierteet, asentaa suojaukset kadulla sijaitseville laitteille ja vaihtaa viipymättä vaurioituneet johdot, komponentit ja kokoonpanot.
Resistanssin laskenta
Laskelmia tehdään eri tarkoituksiin ja käyttötarkoituksiin suunniteltuja esineitä suunnitellessa, sillä sähkö saa jokaisen elämän eläkkeen. Kaikki otetaan huomioon valaisimista teknisesti monimutkaisiin laitteisiin. Kotona olisi myös hyödyllistä tehdä laskelma, varsinkin jos on tarkoitus vaihtaa sähköjohdot. Yksityisasuntojen rakentamista varten on tarpeen laskea kuorma, muuten sähköjohtojen "muutos" voi johtaa tulipaloon.
Laskennan tarkoituksena on määrittää kaikkien käytettyjen laitteiden johtimien kokonaisresistanssi ottaen huomioon niiden tekniset parametrit. Se lasketaan kaavalla R=p*l/S, jossa:
R – laskettu tulos;
p – resistanssin osoitin taulukosta;
l – johdon (johtimen) pituus;
S – osan halkaisija.
Mittayksiköt
IN kansainvälinen järjestelmä fyysisten suureiden yksikköinä (SI), sähkövastus mitataan ohmeina (Ohm). Resistiivisyyden mittayksikkö SI-järjestelmän mukaan on yhtä suuri kuin aineen ominaisvastus, jossa yhdestä materiaalista valmistettu johdin, jonka pituus on 1 m ja jonka poikkileikkaus on 1 neliömetriä. m:n vastus on 1 ohm. Taulukosta käy selvästi ilmi 1 ohmin/m käyttö eri metalleille.
Resistanssin merkitys
Resistiivisyyden ja johtavuuden välistä suhdetta voidaan pitää vastavuoroisia. Mitä korkeampi yhden johtimen indikaattori, sitä pienempi toisen johtimen indikaattori ja päinvastoin. Siksi sähkönjohtavuutta laskettaessa käytetään laskentaa 1/r, koska X:n käänteisarvo on 1/X ja päinvastoin. Erityinen indikaattori on merkitty kirjaimella g.
Elektrolyyttisen kuparin edut
Kupari ei rajoitu sen alhaiseen ominaisvastusindeksiin (hopean jälkeen) etuna. Sillä on ominaisuuksiltaan ainutlaatuisia ominaisuuksia, nimittäin plastisuus ja hyvä muokattavuus. Näiden ominaisuuksien ansiosta elektrolyyttistä kuparia tuotetaan erittäin puhtaana sähkölaitteissa, tietokonelaitteissa, sähköteollisuudessa ja autoteollisuudessa käytettävien kaapeleiden valmistukseen.
Vastusindeksin riippuvuus lämpötilasta
Lämpötilakerroin on arvo, joka on yhtä suuri kuin piirin osan jännitteen muutos ja metallin ominaisvastus lämpötilan muutosten seurauksena. Useimmat metallit pyrkivät lisäämään ominaisvastusta lämpötilan noustessa kidehilan lämpövärähtelyjen vuoksi. Kuparin lämpötilavastuskerroin vaikuttaa kuparilangan ominaisvastuskykyyn ja lämpötiloissa 0 - 100°C on 4,1·10−3(1/Kelvin). Hopean kohdalla tämä indikaattori on samoissa olosuhteissa 3,8 ja raudalla 6,0. Tämä todistaa jälleen kerran kuparin käytön tehokkuuden johtimena.
Yksi sähkötekniikassa käytetyistä fysikaalisista suureista on sähkövastus. Kun tarkastellaan alumiinin ominaisvastusta, on muistettava, että tämä arvo kuvaa aineen kykyä estää sähkövirran kulkeutumista sen läpi.
Resistiivisyyden käsitteet
Ominaisresistanssin vastaista arvoa kutsutaan ominaisjohtavuudelle tai sähkönjohtavuudelle. Tavallinen sähkövastus on ominaista vain johtimelle ja erityinen sähkövastus vain tietylle aineelle.
