Impedance: obecné informace, závislost na jiných veličinách a výpočtových vzorcích

Jakákoli látka, která je v různých stavech, má určitý odpor. V některých případech je nutné vypočítat impedanci obvodu nebo specifické sekce. V takové situaci byste měli použít vzorce. Kromě toho musíte pochopit základní význam odporu a elektrické vodivosti a také závislost těchto pojmů na určitých veličinách.

Fyzický smysl

Všechny látky podle vodivosti elektrického proudu (ET) dělíme na vodiče, polovodiče a dielektrika. Vodiče jsou prvky, které dobře vedou ET. To je způsobeno přítomností volných elektronů (FE). Polovodiče jsou speciální skupinou látek, jejichž vodivost závisí na vnějších faktorech, například teplotě, osvětlení atd. Dielektrika jsou všechny látky, které nevedou ET z důvodu absence nebo nedostatečného množství SE. Aby proud procházel látkou, je nutná přítomnost FE, jejichž počet závisí na elektronické konfiguraci.

Elektronická konfigurace libovolného prvku je převzata z periodické tabulky. Proud má tepelný účinek na vodič, protože FE interaguje s krystalovou mřížkou (CR). ale časem se vlivem elektromagnetického pole opět zrychlí, načež se proces interakce mnohokrát opakuje. jednou.

Proces interakce volných nabitých částic s CR látky se nazývá elektrický odpor vodiče. Odpor nebo elektrická vodivost je označena písmenem R, jednotka měření této veličiny je Ohm.

Závislost elektrické vodivosti

R závisí na vnějších faktorech prostředí, elektrických veličinách a také na vlastnostech vodiče. Tyto závislosti se využívají při výpočtech obvodů a výrobě rádiových součástek. Existuje několik způsobů, jak najít Ra někdy jsou kombinovány pro efektivitu a výpočetní přesnost.

Elektrické veličiny

Mezi elektrické veličiny, na kterých závisí hodnota R, patří I, U, elektromotorická síla (označujeme EDS E) a typ proudu. R v elektrických obvodech se vypočítá podle Ohmova zákona pro určitý úsek obvodu: I, proudící v daném úseku elektrického obvodu, je přímo úměrná U v tomto úseku a nepřímo úměrná R zvoleného úseku řetězy. Ve formě vzorce to lze napsat takto: I = U/R.

Na základě důsledku tohoto zákona můžete získat odpor části obvodu: R = U/I. Pokud chcete vypočítat R přes celou část obvodu, musíte použít vzorec (důsledek Ohmova zákona pro úplný obvod), s přihlédnutím k vnitřnímu zdroji R energie: R = (e / I) - R vnitřní. Hodnota elektrické vodivosti se vypočítá nejen pomocí Ohmových zákonů, ale také pomocí geometrických parametrů vodiče a teploty. Kromě toho je nutné vzít v úvahu typ proudu (stejnosměrný nebo střídavý).

Geometrické parametry a typ látky

Pokud jsou hlavními nosiči náboje FE a vodivostní vlastnosti jsou přímo úměrné na jejich počtu a struktuře RR, pak je typ látky jedním z faktorů ovlivňujících R dirigent. Látky a jejich základní prvky, které mají různé elektronické konfigurace podle periodické tabulky, mají různé CR, což je způsobeno různými R.

Materiálová závislost je vyjádřena koeficientem označeným p. Charakterizuje specifický R index vodiče. Jeho hodnota je převzata z tabulky (při teplotě +20 ° C). Převrácená hodnota p se nazývá vodivost a označuje se σ. Vztah mezi σ a p lze vyjádřit vzorcem p = 1 / a.

Kromě toho R vodiče závisí také na ploše průřezu (S). Tato závislost je způsobena tím, že při malém průřezu proudí vodičem hustota toku E a interakce s RR se stává častější. Plochu průřezu lze poměrně snadno vypočítat. Chcete-li to provést, musíte použít nějaký algoritmuspokud je vodič (P) válcový drát:

1. Měření průměru vodiče pomocí posuvného měřítka (ШЦ).
2. Hledání S pomocí vzorce S = 3,1416 * sqr (d) / 4.

P může být lankový drát, proto je pro přesný výpočet nutné najít S jednoho jádra, pomocí algoritmu pro nalezení válcového tvaru P a výsledek vynásobte číslem žil.

