Metalų savitoji varža yra jų gebėjimas atsispirti elektros srovei, praeinančia per juos. Šio dydžio matavimo vienetas yra Ohm*m (Ohm-meter). Simbolis naudojamas graikiška raidėρ (rho). Didelės varžos vertės reiškia prastą tam tikros medžiagos elektros krūvio laidumą.
Plieno specifikacijos
Prieš išsamiai apsvarstydami plieno varžą, turėtumėte susipažinti su pagrindinėmis fizinėmis ir mechaninėmis savybėmis. Dėl savo savybių ši medžiaga gavo platus naudojimas gamybos sektoriuje ir kitose žmonių gyvenimo ir veiklos srityse.
Plienas yra geležies ir anglies lydinys, kurio kiekis ne didesnis kaip 1,7%. Be anglies, pliene yra tam tikras kiekis priemaišų – silicio, mangano, sieros ir fosforo. Pagal savo savybes jis yra daug geresnis nei ketus, kurį galima lengvai grūdinti, kalti, valcuoti ir kitaip apdirbti. Visų tipų plienas pasižymi dideliu stiprumu ir lankstumu.
Pagal paskirtį plienas skirstomas į konstrukcinius, įrankinius, taip pat su specialiaisiais fizines savybes. Kiekviename iš jų yra skirtingas kiekis anglis, kurios dėka medžiaga įgyja tam tikras specifines savybes, pavyzdžiui, atsparumą karščiui, atsparumą karščiui, atsparumą rūdims ir korozijai.
Ypatingą vietą užima elektrotechniniai plienai, gaminami lakštinio formato ir naudojami elektros gaminių gamyboje. Norint gauti šią medžiagą, silicis yra legiruotas, o tai gali pagerinti jo magnetines ir elektrines savybes.
Kad elektrinis plienas įgytų reikiamas charakteristikas, turi būti laikomasi tam tikrų reikalavimų ir sąlygų. Medžiaga turi būti lengvai įmagnetinama ir pakartotinai įmagnetinama, ty turėti didelį magnetinį pralaidumą. Tokie plienai pasižymi geromis savybėmis, o jų įmagnetinimo pasikeitimas atliekamas su minimaliais nuostoliais.
Nuo šių reikalavimų laikymosi priklauso magnetinių gyslų ir apvijų matmenys ir svoris, transformatorių efektyvumas ir jų darbo temperatūra. Sąlygų įvykdymui įtakos turi daug veiksnių, įskaitant plieno savitumą.
Atsparumas ir kiti rodikliai
Elektrinės savitosios varžos reikšmė yra metalo elektrinio lauko stiprio ir jame tekančio srovės tankio santykis. Praktiniams skaičiavimams naudojama formulė: kurioje ρ yra metalo savitoji varža (Ohm*m), E- elektrinio lauko stipris (V/m), ir J- elektros srovės tankis metale (A/m2). Esant labai dideliam elektrinio lauko stipriui ir mažam srovės tankiui, metalo savitoji varža bus didelė.
Yra dar vienas dydis, vadinamas elektriniu laidumu, atvirkštine varža, nurodantis laipsnį, kuriuo medžiaga praleidžia elektros srovę. Jis nustatomas pagal formulę ir išreiškiamas vienetais S/m – siemens vienam metrui.
Atsparumas yra glaudžiai susijęs su elektrine varža. Tačiau jie turi skirtumų tarpusavyje. Pirmuoju atveju tai yra medžiagos, įskaitant plieną, savybė, o antruoju atveju nustatoma viso objekto savybė. Rezistoriaus kokybei įtakos turi kelių veiksnių derinys, visų pirma medžiagos, iš kurios jis pagamintas, forma ir varža. Pavyzdžiui, jei plonas ir ilgas laidas buvo naudojamas vieliniam rezistoriui gaminti, tada jo varža bus didesnė nei rezistoriaus, pagaminto iš storos ir trumpos to paties metalo vielos.