Yleensä tämä arvo lasketaan johtimelle, jolla on homogeeninen rakenne. Homogeenisten sähköjohtimien määrittämiseen käytetään kaavaa:
Tämän suuren fyysinen merkitys piilee tietyn homogeenisen johtimen resistanssissa, jolla on tietty yksikköpituus ja -ala poikkileikkaus. Mittayksikkö on SI-yksikkö Om.m tai ei-järjestelmäyksikkö Om.mm2/m. Viimeinen yksikkö tarkoittaa, että homogeenisesta aineesta valmistetulla, 1 m pitkällä johtimella, jonka poikkipinta-ala on 1 mm2, on resistanssi 1 ohm. Siten minkä tahansa aineen ominaisvastus voidaan laskea käyttämällä 1 m pitkää sähköpiirin osaa, jonka poikkileikkaus on 1 mm2.
Eri metallien vastus
Jokaisella metallilla on omat yksilölliset ominaisuutensa. Jos verrataan esimerkiksi alumiinin ominaisvastusta kupariin, voidaan huomata, että kuparilla tämä arvo on 0,0175 ohm.mm2/m ja alumiinilla 0,0271 ohm.mm2/m. Näin ollen alumiinin ominaisvastus on huomattavasti suurempi kuin kuparin. Tästä seuraa, että sähkönjohtavuus on paljon korkeampi kuin alumiinin.
Metallien ominaisvastusarvoon vaikuttavat tietyt tekijät. Esimerkiksi muodonmuutoksen aikana kidehilan rakenne häiriintyy. Syntyneistä vioista johtuen vastus elektronien kulkua vastaan johtimen sisällä kasvaa. Siksi metallin ominaisvastus kasvaa.
Myös lämpötila vaikuttaa. Kuumennettaessa kidehilan solmut alkavat värähdellä voimakkaammin, mikä lisää resistiivisyyttä. Korkean resistiivisyyden vuoksi alumiinilangat korvataan tällä hetkellä laajalti kuparilangoilla, joilla on korkeampi johtavuus.
Useimmat fysiikan lait perustuvat kokeisiin. Kokeilijoiden nimet on ikuistettu näiden lakien otsikoihin. Yksi heistä oli Georg Ohm.
Georg Ohmin kokeet
Kokeissaan sähkön vuorovaikutusta eri aineiden, mukaan lukien metallien, kanssa hän loi perustavanlaatuisen suhteen tiheyden, sähkökentän voimakkuuden ja aineen ominaisuuden välille, jota kutsuttiin "ominaisjohtavuudelle". Tätä mallia vastaava kaava, jota kutsutaan "Ohmin laiksi", on seuraava:
j= λE , jossa
- j- sähkövirran tiheys;
- λ — ominaisjohtavuus, jota kutsutaan myös "sähkönjohtavuudeksi";
- E – sähkökentän voimakkuus.
Joissakin tapauksissa kreikkalaisten aakkosten eri kirjainta käytetään osoittamaan johtavuutta - σ . Ominaisjohtavuus riippuu tietyistä aineen parametreista. Sen arvoon vaikuttavat lämpötila, aineet, paine, jos se on kaasu, ja mikä tärkeintä, tämän aineen rakenne. Ohmin lakia noudatetaan vain homogeenisille aineille.
Kätevämpiä laskelmia varten käytetään ominaisjohtavuuden käänteislukua. Sitä kutsutaan "resistanssiksi", joka liittyy myös sen aineen ominaisuuksiin, jossa sähkövirta kulkee, merkitty kreikkalaisella kirjaimella ρ ja sen koko on Ohm*m. Mutta koska eri fyysisiä ilmiöitä erilaisia sovelletaan teoreettisia perusteluja, resistanssiin voidaan käyttää vaihtoehtoisia kaavoja. Ne heijastavat klassista metallien elektroniikkateoriaa sekä kvanttiteoriaa.
