Elektriahelate arvutamine: mis määrab juhi takistuse, arvutamise valemid

Üks aine füüsikalisi omadusi on selle võime juhtida elektrivoolu. Elektrijuhtivus (juhi takistus) sõltub mitmest tegurist: elektriahela pikkusest, struktuursed omadused, vabade elektronide olemasolu, temperatuur, vool, pinge, materjal ja pindala ristlõige.

Vastupanu füüsiline tähendus

Elektrivoolu vool läbi juhi viib vabade elektronide suunalise liikumiseni. Vabade elektronide olemasolu sõltub ainest endast ja on võetud tabelist D. JA. Mendelejev, nimelt elemendi elektroonilisest konfiguratsioonist. Elektronid hakkavad pihta kristallvõre element ja edastavad energia viimasele. Sel juhul tekib termiline efekt, kui vool mõjutab juhti.

Selle interaktsiooniga nad aeglustuvad, kuid siis hakkavad neid kiirendava elektrivälja toimel liikuma sama kiirusega. Elektronid põrkuvad tohutult palju kordi. Seda protsessi nimetatakse juhi takistuseks.

Järelikult on juhi elektritakistus füüsikaline suurus, mis iseloomustab pinge ja voolutugevuse suhet.

Mis on elektritakistus: väärtus, mis näitab füüsilise keha omadust teiseneda elektrienergia soojusenergiaks, mis on tingitud elektronenergia vastasmõjust kristallvõrega ained. Juhtivuse olemuse järgi erinevad need:

1. Juhid (vabade elektronide olemasolul võimelised juhtima elektrivoolu).
2. Pooljuhid (võivad juhtida elektrit, kuid teatud tingimustel).
3. Dielektrikud või isolaatorid (suure takistusega, vabu elektrone pole, mistõttu nad ei suuda voolu juhtida).

Seda omadust tähistatakse tähega R ja mõõdetuna oomides (oomides). Nende ainerühmade kasutamine on seadmete elektriliste skemaatiliste diagrammide väljatöötamiseks väga oluline.

R-i sõltuvuse millestki täielikuks mõistmiseks peate pöörama erilist tähelepanu selle väärtuse arvutamisele.

Elektrijuhtivuse arvutamine

Juhi R arvutamiseks rakendatakse Ohmi seadust, mis ütleb: vool (I) on võrdeline pingega (U) ja pöördvõrdeline takistusega.

Materjalile R iseloomuliku juhtivuse leidmise valem (Oomi seaduse tagajärg vooluringi lõigule): R = U / I.

Kogu vooluringi lõigu jaoks on see valem järgmine: R = (U / I) - Rvn, kus Rvn on toiteallika sisemine R.

Materjali juhtivuse sõltuvus

Juhi võime edastada elektrivoolu sõltub paljudest teguritest: pinge, vool, pikkus, ristlõikepindala ja juhtme materjal, samuti ümbritseva õhu temperatuur kolmapäeval.

Elektrotehnikas võetakse takistite arvutamisel ja valmistamisel arvesse ka juhi geomeetrilist komponenti.

Millest sõltub takistus: juhi pikkusest - l, takistusest - p ja ristlõike pindalast (raadiusega r) - S = Pi * r * r.

Dirigent R valem: R = p * l / S.

Valem näitab, mis määrab juhi takistus: R, l, S. Seda pole vaja niimoodi arvutada, sest on palju parem viis. Takistuse leiate iga juhtmetüübi vastavatest teatmeraamatutest (p on füüsikaline suurus, mis võrdub 1 meetri pikkuse ja 1 m2 ristlõikepinnaga materjali R-ga.

Sellest valemist ei piisa aga takisti täpseks arvutamiseks, seetõttu kasutatakse sõltuvust temperatuurist.

Ümbritseva õhu temperatuuri mõju

On tõestatud, et igal ainel on temperatuurist sõltuv eritakistus.