Kitas pavyzdys – rezistoriai, pagaminti iš vienodo skersmens ir ilgio laidų. Tačiau jei viename iš jų medžiagos varža yra didelė, o kitoje - maža, atitinkamai pirmojo rezistorio elektrinė varža bus didesnė nei antrajame.
Žinodami pagrindines medžiagos savybes, galite naudoti plieno varžą, norėdami nustatyti plieno laidininko varžos vertę. Skaičiavimams, be elektrinės varžos, reikės paties laido skersmens ir ilgio. Skaičiavimai atliekami naudojant šią formulę: , kurioje R yra (Om), ρ - plieno savitoji varža (omų*m), L- atitinka laido ilgį, A- jo plotas skerspjūvis.
Plieno ir kitų metalų savitoji varža priklauso nuo temperatūros. Daugumoje skaičiavimų naudojama kambario temperatūra - 20 0 C. Į visus šio veiksnio įtakos pokyčius atsižvelgiama naudojant temperatūros koeficientą.
Žinome, kad laidininko elektrinės varžos priežastis yra elektronų sąveika su jonais kristalinė gardelė metalo (§ 43). Todėl galima daryti prielaidą, kad laidininko varža priklauso nuo jo ilgio ir skerspjūvio ploto, taip pat nuo medžiagos, iš kurios jis pagamintas.
74 paveiksle parodyta tokio eksperimento atlikimo sąranka. Į srovės šaltinio grandinę paeiliui įtraukiami įvairūs laidininkai, pavyzdžiui:
- to paties storio, bet skirtingo ilgio nikelio laidai;
- vienodo ilgio, bet skirtingo storio nikelio laidai (skirtingi skerspjūvio plotai);
- tokio pat ilgio ir storio nikelio ir nichromo laidai.
Srovė grandinėje matuojama ampermetru, o įtampa – voltmetru.
Žinodami įtampą laidininko galuose ir srovę joje, naudodami Ohmo dėsnį, galite nustatyti kiekvieno laidininko varžą.
Ryžiai. 74. Laidininko varžos priklausomybė nuo jo dydžio ir medžiagos rūšies
Atlikę šiuos eksperimentus, nustatysime, kad:
- iš dviejų tokio paties storio nikelio laidų ilgesnė viela turi didesnę varžą;
- iš dviejų vienodo ilgio nikelio laidų, mažesnio skerspjūvio viela turi didesnę varžą;
- To paties dydžio nikelio ir nichromo laidai turi skirtingą varžą.
Ohmas pirmasis eksperimentiškai ištyrė laidininko varžos priklausomybę nuo jo dydžio ir medžiagos, iš kurios pagamintas laidininkas. Jis nustatė, kad varža yra tiesiogiai proporcinga laidininko ilgiui, atvirkščiai proporcinga jo skerspjūvio plotui ir priklauso nuo laidininko medžiagos.
Kaip atsižvelgti į atsparumo priklausomybę nuo medžiagos, iš kurios pagamintas laidininkas? Norėdami tai padaryti, apskaičiuokite vadinamąjį medžiagos varža.
Savitoji varža yra fizinis dydis, nustatantis laidininko, pagaminto iš tam tikros medžiagos, kurio ilgis yra 1 m ir skerspjūvio plotas 1 m 2, varžą.
Supažindinkime raidžių pavadinimai: ρ – laidininko savitoji varža, I – laidininko ilgis, S – jo skerspjūvio plotas. Tada laidininko varža R bus išreikšta formule
Iš jo gauname, kad:
Iš paskutinės formulės galite nustatyti varžos vienetą. Kadangi varžos vienetas yra 1 omas, skerspjūvio ploto vienetas yra 1 m2, o ilgio vienetas yra 1 m, tada varžos vienetas yra:
Laidininko skerspjūvio plotą patogiau išreikšti kvadratiniais milimetrais, nes jis dažniausiai yra mažas. Tada varžos vienetas bus toks:
8 lentelėje pateiktos kai kurių medžiagų varžos vertės 20 °C temperatūroje. Specifinis atsparumas kinta priklausomai nuo temperatūros. Eksperimentiškai nustatyta, kad, pavyzdžiui, metalų savitoji varža didėja didėjant temperatūrai.