Kaavat
Näissä tavallisille lukijoille tylsissä kaavoissa esiintyy sellaisia tekijöitä kuin Boltzmannin vakio, Avogadron vakio ja Planckin vakio. Näitä vakioita käytetään laskelmissa, joissa otetaan huomioon elektronien vapaa reitti johtimessa, niiden nopeus lämpöliikkeen aikana, ionisaatioaste, aineen pitoisuus ja tiheys. Lyhyesti sanottuna kaikki on melko monimutkaista ei-asiantuntijalle. Jotta ei olisi perusteetonta, alla voit tutustua siihen, miltä kaikki todella näyttää:
Metallien ominaisuudet
Koska elektronien liike riippuu aineen homogeenisuudesta, virtaa metallijohtimessa sen rakenteen mukaan, mikä vaikuttaa elektronien jakautumiseen johtimessa ottaen huomioon sen heterogeenisyyden. Sitä määräävät paitsi epäpuhtaussulkeumat, myös fysikaaliset viat - halkeamat, tyhjöt jne. Johtimen heterogeenisyys lisää sen ominaisvastusta, joka määräytyy Matthiesenin säännön mukaan.
Tämä helposti ymmärrettävä sääntö pohjimmiltaan sanoo, että virtaa kuljettavassa johtimessa voidaan erottaa useita erillisiä resistiivisteitä. Ja tuloksena oleva arvo on niiden summa. Termit ovat resistanssi kristallihila metallia, epäpuhtauksia ja johdinvirheitä. Koska tämä parametri riippuu aineen luonteesta, sen laskemiseksi on määritelty vastaavat lait, myös seka-aineille.
Huolimatta siitä, että lejeeringit ovat myös metalleja, niitä pidetään kaoottisen rakenteen omaavina ratkaisuina, ja resistiivisyyden laskennassa on merkitystä, mitä metalleja seokseen sisältyy. Periaatteessa useimmat kahden komponentin seokset, jotka eivät kuulu siirtymämetalleihin, sekä harvinaiset maametallit kuuluvat Nodheimin lain kuvauksen piiriin.
Metalliohutkalvojen resistiivisyyttä tarkastellaan erillisenä aiheena. On melko loogista olettaa, että sen arvon tulisi olla suurempi kuin samasta metallista valmistetun bulkkijohtimen arvon. Mutta samaan aikaan kalvolle otetaan käyttöön erityinen empiirinen Fuchsin kaava, joka kuvaa resistiivisyyden ja kalvon paksuuden keskinäistä riippuvuutta. Osoittautuu, että kalvojen metallit osoittavat puolijohdeominaisuuksia.
Ja varauksensiirtoprosessiin vaikuttavat elektronit, jotka liikkuvat kalvon paksuuden suuntaan ja häiritsevät "pitkittäisten" varausten liikettä. Samalla ne heijastuvat kalvojohtimen pinnalta ja siten yksi elektroni värähtelee sen kahden pinnan välillä melko pitkään. Toinen merkittävä resistiivisyyttä lisäävä tekijä on johtimen lämpötila. Mitä korkeampi lämpötila, sitä suurempi vastus. Toisaalta mitä alhaisempi lämpötila, sitä pienempi vastus.
Metallit ovat aineita, joilla on pienin resistiivisyys niin sanotussa "huoneen" lämpötilassa. Ainoa ei-metalli, joka oikeuttaa sen käytön johtimena, on hiili. Grafiittia, joka on yksi sen lajikkeista, käytetään laajalti liukukoskettimien valmistukseen. Siinä on erittäin onnistunut yhdistelmä ominaisuuksia, kuten ominaisvastus ja liukukitkakerroin. Siksi grafiitti on välttämätön materiaali sähkömoottorien harjoissa ja muissa liukukoskettimissa. Teollisiin tarkoituksiin käytettyjen pääaineiden ominaisvastusarvot on annettu alla olevassa taulukossa.
Suprajohtavuus
Kaasujen nesteytymistä vastaavissa lämpötiloissa eli nestemäisen heliumin lämpötilaan asti, joka on -273 celsiusastetta, resistiivisyys pienenee lähes täydelliseen katoamiseen. Eikä vain hyviä metallijohtimia, kuten hopeaa, kuparia ja alumiinia. Melkein kaikki metallit. Tällaisissa olosuhteissa, joita kutsutaan suprajohtavuudeksi, metallin rakenteella ei ole estävää vaikutusta varausten liikkeisiin sähkökentän vaikutuksesta. Siksi elohopeesta ja useimmista metalleista tulee suprajohtimia.