Kromě toho existují čtvercové a obdélníkové dráty, ale ty jsou vzácné. Chcete-li to provést, musíte provést následující výpočty:

1. Pro čtvercový tvar je třeba změřit SC jednu ze stran a umocnit ji: S = sqr (a).
2. U obdélníkového tvaru by měly být změřeny dvě protilehlé strany pomocí SHT a poté by měl být výpočet proveden pomocí vzorce S = a * b.

Z těchto algoritmů pro nalezení S lze vytvořit univerzální (abstraktní algoritmus). Je vhodný pro hledání nebo výpočet hodnot bez ohledu na tvar P, když je řez přísně kolmo k P. Algoritmus vypadá takto:

1. Vizuálně určete geometrický obrazec při řezání P.
2. Najděte vzorec S v odkazu.
3. Proveďte měření pomocí SHT požadovaných hodnot.
4. Dosaďte do vzorce a vypočítejte S.

Další veličinou je délka P, s nárůstem se R zvětšuje. Na základě těchto hodnot lze odvodit následující vzorec pro závislost na druhu látky, délce (L) a S vodiče: R = p * L / S.

Tuto R-hodnotu však lze určit při +20 °C. Pro získání přesnějších výpočtů je nutné uvažovat závislost na teplotě.

Teplota vodiče

Vědecky potvrzená je skutečnost, že p závisí na teplotě. Toto tvrzení lze prakticky dokázat. K provedení experimentu jsou zapotřebí následující prvky zobrazené na obrázku: nichromová spirála (použitá v topných těles), připojovací měděné vodiče, zdroj, ampérmetr (pro měření I), voltmetr (měř U) a reostat.

Na obrázku je topné těleso znázorněno jako odpor. Když jej zapnete, měli byste pečlivě sledovat údaje na ampérmetru. Cívka se začne zahřívat a údaj ampérmetru se při zahřívání snižuje. Podle Ohmova zákona pro úsek obvodu je nutné usoudit, že s nárůstem R proud klesá (nepřímo úměrná závislost). Proto je hodnota R závislá na teplotě. Při zahřátí dochází k nárůstu iontů v RC nichromové spirály a E se s nimi začíná častěji srážet.

Ve vzorci R = p * L / S můžete pomocí eliminační metody najít indikátor, který závisí na teplotě. Ten nemá vliv na délku P. Podle vzorce pro výpočet S se závislost také nesleduje, protože geometrie P nezávisí na teplotě. Zbývá p, které závisí na teplotě. Ve fyzice existuje vzorec závislosti p = p0 * [1 + a * (t - 20)]. Dopis A je teplotní koeficient:

• pro kovy a> 0;
• pro elektrolyty a <0.

Proměnná t je teplota P, p0 je měrný odpor převzatý z referenční knihy pro konkrétní materiál. Kromě toho p závisí také na deformaci P, protože v tomto případě RR mění svou strukturu. K tomu dochází při zpracování kovů při nízkých teplotách a tlacích. Taková deformace je plastická, s ní se deformuje CR a R toku E.

V tomto případě se p zvyšuje. Proces je reverzibilní, proto jsou některé defekty redukovány (rekrystalické žíhání). Působí-li na kov tahové nebo tlakové síly, pak je tato deformace elastická. Hodnota p klesá působením tlakové síly, při které dochází k prudkému poklesu tepelných oscilací (TC), a E se snadněji pohybuje. Ale působením tahové síly nastává přímo úměrný nárůst p, při kterém se zvyšuje amplituda TC.

Konečný vzorec lze napsat jako R = p0 * [1 + a * (t - 20)] * L / S. Tato varianta hledání R však byla uvažována v obvodech s konstantou I a pod vlivem proměnné I se objevují nové veličiny, které ovlivňují výpočty.