8 lentelė. Kai kurių medžiagų savitoji elektrinė varža (esant t = 20 °C)
Iš visų metalų sidabras ir varis turi mažiausią varžą. Todėl sidabras ir varis yra geriausi elektros laidininkai.
Sujungdami elektros grandines, naudojami aliuminio, vario ir geležies laidai.
Daugeliu atvejų reikalingi didelio atsparumo įrenginiai. Jie gaminami iš specialiai sukurtų lydinių – medžiagų, turinčių didelę varžą. Pavyzdžiui, kaip matyti iš 8 lentelės, nichromo lydinio varža yra beveik 40 kartų didesnė nei aliuminio.
Porcelianas ir ebonitas turi tokią didelę varžą, kad beveik visai nepraleidžia elektros srovės, yra naudojami kaip izoliatoriai.
Klausimai
- Kaip laidininko varža priklauso nuo jo ilgio ir skerspjūvio ploto?
- Kaip eksperimentiškai parodyti laidininko varžos priklausomybę nuo jo ilgio, skerspjūvio ploto ir medžiagos, iš kurios jis pagamintas?
- Kokia laidininko varža?
- Kokia formule galima apskaičiuoti laidininkų varžą?
- Kokiais vienetais išreiškiama laidininko savitoji varža?
- Iš kokių medžiagų gaminami praktiškai naudojami laidininkai?
Kiekvienam laidininkui yra savitoji varža. Ši vertė susideda iš omų, padaugintų iš kvadratinio milimetro, tada padalijus iš vieno metro. Kitaip tariant, tai yra laidininko, kurio ilgis yra 1 metras, o skerspjūvis yra 1 mm 2, varža. Tas pats pasakytina apie vario, unikalaus metalo, plačiai naudojamo elektrotechnikoje ir energetikoje, varžą.
Vario savybės
Dėl savo savybių šis metalas buvo vienas pirmųjų pradėtas naudoti elektros srityje. Visų pirma, varis yra kalioji ir kali medžiaga, turinti puikias elektros laidumo savybes. Energetikos sektoriuje vis dar nėra lygiaverčio šio laidininko pakaitalo.
Ypatingai vertinamos ypatingo elektrolitinio vario, kuris pasižymi dideliu grynumu, savybės. Ši medžiaga leido pagaminti mažiausiai 10 mikronų storio laidus.
Be didelio elektros laidumo, varis puikiai tinka skardavimui ir kitokiam apdorojimui.
Varis ir jo varža
Bet kuris laidininkas turi pasipriešinimą, jei per jį praeina elektros srovė. Reikšmė priklauso nuo laidininko ilgio ir jo skerspjūvio, taip pat nuo tam tikrų temperatūrų poveikio. Todėl laidininkų savitoji varža priklauso ne tik nuo pačios medžiagos, bet ir nuo specifinio jos ilgio bei skerspjūvio ploto. Kuo lengviau medžiaga praleidžia krūvį per save, tuo mažesnė jo varža. Vario savitoji varža yra 0,0171 omo x 1 mm 2 /1 m ir yra tik šiek tiek prastesnė nei sidabro. Tačiau pramoniniu mastu sidabro naudojimas nėra ekonomiškai pelningas, todėl varis yra geriausias laidininkas, naudojamas energetikoje.
Vario savitoji varža taip pat susijusi su dideliu jo laidumu. Šios vertės yra tiesiogiai priešingos viena kitai. Vario, kaip laidininko, savybės taip pat priklauso nuo atsparumo temperatūros koeficiento. Tai ypač pasakytina apie varžą, kuriai įtakos turi laidininko temperatūra.