Selle demonstreerimiseks võib läbi viia järgmise katse. Võtke nikroomist või mis tahes juhist spiraal (skeemil näidatud takistina), toiteallikas ja tavaline ampermeeter (selle saab asendada hõõglambiga). Pange kett kokku vastavalt skeemile 1.

Skeem 1 – Katse elektriahel

Tarbijat on vaja toita ja hoolikalt jälgida ampermeetri näitu. Järgmisena peaksite R soojendama ilma seda välja lülitamata ja ampermeetri näidud hakkavad temperatuuri tõustes langema. Sõltuvus jälgitakse ahela lõigu Ohmi seaduse järgi: I = U / R. Sel juhul võib tähelepanuta jätta toiteallika sisemise takistuse: see ei mõjuta R temperatuuri sõltuvuse demonstreerimist. Sellest järeldub, et R on sõltuvuses temperatuurist.

R väärtuse suurenemise füüsikaline tähendus tuleneb temperatuuri mõjust ioonide vibratsiooni amplituudile (tõusule) kristallvõres. Selle tulemusena põrkuvad elektronid sagedamini ja see põhjustab R suurenemise.

Vastavalt valemile: R = p * l / S, leiame indikaatori, mis oleneb temperatuurist (S ja l on temperatuurist sõltumatud). Jääb p dirigent. Selle põhjal saadakse temperatuurist sõltuvuse valem: (R - Ro) / R = a * t, kus Ro temperatuuril 0 Celsiuse kraadid, t on ümbritseva õhu temperatuur ja a on proportsionaalsuskoefitsient (temperatuur koefitsient).

Metallide puhul on "a" alati suurem kui null ja elektrolüütide lahuste puhul on temperatuurikoefitsient väiksem kui 0.

Arvutustes kasutatav valem p leidmiseks: p = (1 + a * t) * po, kus po on konkreetse juhi teatmeraamatust võetud eritakistuse väärtus. Sel juhul võib temperatuurikoefitsienti pidada konstantseks. Võimsuse (P) sõltuvus R-st tuleneb võimsuse valemist: P = U * I = U * U / R = I * I * R. Eritakistuse väärtus sõltub ka materjali deformatsioonidest, mille juures kristallvõre puruneb.

Deformatsioon ja takistus

Kui metalli töödeldakse külmas keskkonnas teatud rõhu all, tekib plastiline deformatsioon. Sel juhul kristallvõre moondub ja elektronide voolu R suureneb. Sel juhul suureneb ka takistus. See protsess on pöörduv ja seda nimetatakse ümberkristalliliseks lõõmutamiseks, mille tõttu mõned defektid vähenevad.

Kui metallile mõjuvad tõmbe- ja survejõud, tekivad viimases deformatsioonid, mida nimetatakse elastseks. Takistus väheneb kokkusurumisel, kuna soojusvibratsiooni amplituud väheneb. Suunatud laetud osakesed liigutamine muutub lihtsamaks. Venitamisel suureneb vastupidavus termiliste vibratsioonide amplituudi suurenemise tõttu.

Teine juhtivust mõjutav tegur on juhti läbiva voolu tüüp.

Vahelduvvooluahelad

Vahelduvvooluga võrkudes käitub takistus mõnevõrra erinevalt, kuna Ohmi seadus kehtib ainult konstantse pingega ahelate puhul. Seetõttu tuleks arvutused teha erinevalt.

Impedantsi tähistatakse tähega Z ja see koosneb aktiivse, mahtuvusliku ja induktiivse takistuse algebralisest summast.

Kui aktiivne R on ühendatud vahelduvvooluahelaga, hakkab potentsiaalide erinevuse mõjul voolama sinusoidne vool. Sel juhul näeb valem välja järgmine: Im = Um / R, kus Im ja Um on voolu ja pinge amplituudi väärtused. Takistuse valem on järgmisel kujul: Im = Um / ((1 + a * t) * po * l / 2 * Pi * r * r).

Mahtuvuslik takistus (Xc) on tingitud kondensaatorite olemasolust ahelates. Tuleb märkida, et vahelduvvool läbib kondensaatoreid ja seetõttu toimib see mahtuvusega juhina.

