Impedenza: informazioni generali, dipendenza da altre grandezze e formule di calcolo

Qualsiasi sostanza, essendo in vari stati, ha una certa resistenza. In alcuni casi diventa necessario calcolare l'impedenza di un circuito o di una specifica sezione. In una situazione del genere, dovresti usare le formule. Inoltre, è necessario comprendere il significato di base della resistenza e della conduttività elettrica, nonché la dipendenza di questi concetti da determinate quantità.

senso fisico

Tutte le sostanze dalla conduttività della corrente elettrica (ET) sono divise in conduttori, semiconduttori e dielettrici. I conduttori sono elementi che conducono bene ET. Ciò è dovuto alla presenza di elettroni liberi (FE). I semiconduttori sono un gruppo speciale di sostanze la cui conduttività dipende da fattori esterni, ad esempio temperatura, illuminazione, ecc. I dielettrici sono tutte le sostanze che non conducono ET a causa dell'assenza o della quantità insufficiente di SE. Affinché la corrente scorra attraverso la sostanza, è necessaria la presenza di FE, il cui numero dipende dalla configurazione elettronica.

La configurazione elettronica di qualsiasi elemento è presa dalla tavola periodica. La corrente ha un effetto termico sul conduttore, poiché gli FE interagiscono con il reticolo cristallino (CR).Rallentano, ma nel tempo, sotto l'influenza del campo elettromagnetico, accelerano di nuovo, dopo di che il processo di interazione si ripete molte volte. una volta.

Il processo di interazione delle particelle cariche libere con il CR di una sostanza è chiamato resistenza elettrica del conduttore. La resistenza o la conduttività elettrica è indicata dalla lettera R, l'unità di misura di questa grandezza è Ohm.

Dipendenza dalla conduttività elettrica

R dipende da fattori ambientali esterni, grandezze elettriche e caratteristiche del conduttore. Queste dipendenze vengono utilizzate nel calcolo dei circuiti e nella produzione di componenti radio. Ci sono diversi modi per trovare R, e talvolta vengono combinati per efficienza e precisione computazionale.

Grandezze elettriche

Le grandezze elettriche da cui dipende il valore di R includono I, U, forza elettromotrice (si indica EDS e) e il tipo di corrente. R nei circuiti elettrici è calcolato secondo la legge di Ohm per una certa sezione del circuito: I, che scorre in un dato sezione del circuito elettrico, è direttamente proporzionale a U in questa sezione e inversamente proporzionale a R della sezione selezionata Catene. Sotto forma di formula, può essere scritta come segue: io = U / R.

In base alla conseguenza di questa legge, è possibile ottenere la resistenza della sezione del circuito: R = U / I. Se si desidera calcolare R sull'intera sezione del circuito, è necessario utilizzare la formula (una conseguenza della legge di Ohm per un circuito completo), tenendo conto della fonte di alimentazione R interna: R = (e / I) - R interna. Il valore della conduttività elettrica viene calcolato non solo utilizzando le leggi di Ohm, ma anche utilizzando i parametri geometrici del conduttore e la temperatura. Inoltre, è necessario tenere conto del tipo di corrente (continua o alternata).

Parametri geometrici e tipo di sostanza

Se i principali portatori di carica sono FE e le proprietà di conducibilità sono direttamente proporzionali a sul loro numero e struttura del RR, allora il tipo di sostanza è uno dei fattori che influenzano R conduttore. Le sostanze e i loro elementi costitutivi, che hanno diverse configurazioni elettroniche, secondo la tavola periodica, hanno CR diversi, il che è dovuto a diversi R.

La dipendenza dal materiale è espressa da un coefficiente indicato P. Caratterizza l'indice R specifico del conduttore. Il suo valore è preso dalla tabella (a una temperatura di +20 ° C). Il reciproco di p si chiama conducibilità e si denota σ. La relazione tra e p può essere espressa dalla formula p = 1 / σ.