Taigi dėl savo savybių varis plačiai paplito ne tik kaip laidininkas. Šis metalas naudojamas daugumoje instrumentų, prietaisų ir mazgų, kurių veikimas yra susijęs su elektros srove.
Nors Ši tema gali pasirodyti visiškai banaliai, jame atsakysiu į vieną labai svarbų klausimą apie įtampos nuostolių ir trumpojo jungimo srovių skaičiavimą. Manau, kad daugeliui iš jūsų tai bus toks pat atradimas, kaip ir man.
Neseniai studijavau vieną labai įdomų GOST:
GOST R 50571.5.52-2011 Žemos įtampos elektros instaliacija. 5-52 dalis. Elektros įrangos parinkimas ir montavimas. Elektros instaliacija.
Šiame dokumente pateikiama įtampos nuostolių apskaičiavimo formulė ir nurodoma:
p yra laidininkų savitoji varža normaliomis sąlygomis, lygi varžai esant normalioms sąlygoms, tai yra, 1,25 savitoji varža esant 20 °C, arba 0,0225 omų mm 2 /m variui ir 0,036 omų mm 2 / m aliuminio;
Nieko nesupratau =) Matyt, skaičiuojant įtampos nuostolius ir skaičiuojant trumpojo jungimo sroves, reikia atsižvelgti į laidų varžą, kaip ir įprastomis sąlygomis.
Verta paminėti, kad visos lentelės vertės pateikiamos 20 laipsnių temperatūroje.
Kokios yra normalios sąlygos? Maniau, kad 30 laipsnių Celsijaus.
Prisiminkime fiziką ir paskaičiuokime, kokioje temperatūroje vario (aliuminio) varža padidės 1,25 karto.
R1=R0
R0 – atsparumas 20 laipsnių Celsijaus;
R1 - atsparumas T1 laipsnių Celsijaus;
T0 - 20 laipsnių Celsijaus;
α=0,004 vienam Celsijaus laipsniui (varis ir aliuminis yra beveik vienodi);
1,25 = 1 + α (T1-T0)
Т1=(1,25-1)/ α+Т0=(1,25-1)/0,004+20=82,5 laipsnių Celsijaus.
Kaip matote, čia visai ne 30 laipsnių. Matyt, visi skaičiavimai turi būti atliekami esant maksimalioms leistinoms kabelių temperatūroms. Maksimali kabelio darbinė temperatūra yra 70-90 laipsnių, priklausomai nuo izoliacijos tipo.
Tiesą pasakius, aš su tuo nesutinku, nes... ši temperatūra atitinka praktiškai avarinį elektros instaliacijos režimą.
Savo programose aš nustačiau vario varžą kaip 0,0175 Ohm mm 2 /m, o aliuminio - 0,028 Ohm mm 2 /m.
Jei pamenate, aš rašiau, kad mano trumpojo jungimo srovių skaičiavimo programoje rezultatas yra maždaug 30% mažesnis nei lentelės reikšmės. Ten automatiškai apskaičiuojama fazės nulinė kilpos varža. Bandžiau rasti klaidą, bet nepavyko. Matyt, skaičiavimo netikslumas slypi programoje naudojamoje varžoje. O apie varžą gali klausti kiekvienas, tad klausimų dėl programos neturėtų kilti, jei nurodysite varžą iš aukščiau esančio dokumento.
Bet greičiausiai teks keisti įtampos nuostolių skaičiavimo programas. Dėl to skaičiavimo rezultatai padidės 25%. Nors ELECTRIC programoje įtampos nuostoliai beveik tokie pat kaip mano.