Arvutage Xc järgmiselt: Xc = 1 / (w * C), kus w on nurksagedus ja C on kondensaatori või kondensaatorite rühma mahtuvus. Nurksagedus määratakse järgmiselt:

1. Mõõdetakse vahelduvvoolu sagedust (tavaliselt 50 Hz).
2. Korrutatud 6,283-ga.

Induktiivne takistus (Xl) - tähendab induktiivsuse olemasolu ahelas (drossel, relee, ahel, trafo jne). Arvutatakse järgmiselt: Xl = wL, kus L on induktiivsus ja w on nurksagedus. Induktiivsuse arvutamiseks selleks on vaja kasutada spetsiaalseid veebikalkulaatoreid või füüsika teatmeteost. Niisiis, kõik väärtused arvutatakse valemitega ja jääb üle ainult Z üles kirjutada: Z * Z = R * R + (Xc - Xl) * (Xc - Xl).

Lõpliku väärtuse määramiseks peate eraldama avaldise ruutjuure: R * R + (Xc - Xl) * (Xc - Xl). Valemitest järeldub, et vahelduvvoolu sagedus mängib suurt rolli, näiteks sama konstruktsiooniga ahelas suureneb sageduse suurenemisega ka selle Z. Tuleb lisada, et vahelduvpinge Z ahelates sõltub järgmistest näitajatest:

1. Juhtide pikkused.
2. Lõikealad - S.
3. Temperatuurid.
4. Materjali tüüp.
5. Võimsused.
6. Induktiivsus.
7. Sagedused.

Järelikult on Ohmi seadusel ahela lõigu jaoks täiesti erinev vorm: I = U / Z. Samuti muutub kogu ahela seadus.

Elektrijuhtivuse mõõtmine

Takistuse arvutamine nõuab teatud aega, seetõttu kasutatakse nende väärtuste mõõtmiseks spetsiaalseid elektrilisi mõõteseadmeid, mida nimetatakse oommeetriteks. Mõõteseade koosneb sihverplaadist, millele on järjestikku ühendatud toiteallikas.

Mõõt R kõik kombineeritud seadmednäiteks testrid ja multimeetrid. Eraldi instrumente ainult selle karakteristiku mõõtmiseks kasutatakse üliharva (megaohmmeeter toitekaabli isolatsiooni kontrollimiseks).

Seadet kasutatakse elektriahelate järjepidevuse tagamiseks raadiokomponentide kahjustuste ja töökorrasoleku tagamiseks, samuti kaablite isolatsiooni järjepidevuse tagamiseks.

R mõõtmisel on vaja vooluringi osa täielikult pingest välja lülitada, et vältida seadme kahjustamist. Selleks peate võtma järgmised ettevaatusabinõud:

1. Ühendage vooluvõrgust lahti.
2. Lülitage seade sisse ja kondensaatorid tühjenevad.
3. Alustage mõõtmist või helistamist.
4. Seadke lüliti takistuse mõõtmise režiimi.
5. Lühistage seadme testjuhtmed, et veenduda selle töös (see näitab väga madalat takistust).
6. Mõõtke vajalik ala.

Kallites multimeetrites on järjepidevuse funktsioon, mida dubleerib helisignaal, nii et pole vaja instrumendi näidikut vaadata.

Seega mängib elektritakistus elektrotehnikas olulist rolli. See sõltub püsiahelates temperatuurist, voolutugevusest, pikkusest, materjali tüüp ja ala põiki juhi ristlõige. Vahelduvvooluahelates lisanduvad sellele sõltuvusele sellised suurused nagu sagedus, mahtuvus ja induktiivsus. Tänu sellele sõltuvusele on võimalik muuta elektri omadusi: pinget ja voolu. Takistuse väärtuse mõõtmiseks kasutatakse ohmmeetrit, mida kasutatakse ka juhtmestiku probleemide, erinevate vooluahelate ja raadiokomponentide järjepidevuse tuvastamisel.