A vezetékek elektromos ellenállása
Az elektromos ellenállás és vezetőképesség fogalma
Minden test, amelyen elektromos áram folyik, bizonyos ellenállással rendelkezik. A vezető anyag azon tulajdonságát, hogy megakadályozza az elektromos áram áthaladását, elektromos ellenállásnak nevezzük.
Az elektronikai elmélet így magyarázza a fémes vezetők elektromos ellenállásának természetét. A szabad elektronok, amikor egy vezeték mentén mozognak, útjuk során számtalanszor találkoznak atomokkal és más elektronokkal, és a velük való kölcsönhatás során elkerülhetetlenül elveszítenek energiájuk egy részét. Az elektronok egyébként is ellenállást tapasztalnak a mozgásukkal szemben. A különböző atomi szerkezetű fémvezetőknek eltérő az ellenállása az elektromos árammal szemben.
Pontosan ugyanez magyarázza a folyékony vezetők és gázok ellenállását az elektromos áram áthaladásával szemben. Nem szabad azonban elfelejteni, hogy ezekben az anyagokban nem az elektronok, hanem a molekulák töltött részecskéi ütköznek ellenállásba mozgásuk során.
Az ellenállást latin R vagy r betűkkel jelöljük.
Az ohm az elektromos ellenállás mértékegysége.
Ohm egy 106,3 cm magas, 1 mm2 keresztmetszetű higanyoszlop ellenállása 0 ° C hőmérsékleten.
Ha például a vezeték elektromos ellenállása 4 ohm, akkor ez így van írva: R = 4 ohm vagy r = 4 th.
A nagy értékű ellenállások mérésére a megohm nevű mértékegységet alkalmazzák.
Egy megohm egymillió ohmnak felel meg.
Minél nagyobb a vezeték ellenállása, annál rosszabbul vezeti az elektromos áramot, és fordítva, minél kisebb a vezeték ellenállása, annál könnyebben halad át az elektromos áram ezen a vezetéken.
Ezért a vezető jellemzőinél (az elektromos áram áthaladása szempontjából) nemcsak az ellenállását lehet figyelembe venni, hanem az ellenállás fordított értékét is, amelyet vezetőképességnek nevezünk.
Elektromos vezetőképességnek nevezzük az anyag azon képességét, hogy elektromos áramot engedjen át magán.
Mivel a vezetőképesség az ellenállás reciproka, 1 /R-ben fejezzük ki, a vezetőképességet a latin g betű jelöli.
A vezető anyagának, méreteinek és a környezeti hőmérsékletnek az elektromos ellenállás értékére gyakorolt hatása
A különböző vezetékek ellenállása az anyagtól függ, amelyből készültek. A különféle anyagok elektromos ellenállásának jellemzésére az ún Ellenállás.
Az ellenállást egy 1 m hosszú és 1 mm2 keresztmetszetű vezeték ellenállásának nevezik. Az ellenállást a görög r betű jelöli. Minden anyag, amelyből a vezető készül, megvan a maga fajlagos ellenállása.
Például a réz ellenállása 0,017, azaz egy 1 m hosszú és 1 mm2 keresztmetszetű rézhuzal ellenállása 0,017 ohm. Az alumínium ellenállása 0,03, a vasé 0,12, a konstantáné 0,48, a nikróm ellenállása 1-1,1.
Bővebben itt olvashat róla: Mi az elektromos ellenállás?
A vezeték ellenállása egyenesen arányos a hosszával, vagyis minél hosszabb a vezeték, annál nagyobb az elektromos ellenállása.
A vezeték ellenállása fordítottan arányos a keresztmetszeti területével, vagyis minél vastagabb a vezeték, annál kisebb az ellenállása, és fordítva, minél vékonyabb a vezeték, annál nagyobb az ellenállása.
Ahhoz, hogy jobban megértsük ezt a kapcsolatot, képzeljünk el két pár egymással érintkező edényt, amelyek közül az egyik érpár vékony összekötő csővel, a másik pedig vastag. Nyilvánvaló, hogy ha az egyik edény (mindegyik pár) megtelik vízzel, akkor annak átadása egy másik edénybe egy vastag csövön keresztül sokkal gyorsabban megy végbe, mint egy vékonyon, pl. egy vastag cső kevésbé ellenáll a víz áramlásának. Hasonlóképpen, az elektromos áram könnyebben halad át egy vastag vezetéken, mint egy vékonyon, vagyis az előbbinek kisebb az ellenállása, mint az utóbbinak.
A vezető elektromos ellenállása egyenlő annak az anyagnak a fajlagos ellenállásával, amelyből ez a vezető készült, megszorozva a vezető hosszával és elosztva a vezeték keresztmetszeti területének területével. karmester:
R = p l / S,
ahol — R — a vezeték ellenállása, ohm, l — hossza a vezetékben m-ben, C — a vezeték keresztmetszete, mm2.
A kerek huzal keresztmetszete a következő képlettel számítva:
S = Pi xd2/4
ahol Pi egy állandó érték 3,14; d – a huzal átmérője.
És így határozzák meg a vezeték hosszát:
l = S R / p,
Ez a képlet lehetővé teszi a vezeték hosszának, keresztmetszetének és ellenállásának meghatározását, ha a képletben szereplő egyéb mennyiségek ismertek.
Ha meg kell határozni a huzal keresztmetszeti területét, akkor a képlet a következő formához vezet:
S = p l / R
Ugyanezt a képletet átalakítva és a p-beli egyenlőséget megoldva megkapjuk a vezeték ellenállását:
R = R S / l
Ez utóbbi képletet olyan esetekben érdemes alkalmazni, amikor a vezető ellenállása és méretei ismertek, de az anyaga ismeretlen, ráadásul a megjelenése alapján nehéz meghatározni. Ehhez meg kell határozni a huzal ellenállását, és a táblázat segítségével meg kell találni egy ilyen ellenállású anyagot.
Egy másik tényező, amely befolyásolja a vezetékek ellenállását, a hőmérséklet.
Megállapítást nyert, hogy a hőmérséklet emelkedésével a fémhuzalok ellenállása nő, csökkenésével pedig csökken. Ez a tiszta fém vezetők ellenállásának növekedése vagy csökkenése közel azonos, és átlagosan 0,4% 1 °C-onként... A folyékony vezetők és a szén ellenállása a hőmérséklet emelkedésével csökken.
Az anyag szerkezetének elektronelmélete a következő magyarázatot adja a fémvezetők ellenállásának növekedésére a hőmérséklet emelkedésével.Melegítéskor a vezető hőenergiát kap, amely elkerülhetetlenül továbbadódik az anyag összes atomjához, aminek következtében mozgásuk intenzitása megnő. Az atomok fokozott mozgása nagyobb ellenállást hoz létre a szabad elektronok irányított mozgásával szemben, ezért a vezető ellenállása megnő. A hőmérséklet csökkenésével jobb feltételek jönnek létre az elektronok irányított mozgásához, és csökken a vezető ellenállása. Ez megmagyaráz egy érdekes jelenséget - a fémek szupravezetését.
Szupravezetés A fémek ellenállásának nullára való csökkentése hatalmas negatív hőmérsékleten -273° ° Az úgynevezett abszolút nulla. Abszolút nulla hőmérsékleten úgy tűnik, hogy a fématomok megfagynak a helyükön, és az elektronok mozgása nem zavarja.