Inoltre, la R del conduttore dipende anche dall'area della sezione trasversale (S). Questa dipendenza è dovuta al fatto che ad una piccola sezione d'urto, la densità di flusso E scorre attraverso il conduttore e l'interazione con il RR diventa più frequente. L'area della sezione trasversale è abbastanza facile da calcolare. Per fare ciò, è necessario utilizzare un algoritmose il conduttore (P) è un filo cilindrico:

1. Misurazione del diametro del conduttore mediante calibro a corsoio (ШЦ).
2. Trovare S usando la formula S = 3,1416 * sqr (d) / 4.

P può essere un filo intrecciato, quindi, per un calcolo accurato, è necessario trovare S di un nucleo, utilizzando l'algoritmo per trovare una forma cilindrica P, quindi moltiplicare il risultato per il numero ha vissuto.

Inoltre, ci sono fili quadrati e rettangolari, ma questi sono rari. Per fare ciò, è necessario eseguire i seguenti calcoli:

1. Per una forma quadrata, devi misurare SC uno dei lati e squadrarlo: S = sqr (a).
2. Per una forma rettangolare, due lati opposti dovrebbero essere misurati usando gli SHT, e poi il calcolo dovrebbe essere fatto usando la formula S = a * b.

Da questi algoritmi per trovare S, si può creare un algoritmo universale (astratto). È adatto per trovare o calcolare valori, indipendentemente dalla forma di P quando è tagliato rigorosamente perpendicolare a P. L'algoritmo si presenta così:

1. Determinare visivamente la figura geometrica durante il taglio di P.
2. Trova la formula S nel riferimento.
3. Effettuare le misurazioni con l'ausilio degli SHT dei valori richiesti.
4. Sostituisci nella formula e calcola S.

Un'altra grandezza è la lunghezza P, con un aumento in cui R aumenta. Sulla base di questi valori si può ricavare la seguente formula per la dipendenza dal tipo di sostanza, lunghezza (L) e S del conduttore: R = p * L / S.

Tuttavia, questo valore R può essere determinato a + 20 ° C. Per ottenere calcoli più accurati, è necessario considerare la dipendenza dalla temperatura.

Temperatura del conduttore

Scientificamente confermato è il fatto che p dipende dalla temperatura. Questa affermazione può essere dimostrata in modo pratico. Per condurre l'esperimento, sono necessari i seguenti elementi, mostrati nel diagramma: una spirale di nicromo (usata in resistenze), collegamento fili di rame, alimentatore, amperometro (per la misura I), voltmetro (misure U) e reostato.

Il diagramma mostra l'elemento riscaldante come resistenza. Quando lo accendi, dovresti osservare attentamente le letture dell'amperometro. La bobina inizia a riscaldarsi e la lettura dell'amperometro diminuisce man mano che si riscalda. Secondo la legge di Ohm per una sezione del circuito, è necessario concludere che con un aumento di R, la corrente diminuisce (dipendenza inversamente proporzionale). Pertanto, il valore R è dipendente dalla temperatura. Quando riscaldato, c'è un aumento di ioni nella RR della spirale di nicromo ed E inizia a scontrarsi con loro più spesso.

Nella formula R = p * L / S, puoi utilizzare il metodo di eliminazione per trovare un indicatore che dipende dalla temperatura. Quest'ultimo non influisce sulla lunghezza di P. Secondo la formula per il calcolo di S, anche la dipendenza non viene tracciata, poiché la geometria di P non dipende dalla temperatura. Rimane p, che dipende dalla temperatura. In fisica esiste una formula di dipendenza p = p0 * [1 + a * (t - 20)]. Lettera un è il coefficiente di temperatura:

• per metalli a> 0;
• per elettroliti a <0.

La variabile t è la temperatura P, p0 è la resistività presa dal libro di riferimento per un particolare materiale. Inoltre, p dipende anche dalla deformazione P, poiché in questo caso il RR cambia struttura. Ciò si verifica durante la lavorazione del metallo a basse temperature e pressioni. Tale deformazione è plastica, con essa la CR è distorta e la R del flusso E.