Jei tai pirmas kartas šiame tinklaraštyje, tuomet puslapyje galite pamatyti visas mano programas
Jūsų nuomone, prie kokios temperatūros reikėtų skaičiuoti įtampos nuostolius: prie 30 ar 70-90 laipsnių? Ar yra a reglamentas kas atsakys į šį klausimą?
Vienas iš populiariausių metalų pramonėje yra varis. Jis plačiausiai naudojamas elektros ir elektronikos pramonėje. Dažniausiai jis naudojamas elektros variklių ir transformatorių apvijų gamyboje. Pagrindinė šios konkrečios medžiagos naudojimo priežastis yra ta, kad varis turi mažiausią... šiuo metu medžiagos, turinčios elektrinę varžą. Kol pasirodys nauja medžiaga esant mažesnei šio rodiklio vertei, galime drąsiai teigti, kad vario pakaitalo nebus.
Bendrosios vario charakteristikos
Kalbant apie varį, reikia pasakyti, kad elektros eros aušroje jis buvo pradėtas naudoti elektros įrangos gamyboje. Jie pradėjo jį naudoti daugiausia dėl unikalių savybių, kurį turi šis lydinys. Pati savaime tai medžiaga, pasižyminti aukštomis plastiškumo ir gerų formų savybėmis.
Kartu su vario šilumos laidumu vienas svarbiausių jo privalumų yra didelis elektros laidumas. Būtent dėl šios savybės vario ir plačiai paplito elektrinėse, kuriame jis veikia kaip universalus laidininkas. Vertingiausia medžiaga yra elektrolitinis varis, kurio grynumas yra aukštas – 99,95%. Šios medžiagos dėka tampa įmanoma gaminti kabelius.
Elektrolitinio vario naudojimo privalumai
Elektrolitinio vario naudojimas leidžia pasiekti šiuos rezultatus:
- Užtikrinti aukštą elektros laidumą;
- Pasiekite puikius stiliaus gebėjimus;
- Užtikrinkite aukštą plastiškumo laipsnį.
Taikymo sritys
Kabelių gaminiai, pagaminti iš elektrolitinio vario, plačiai naudojami įvairiose pramonės šakose. Dažniausiai jis naudojamas šiose srityse:
- elektros pramonė;
- elektros prietaisai;
- automobilių pramonė;
- kompiuterinės įrangos gamyba.
Kas yra varža?
Norint suprasti, kas yra varis ir jo charakteristikos, būtina suprasti pagrindinį šio metalo parametrą – varžą. Jis turėtų būti žinomas ir naudojamas atliekant skaičiavimus.
Atsparumas paprastai suprantamas kaip fizinis dydis, apibūdinamas kaip metalo gebėjimas pravesti elektros srovę.
Taip pat būtina žinoti šią vertę, kad teisingai apskaičiuoti elektrinę varžą dirigentas. Atliekant skaičiavimus, jie taip pat vadovaujasi jo geometriniais matmenimis. Atlikdami skaičiavimus naudokite šią formulę:
Ši formulė yra žinoma daugeliui. Naudodamiesi juo galite lengvai apskaičiuoti vario kabelio varžą, sutelkdami dėmesį tik į elektros tinklo charakteristikas. Tai leidžia apskaičiuoti galią, kuri neefektyviai išleidžiama kabelio šerdies šildymui. Be to, panaši formulė leidžia apskaičiuoti pasipriešinimą bet koks kabelis. Nesvarbu, iš kokios medžiagos buvo pagamintas kabelis – vario, aliuminio ar kokio kito lydinio.
Toks parametras, kaip elektrinė savitoji varža, matuojamas Ohm*mm2/m. Šis bute nutiestų varinių laidų rodiklis yra 0,0175 Ohm*mm2/m. Jei bandysite ieškoti alternatyvos variui – medžiagos, kurią būtų galima naudoti vietoj jos, tuomet tik sidabras gali būti laikomas vieninteliu tinkamu, kurio savitoji varža yra 0,016 Ohm*mm2/m. Tačiau renkantis medžiagą būtina atkreipti dėmesį ne tik į savitumą, bet ir į atvirkštinį laidumą. Ši vertė matuojama Siemens (cm).