Mutta kuten kävi ilmi, suhteellisen äskettäin, 1900-luvun 80-luvulla, tietyt keramiikkatyypit pystyvät myös suprajohtamaan. Lisäksi sinun ei tarvitse käyttää nestemäistä heliumia tähän. Tällaisia materiaaleja kutsuttiin korkean lämpötilan suprajohtimiksi. Useita vuosikymmeniä on kuitenkin jo kulunut, ja korkean lämpötilan johtimien valikoima on laajentunut merkittävästi. Mutta tällaisten korkean lämpötilan suprajohtavien elementtien massakäyttöä ei ole havaittu. Joissakin maissa on tehty yksittäisiä asennuksia, joissa perinteiset kuparijohtimet on korvattu korkean lämpötilan suprajohtimilla. Normaalin korkean lämpötilan suprajohtavuuden ylläpitämiseksi tarvitaan nestemäistä typpeä. Ja tämä osoittautuu liian kalliiksi tekniseksi ratkaisuksi.
Siksi Naturen kuparille ja alumiinille antama alhainen ominaisvastusarvo tekee niistä edelleen korvaamattomia materiaaleja erilaisten sähköjohtimien valmistuksessa.
Sähkövastus, tai vain vastus aine - fysikaalinen määrä, joka kuvaa aineen kykyä estää sähkövirran kulkeutumista.
Resistanssia merkitään kreikkalaisella kirjaimella ρ. Resistiivisyyden käänteislukua kutsutaan ominaisjohtavuudeksi (sähkönjohtavuudeksi). Toisin kuin sähkövastus, joka on ominaisuus kapellimestari ja sen materiaalista, muodosta ja koosta riippuen sähkövastus on vain ominaisuus aineet.
Homogeenisen johtimen sähkövastus, jonka ominaisvastus on ρ, pituus l ja poikkileikkausala S voidaan laskea kaavalla R = ρ ⋅ l S (\displaystyle R=(\frac (\rho \cdot l)(S)))(oletetaan, että pinta-ala tai poikkileikkauksen muoto ei muutu johdinta pitkin). Vastaavasti ρ:lle meillä on ρ = R ⋅ Sl.
(\displaystyle \rho =(\frac (R\cdot S)(l)).) Viimeisestä kaavasta seuraa: fyysinen merkitys
Aineen resistiivisyys on se, että se edustaa tästä aineesta tehdyn yksikköpituisen ja poikkipinta-alan yksikön omaavan homogeenisen johtimen vastusta.
-
1 / 5
Tietosanakirja YouTube Resistanssin yksikkö kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä (SI) on ohm · . Suhteestaρ = R ⋅ S l (\displaystyle \rho =(\frac (R\cdot S)(l)))
Tekniikassa käytetään myös vanhentunutta ei-systeemistä yksikköä Ohm mm²/m, joka vastaa 10 −6 / 1 Ohm m. Tämä yksikkö on yhtä suuri kuin aineen resistanssi, jossa tästä aineesta valmistetun, 1 m pitkän homogeenisen johtimen, jonka poikkipinta-ala on 1 mm², resistanssi on 1 ohm. Näin ollen aineen resistiivisyys ilmaistuna näissä yksiköissä on numeerisesti yhtä suuri kuin tästä aineesta tehdyn sähköpiirin osan resistanssi, jonka pituus on 1 m ja poikkipinta-ala 1 mm².
Resistiivisyyden käsitteen yleistäminen
Resistanssi voidaan määrittää myös epätasaiselle materiaalille, jonka ominaisuudet vaihtelevat pisteestä toiseen. Tässä tapauksessa se ei ole vakio, vaan koordinaattien skalaarifunktio - sähkökentän voimakkuutta kuvaava kerroin E → (r →) (\displaystyle (\vec (E))((\vec (r)))) ja virrantiheys J → (r →) (\displaystyle (\vec (J))((\vec (r)))) tässä vaiheessa r → (\displaystyle (\vec (r))). Tämä suhde ilmaistaan Ohmin lailla differentiaalimuodossa:
E → (r →) = ρ (r →) J → (r →) .(\displaystyle (\vec (E))((\vec (r)))=\rho ((\vec (r)))(\vec (J))((\vec (r))).)
