Co je elektrický odpor a jak to závisí na teplotě

Z hlediska elektromagnetického procesu, který se v něm vyskytuje, je jakýkoli prvek nebo část elektrického obvodu primárně charakterizována schopností vést proud nebo bránit průchodu proudu. Tato vlastnost prvků obvodu je hodnocena jejich elektrická vodivost nebo hodnota zpětné vodivosti - elektrický odpor.

Většina elektrických zařízení sestává z vodivých částí z kovových vodičů, obvykle vybavených izolačním povlakem nebo pláštěm. Elektrický odpor vodiče závisí na jeho geometrických rozměrech a materiálových vlastnostech. Hodnota elektrického odporu se rovná

R = ρl / s = l / (γs)

kde l - délka vodiče, m; s — průřezová plocha vodiče, mm²; ρ — vodivost, ohm·mm²/m; γ — měrná vodivost, m / ohm·mm

Elektrický odpor

Odpor a vodivost zohledňují vlastnosti materiálu vodiče a udávají hodnoty odporu a vodivosti vodiče 1 m dlouhé a průřezovou plochu 1 mm².

Z hlediska odporu ρ Všechny materiály lze rozdělit do tří skupin:

• vodiče - kovy a jejich slitiny (ρ 0,015 až 1,2 ohmu·mm²/m);

• elektrolyty a polovodiče (ρ od 10² až 20⁶ om·mm²/m);

• dielektrika nebo izolátory (ρ od 10¹⁰ až 20¹¹ om·mm²/m).

V elektrických zařízeních se používají materiály s malými i vysokými odpory. Pokud je požadováno, aby měl obvodový prvek malý odpor (například spojovací vodiče), měl by být vyroben z vodičů s nízkou hodnotou ρ - řádově 0,015-0,03, například měď, stříbro, hliník.

Jiná zařízení by naopak měla mít významné odpory (elektrické žárovky, topná zařízení atd.), Proto by jejich prvky nesoucí proud měly být vyrobeny z materiálů s vysokým odporem ρ, obvykle představující kovové slitiny. Patří sem například manganin, konstantan, nichrom, na kterých záleží ρ od 0,1 do 1,2.

Teplotní závislost elektrického odporu

Hodnota elektrického odporu také závisí na teplotě vodiče, která se může měnit v důsledku zahřívání vodiče elektrickým proudem nebo v důsledku změn teploty prostředí. Když se změní teplota vodiče, změní se jeho odpor. Výše uvedené hodnoty p pro některé materiály platí při teplotě

Nezávislost odporu na teplotě je přibližně vyjádřena takto:

R_t^o = R₂₀^asi·[1+α·(t^o-20°)]

R_t^o - odpor vodiče při teplotě t^o, R₂₀^asi- stejné při teplotě 20 ° C, ohm; α Je teplotní koeficient elektrického odporu, který ukazuje relativní změnu odporu drátu při jeho zahřátí na 1 ° C.

Z tohoto výrazu, množství α je rovno

α = (R_t^o - R₂₀^asi) / (R₂₀^asi·(t^o-20°))

U většiny kovů a jejich slitin je to hodnota α > 0, tj. Při zahřátí se jejich odpor zvyšuje a naopak.

U kabelů z čistého kovu jsou hodnoty v rozsahu od 0,0037 do 0,0065 na 1 ° C. Pro slitiny s vysokým odporem α má velmi malé hodnoty, desítky a stokrát menší než hodnoty čistých kovových vodičů. Například pro manganin α = 0,000015 při ° C

Hodnoty α u polovodičů jsou elektrolyty negativní, řádově 0,02. Teplotní koeficient elektrického odporu je rovněž záporný a v absolutní hodnotě je desetkrát vyšší než α pro kovy.

Závislost odporu na teplotě je široce používána v technologii pro měření teploty pomocí tzvodporové teploměrypro kteréαby měla být velká. V řadě zařízení se naopak používají materiály s nízkou hodnotouα aby se vyloučil vliv kolísání teploty na hodnoty těchto zařízení.

Příklad výpočtu změny odporu vodiče při zahřátí: Jak spočítat teplotu vlákna žárovky v nominálním režimu

Odpor střídavého proudu

Odpor stejného vodiče pro střídavý proud bude větší než pro stejnosměrný proud. Je to kvůli fenoménu tzv. povrchový efektcož spočívá ve skutečnosti, že střídavý proud je přemísťován ze střední části vodiče do obvodových vrstev. V důsledku toho bude proudová hustota ve vnitřních vrstvách menší než ve vnějších vrstvách.