AC obvod

Ohmův zákon platí pouze pro stejnosměrné obvody. Pro proměnnou U byla změněna, a proto existují jiné vzorce pro nalezení R. Odpor v obvodech s proměnnou I (PT) je:

• aktivní;
• induktivní;
• kapacitní;
• kompletní.

Odpor znamená, že v obvodu je přítomen odpor nebo jakákoli jiná nekapacitní nebo neinduktivní zátěž. Pro jeho výpočet je nutné změřit hodnoty amplitud Um a Im. Pomocí přístrojů lze získat pouze skutečné hodnoty těchto veličin. Hodnoty amplitudy se počítají podle vzorců Um = Ud * sqrt (2) a Im = Id * sqrt (2). K určení aktivního odporu (označeného R) je třeba použít vzorec Im = Um / R. Z toho můžete získat R = Ud * sqrt (2) / Im = Id * sqrt (2).

Pokud je v obvodu proměnné I (CLT) induktor, tlumivka, obvod atd., objeví se induktivní R, které se označí Xl. Pro výpočet musíte použít vzorec Xl = w * L, který předtím změřil frekvenci FET a vypočítal indukčnost.

Hodnota cyklické frekvence se zjistí podle vzorce, pro který potřebujete změřit frekvenci FET (f): w = 2 * 3,1416 * f. Ten se měří pomocí osciloskopu nebo frekvenčního měřiče. Pro výpočet indukčnosti cívky musíte použít fyzikální referenci nebo online kalkulačku.

V přítomnosti kondenzátoru (kondenzátoru) v CPT se objeví kapacitní R, které je označeno Xc. Na průtoková konstanta U, kondenzátor nedovolí I a v okruhu ÚT projde I a má kapacitu (C) a Xc. Tato hodnota se vypočítá podle vzorce Xc = 1 / (š * C), kde:

• w je cyklická frekvence, která se počítá podobně jako při výpočtu Xl;
• C je kapacita kondenzátoru uvedená na pouzdře nebo naměřená vhodným zařízením.

Impedance obvodu je označena Z a je součtem celého zatížení CLT (aktivní, indukční a kapacitní odpor). Pro výpočet musíte použít impedanční vzorec: Z = sqrt [sqr (R) + sqr (Xc - Xl)]. V CPT závisí hodnota Z na:

• geometrie P;
• druh látky, ze které je P vyrobeno;
• teplota;
• deformace různých typů;
• elektrické indikátory I, U, f, L, C a R.

Ohmův zákon pro část řetězce má následující podobu: I = U/Z. Elektrickou vodivost P není nutné počítat, protože pro tento účel existují ohmmetry. Výpočet Xl a Xc by měl být proveden nezávisle.

Měření odporu

Výpočet R nějakou dobu trvá. Tento úkol zjednodušuje zařízení zvané ohmmetr. Skládá se z digitálního nebo číselníkového ukazatele. Téměř všechny moderní kombinované přístroje (multimetry) jsou vybaveny funkcí měření R. Existují však i specializovaná zařízení, která se používají pro specifické účely, například pro měření R izolace vodičů kabelů. Tento typ přístroje se nazývá megaohmmetr. Ohmmetr slouží nejen k měření hodnoty R, ale také k přivolání rádiových součástek, kabelů, jednotlivých smyček a dalších prvků pro provozuschopnost a otevřený obvod.

Pro měření R je nutné odpojit sekci nebo rádiovou součástku a sledovat vybíjení obvodů, kde jsou přítomny kondenzátory. Před měřením musíte na zařízení nastavit požadovaný režim a zkratovat sondy, abyste zkontrolovali provozuschopnost zařízení. Některé modely jsou vybaveny funkcí bzučáku. Po otestování zařízení byste měli začít měřit.

Pro zjištění přesné hodnoty Z vodiče je nutné vzít v úvahu všechny veličiny, na kterých závisí. Výpočet Z vám umožňuje přesně vypočítat elektrický obvod zařízení, abyste se vyhnuli časově náročným měřením. Ohmmetrem můžete měřit pouze hodnotu aktivního odporu a Xl a Xc by se měly vypočítat nezávisle. S pomocí online kalkulaček to však nebude nic těžkého.