Tämä kaava pätee heterogeeniselle mutta isotrooppiselle aineelle. Aine voi olla myös anisotrooppinen (useimmat kiteet, magnetoitu plasma jne.), eli sen ominaisuudet voivat riippua suunnasta. Tässä tapauksessa resistiivisyys on koordinaateista riippuvainen toisen asteen tensori, joka sisältää yhdeksän komponenttia. Anisotrooppisessa aineessa virrantiheyden ja sähkökentän voimakkuuden vektorit aineen kussakin tietyssä pisteessä eivät ole yhdessä suunnattuja; niiden välinen yhteys ilmaistaan suhteellaE i (r →) = ∑ j = 1 3 ρ i j (r →) J j (r →) . (\displaystyle E_(i)((\vec (r)))=\sum _(j=1)^(3)\rho _(ij)((\vec (r)))J_(j)(( \vec (r))).) Anisotrooppisessa mutta homogeenisessa aineessa tensori
ρ i j (\displaystyle \rho _(ij)) (\displaystyle E_(i)((\vec (r)))=\sum _(j=1)^(3)\rho _(ij)((\vec (r)))J_(j)(( \vec (r))).) ei riipu koordinaateista. Tensori symmetrinen, eli mille tahansa i (\displaystyle i) Ja j (\displaystyle j).
käynnissä (\displaystyle E_(i)((\vec (r)))=\sum _(j=1)^(3)\rho _(ij)((\vec (r)))J_(j)(( \vec (r))).)ρ i j = ρ j i (\displaystyle \rho _(ij)=\rho _(ji)) (\displaystyle E_(i)((\vec (r)))=\sum _(j=1)^(3)\rho _(ij)((\vec (r)))J_(j)(( \vec (r))).) Mitä tahansa symmetristä tensoria varten voit valita ortogonaalisen suorakulmaisten koordinaattien järjestelmän, jossa matriisi tulee (\displaystyle E_(i)((\vec (r)))=\sum _(j=1)^(3)\rho _(ij)((\vec (r)))J_(j)(( \vec (r))).) diagonaalinen , eli se saa muodon, jossa yhdeksästä komponentista, Vain kolme on nollasta poikkeavia:, eli mille tahansa ρ 11 (\displaystyle \rho _(11))ρ 22 (\displaystyle \rho _(22)) ρ i i (\displaystyle \rho _(ii)) kuinka saamme edellisen kaavan sijasta yksinkertaisemman
Ei = ρiJi.(\displaystyle E_(i)=\rho _(i)J_(i).) Määrätρ i (\displaystyle \rho _(i)) soitti pääarvot
resistanssitensori.
Suhde johtavuuteen Isotrooppisissa materiaaleissa ominaisvastuksen välinen suhdeρ (\displaystyle \rho ) ja ominaisjohtavuusσ (\displaystyle \sigma )
ilmaistaan tasa-arvollaρ = 1 σ. (\displaystyle E_(i)((\vec (r)))=\sum _(j=1)^(3)\rho _(ij)((\vec (r)))J_(j)(( \vec (r))).)(\displaystyle \rho =(\frac (1)(\sigma )).) Anisotrooppisten materiaalien tapauksessa resistiivisyystensorin komponenttien välinen suhde ja johtavuustensorilla on enemmän
monimutkainen hahmo. Itse asiassa Ohmin lailla differentiaalimuodossa anisotrooppisille materiaaleille on muoto: J i (r →) = ∑ j = 1 3 σ i j (r →) E j (r →) .(\displaystyle J_(i)((\vec (r)))=\sum _(j=1)^(3)\sigma _(ij)((\vec (r)))E_(j)(( \vec (r))).)