Siemens = 1/Omas.
Bet kokio svorio variui šis sudėties parametras yra 58 100 000 S/m. Kalbant apie sidabrą, jo atvirkštinis laidumas yra 62 500 000 S/m.
Mūsų pasaulyje aukštųjų technologijų kai turi kiekvienas namas didelis skaičius elektros prietaisai ir įrenginiai, tokios medžiagos kaip varis vertė yra tiesiog neįkainojama. Tai medžiaga, naudojama laidams gaminti, be kurio neapsieina nė viena patalpa. Jei vario nebūtų, žmogus turėtų naudoti laidus, pagamintus iš kitų turimų medžiagų, pavyzdžiui, aliuminio. Tačiau šiuo atveju tektų susidurti su viena problema. Reikalas tas, kad ši medžiaga turi daug mažesnį laidumą nei variniai laidininkai.
Atsparumas
Naudojant žemo elektros ir šilumos laidumo bet kokio svorio medžiagas, prarandami dideli elektros energijos nuostoliai. A tai turi įtakos galios praradimui apie naudojamą įrangą. Dauguma ekspertų varį vadina pagrindine izoliuotų laidų gamybos medžiaga. Tai pagrindinė medžiaga, iš kurios gaminami atskiri elektros srove maitinamos įrangos elementai.
- Kompiuteriuose sumontuotose lentose yra išgraviruoti vario pėdsakai.
- Varis taip pat naudojamas gaminant įvairius komponentus, naudojamus elektroniniuose prietaisuose.
- Transformatoriuose ir elektros varikliuose jį vaizduoja apvija, pagaminta iš šios medžiagos.
Nėra jokių abejonių, kad šios medžiagos taikymo sritis išsiplės tolimesnis vystymas technikos pažanga. Nors be vario yra ir kitų medžiagų, projektuotojai vis dar naudoja varį kurdami įrangą ir įvairias instaliacijas. Pagrindinė priežastisšios medžiagos paklausa yra esant geram elektros ir šilumos laidumuišio metalo, kurį jis suteikia kambario temperatūroje.
Temperatūros pasipriešinimo koeficientas
Visi metalai, turintys bet kokį šilumos laidumą, turi savybę mažėti laidumui kylant temperatūrai. Kai temperatūra mažėja, laidumas didėja. Specialistai ypač įdomia vadina savybę mažinti atsparumą mažėjant temperatūrai. Iš tiesų, šiuo atveju, kai kambario temperatūra nukrenta iki tam tikros vertės, laidininkas gali prarasti elektros varžą ir jis pereis į superlaidininkų klasę.
Norint nustatyti konkretaus tam tikro svorio laidininko varžos vertę kambario temperatūroje, yra kritinis varžos koeficientas. Tai reikšmė, rodanti grandinės atkarpos varžos pokytį, kai temperatūra pasikeičia vienu kelvinu. Norėdami apskaičiuoti vario laidininko elektrinę varžą per tam tikrą laikotarpį, naudokite šią formulę:
ΔR = α*R*ΔT, kur α - temperatūros koeficientas elektrinė varža.
Išvada
Varis yra medžiaga, plačiai naudojama elektronikoje. Jis naudojamas ne tik apvijose ir grandinėse, bet ir kaip metalas kabelių gaminiams gaminti. Kad mašinos ir įrenginiai veiktų efektyviai, tai būtina teisingai apskaičiuoti laidų varžą, paguldytas bute. Tam yra specifinė formulė. Žinodami tai, galite atlikti skaičiavimą, kuris leidžia sužinoti optimalų kabelio skerspjūvio dydį. Tokiu atveju galima išvengti įrangos galios praradimo ir užtikrinti efektyvų jos naudojimą.