Při střídavém proudu se tedy průřez vodiče používá tak, jak byl, neúplně. Avšak při frekvenci 50 Hz je rozdíl v odporu vůči přímým a střídavým proudům zanedbatelný a může být v praxi zanedbáván.

Je vyvolán odpor stejnosměrného vodičeohmica střídavý proud -aktivní odpor. Ohmické a aktivní odpory závisí na materiálu (vnitřní struktuře), geometrických rozměrech a teplotě vodiče. Kromě toho je u cívek s ocelovým jádrem hodnota aktivního odporu ovlivněna ztrátou oceli.

Mezi aktivní odpory patří elektrické žárovky, elektrické odporové pece, různá topná zařízení, reostaty a dráty, kde je elektrická energie téměř úplně přeměněna na teplo.

Kromě aktivního odporu jsou v obvodech střídavého proudu induktivní a kapacitní odpory (viz -Co je induktivní a kapacitní zátěž?).

Izolační odpor

Spolehlivost elektrické sítě a zařízení do značné míry závisí na kvalitě izolace mezi živými částmi různých fází, jakož i mezi živými částmi a zemí.

Kvalita izolace je charakterizována velikostí její odolnosti. Definice této hodnoty je obvykle omezena během kontrolních testů sítí a instalací s napětím menším než 1 000 V. U instalací s vyšším napětím se dodatečně stanoví elektrická pevnost a dielektrické ztráty.

V závislosti na stavu sítě (síť s vypnutými nebo zapnutými napájecími přijímači, bez ohledu na to, zda jsou pod napětím) se používají různé spínací obvody pro měřící přístroje a způsoby výpočtu hodnoty izolačního odporu. Nejpoužívanější megaohmmetry a voltmetry pro tento účel.

Úkolem stanovení izolačního odporu je specifický a rozsáhlý objem, proto jej prostudujte. Doporučujeme proto odkazovat na tento článek:Jak používat megaohmmetr

Jaký je výpočet vodičů pro vytápění?

Elektrický odpor ovlivňuje pro topné dráty a kabely. Dráty spojující zdroj energie s přijímači by měly dodávat energii přijímačům s malou ztrátou napětí a energie, ale zároveň by neměly být zahřívány proudem, který jimi prochází, nad přípustnou teplotu.

Překročení přípustných hodnot teploty vede k poškození izolace vodičů a v důsledku toho ke zkratu, tj. K prudkému nárůstu hodnoty proudu v obvodu. Proto výpočet vodičů umožňuje určit oblast průřezu, ve které bude úbytek napětí a zahřívání vodičů v normálních mezích.

Obvykle se kontroluje průřez vodičů a kabelů pro vytápění podle tabulek přípustných proudových zatížení od PUE. Pokud průřez nevyhovuje podmínkám vytápění, měli byste zvolit větší průřez, který splňuje tyto požadavky.

Odporové topné jednotky

Hlavními prvky elektrických pecí jsou elektrické topné články a tepelné izolační zařízení, které zabraňuje tepelným ztrátám okolního prostoru. Jako materiály pro elektrické topné články se používají nekovové materiály s vysokou odolností (uhlí, grafit, karborund) a kovové materiály (nichrom, konstantan, fechral atd.).

Materiály s vysokým odporem ρ umožňuje navrhnout topné články s velkou průřezovou plochou a povrchem a výběr materiálů s malým koeficientem roztažnosti α, poskytuje neměnitelnost geometrických rozměrů prvku při zahřátí.

Topné články z grafitových materiálů jsou vyráběny ve formě tyčí s trubkovitou nebo pevnou částí. Kovové topné prvky jsou vyráběny ve formě drátu nebo pásky.

Použití pojistek

Chcete-li chránit vodiče elektrického obvodu před proudy přesahujícími povolené hodnoty, použijtevypínače apojistky různé typy. Pojistka je v zásadě úsek elektrického obvodu s nízkou tepelnou stabilitou.

Pojistková vložka se obvykle vyrábí ve formě krátkého vodiče malého průřezu vyrobeného z materiálu s dobrou vodivostí (měď, stříbro) nebo vodiče s relativně vysokým měrným odporem (olovo, cín). Pokud proud stoupne nad hodnotu, pro kterou je pojistka navržena, dojde k jejímu spálení a vypnutí obvodu nebo sběrače proudu, který chrání.

Viz také:Hlavní elektrické veličiny jsou napětí, odpor, proud a výkon