Tästä yhtäläisyydestä ja aiemmin annetusta suhteesta for E i (r →) (\displaystyle E_(i)((\vec (r))))tästä seuraa, että resistanssitensori on johtavuustensorin käänteisarvo. Kun tämä otetaan huomioon, resistanssitensorin komponenteille pätee seuraava: ρ 11 = 1 det (σ) [ σ 22 σ 33 − σ 23 σ 32 ] , (\displaystyle \rho _(11)=(\frac (1)(\det(\sigma)))[\sigma _( 22)\sigma _(33)-\sigma _(23)\sigma _(32)],)ρ 12 = 1 det (σ) [ σ 33 σ 12 − σ 13 σ 32 ] , (\displaystyle \rho _(12)=(\frac (1)(\det(\sigma)))[\sigma _( 33)\sigma _(12)-\sigma _(13)\sigma _(32)],) Jossa det (σ) (\displaystyle \det(\sigma)) 1 , 2 , eli mille tahansa 3 .
on tensorikomponenteista koostuvan matriisin determinantti
σ i j (\displaystyle \sigma _(ij))
. Resistiivisyystensorin muut komponentit saadaan yllä olevista yhtälöistä indeksien syklisen uudelleenjärjestelyn seurauksena
Joidenkin aineiden sähkövastus Metalliset yksikiteet Taulukossa on esitetty yksittäisten kiteiden resistiivisyystensorin pääarvot 20 °C:n lämpötilassa. Kristalli 9,9 14,3 ρ 1 =ρ 2, 10 −8 Ohm m 109 138 ρ 3, 10 −8 Ohm m 6,8 8,3 Tina 5,91 6,13 Vismutti Kadmium signaaleista tiedonsiirtoverkoissa, ja sitten puhumme välityshäviöistä sähkömagneettisen aallon etenemisen aikana kierretyssä pariväliaineessa ja vaimennuksen riippuvuudesta lämpötilasta (ja taajuudesta, mikä ei ole vähemmän tärkeää).
Kuparin resistanssi
Kansainvälisessä SI-järjestelmässä johtimien ominaisvastus mitataan ohmeina∙m. IT-alalla käytetään useammin ei-järjestelmän mittaa Ohm∙mm 2 /m, mikä on kätevämpää laskelmissa, koska johtimien poikkileikkaukset ilmoitetaan yleensä mm 2:na. Arvo 1 Ohm∙mm 2 /m on miljoona kertaa pienempi kuin 1 ohm∙m ja kuvaa aineen ominaisvastusta, jonka homogeeninen johdin, jonka pituus on 1 m ja jonka poikkipinta-ala on 1 mm 2, antaa vastus 1 ohm.
Puhtaan sähkökuparin ominaisvastus 20°C:ssa on 0,0172 Ohm∙mm2/m. IN eri lähteistä Löydät arvot jopa 0,018 Ohm∙mm 2 /m, jotka voivat koskea myös sähköistä kuparia. Arvot vaihtelevat materiaalin käsittelyn mukaan. Esimerkiksi langan hehkutus vedon jälkeen ("vetäminen") vähentää kuparin ominaisvastusta useilla prosenteilla, vaikka se suoritetaan ensisijaisesti mekaanisten ominaisuuksien muuttamiseksi sähköisten ominaisuuksien sijaan.
Kuparin ominaisvastus on välitöntä merkitystä Power over Ethernet -sovellusten toteuttamiseen. Vain osa alkuperäisestä johtimeen ruiskutetusta tasavirrasta saavuttaa johtimen etäisen pään – jonkin verran menetystä matkan varrella on väistämätöntä. Joten esim. PoE-tyyppi 1 edellyttää, että lähteen toimittamasta 15,4 W:sta vähintään 12,95 W saavuttaa virtalähteen etäpäässä olevan laitteen.
Kuparin ominaisvastus vaihtelee lämpötilan mukaan, mutta IT-lämpötiloissa muutokset ovat pieniä. Resistanssin muutos lasketaan kaavojen avulla:
ΔR = α R AT
R 2 = R 1 (1 + α (T 2 - T 1))
missä ΔR on resistiivisuuden muutos, R on ominaisvastus perustasoksi otetussa lämpötilassa (yleensä 20 °C), ΔT on lämpötilagradientti, α on tietyn materiaalin resistiivisyyden lämpötilakerroin (mitta °C -1 ). Alueella 0 °C - 100 °C, kuparille hyväksytään lämpötilakerroin 0,004 °C -1. Lasketaan kuparin ominaisvastus 60°C:ssa.
R 60 °C = R 20 °C (1 + α (60 °C - 20 °C)) = 0,0172 (1 + 0,004 40) ≈ 0,02 Ohm∙mm2/m
Resistiivisyys kasvoi 16 % lämpötilan noustessa 40°C. Kaapelijärjestelmiä käytettäessä kierrettyä paria ei tietenkään saa altistaa korkeille lämpötiloille. Oikein suunnitellulla ja asennetulla järjestelmällä kaapeleiden lämpötila poikkeaa vain vähän tavallisesta 20 °C:sta, jolloin resistiivisyyden muutos on pieni. Tietoliikennestandardien mukaan 100 metrin kuparijohtimen resistanssi kategorian 5e tai 6 kierretyssä parikaapelissa ei saa ylittää 9,38 ohmia 20°C:ssa. Käytännössä valmistajat sopivat tähän arvoon marginaalilla, joten edes 25°C ÷ 30°C lämpötiloissa kuparijohtimen vastus ei ylitä tätä arvoa.
Kierretyn parin signaalin vaimennus / lisäyshäviö
Kun sähkömagneettinen aalto etenee kierretyn kuparikaapelin läpi, osa sen energiasta haihtuu polulla lähipäästä kauimpään. Mitä korkeampi kaapelin lämpötila, sitä enemmän signaali vaimenee. Korkeilla taajuuksilla vaimennus on suurempi kuin matalilla taajuuksilla ja enemmän korkeat kategoriat Hyväksyttävät rajat lisäyshäviön testaukselle ovat tiukemmat. Tässä tapauksessa kaikki raja-arvot on asetettu 20°C:n lämpötilalle. Jos 20°C:ssa alkuperäinen signaali saapui 100 m:n segmentin etäpäähän tehotasolla P, niin korkeammissa lämpötiloissa tällaista signaalitehoa havaitaan lyhyemmillä etäisyyksillä. Jos on tarpeen tarjota sama signaaliteho segmentin lähdössä, sinun on joko asennettava lyhyempi kaapeli (mikä ei aina ole mahdollista) tai valittava kaapelimerkit, joilla on pienempi vaimennus.
- Suojatuille kaapeleille yli 20°C:n lämpötiloissa 1 asteen lämpötilamuutos johtaa 0,2 %:n muutokseen vaimennuksessa
- Kaikentyyppisissä kaapeleissa ja kaikilla taajuuksilla jopa 40 °C:n lämpötiloissa 1 asteen lämpötilamuutos johtaa 0,4 %:n muutokseen vaimennuksena.
- Kaikentyyppisissä kaapeleissa ja kaikilla taajuuksilla 40°C - 60°C lämpötiloissa 1 asteen lämpötilamuutos johtaa 0,6 %:n muutokseen vaimennuksena.
- Luokan 3 kaapeleiden vaimennus voi vaihdella 1,5 % Celsius-astetta kohden
Jo vuoden 2000 alussa. TIA/EIA-568-B.2-standardi suositteli, että suurinta sallittua luokan 6 linkin/kanavan pituutta pienennetään, jos kaapeli asennetaan kohonneeseen lämpötilaan, ja mitä korkeampi lämpötila, sitä lyhyempi segmentin tulee olla.
Ottaen huomioon, että luokan 6A taajuuskatto on kaksi kertaa korkeampi kuin kategoriassa 6, lämpötilarajoitukset tällaisille järjestelmille ovat vielä tiukemmat.
Nykyään sovelluksia toteutettaessa PoE Puhumme maksimissaan 1 gigabitin nopeuksista. 10 gigabitin sovelluksissa Power over Ethernet ei kuitenkaan ole vaihtoehto, ainakaan vielä. Joten tarpeistasi riippuen lämpötilan muuttuessa sinun on otettava huomioon joko kuparin ominaisvastuksen muutos tai vaimennuksen muutos. Molemmissa tapauksissa on järkevintä varmistaa, että kaapelit pidetään lähellä 20 °C:n lämpötiloja.