In questo caso p aumenta. Il processo è reversibile, quindi si riducono alcuni difetti (ricottura ricristallina). Se sul metallo agiscono forze di trazione o compressione, questa deformazione è elastica. Il valore di p diminuisce sotto l'azione della forza di compressione, alla quale si verifica una forte diminuzione delle vibrazioni termiche (TC), ed E si sposta più facilmente. Ma sotto l'azione della forza di trazione, si verifica un aumento direttamente proporzionale di p, al quale aumenta l'ampiezza TC.

La formula finale può essere scritta come R = p0 * [1 + a * (t - 20)] * L / S. Tuttavia, questa variante di trovare R è stata considerata nei circuiti con I costante e, sotto l'influenza della variabile I, appaiono nuove quantità che influenzano i calcoli.

Circuito CA

La legge di Ohm si applica solo ai circuiti CC. Per la variabile U è stata modificata e, quindi, esistono altre formule per trovare R. La resistenza nei circuiti con I variabile (PT) è:

• attivo;
• induttivo;
• capacitivo;
• completare.

La resistenza indica che nel circuito è presente un resistore o qualsiasi altro carico non capacitivo o non induttivo. Per calcolarlo è necessario misurare i valori delle ampiezze Um e Im. Con gli strumenti è possibile ottenere solo i valori effettivi di queste quantità. I valori di ampiezza sono calcolati dalle formule Um = Ud * sqrt (2) e Im = Id * sqrt (2). Per determinare la resistenza attiva (indicata con R), è necessario utilizzare la formula Im = Um / R. Da esso puoi ottenere R = Ud * sqrt (2) / Im = Id * sqrt (2).

Se c'è un induttore, un'induttanza, un circuito, ecc. Nel circuito variabile I (CLT), appare una R induttiva, che è indicata con Xl. Per calcolare, devi usare la formula Xl = w * L, dopo aver misurato la frequenza del FET e calcolato l'induttanza.

Il valore della frequenza ciclica si ricava dalla formula per la quale occorre misurare la frequenza del FET (f): w = 2 * 3,1416 * f. Quest'ultimo viene misurato utilizzando un oscilloscopio o un frequenzimetro. Per calcolare l'induttanza di una bobina, è necessario utilizzare un riferimento fisico o un calcolatore online.

In presenza di un condensatore (condensatore) nel CPT, appare una R capacitiva, che è indicata con Xc. In scorre costante U, il condensatore non consente I e nel circuito di riscaldamento centrale passa I e ha una capacità (C) e Xc. Questo valore è calcolato dalla formula Xc = 1 / (w * C), dove:

• w è la frequenza ciclica, calcolata in modo simile al calcolo di Xl;
• C è la capacità del condensatore indicata sulla custodia o misurata con apposito dispositivo.

L'impedenza del circuito è indicata da Z ed è la somma dell'intero carico del CLT (resistenza attiva, induttiva e capacitiva). Per il calcolo, è necessario utilizzare la formula dell'impedenza: Z = sqrt [sqr (R) + sqr (Xc - Xl)]. Nel CPT, il valore di Z dipende da:

• geometria P;
• il tipo di sostanza da cui è composta la P;
• temperatura;
• deformazioni di vario tipo;
• indicatori elettrici I, U, f, L, C e R.

La legge di Ohm per una sezione della catena assume la forma seguente: io = U / Z. Non è necessario calcolare la conducibilità elettrica P, poiché esistono ohmmetri per questo scopo. Il calcolo di Xl e Xc dovrebbe essere eseguito indipendentemente.

Misura della resistenza

Ci vuole un po' di tempo per calcolare R. Questo compito è semplificato da un dispositivo chiamato ohmmetro. Consiste in un indicatore digitale o a quadrante. Quasi tutti i moderni strumenti combinati (multimetri) sono dotati della funzione di misurazione R. Tuttavia, esistono anche dispositivi specializzati utilizzati per determinati scopi, ad esempio per misurare l'isolamento R dei conduttori dei cavi. Questo tipo di dispositivo è chiamato megaohmmetro. Un ohmmetro viene utilizzato non solo per misurare il valore di R, ma anche per chiamare componenti radio, cavi, circuiti individuali e altri elementi per la manutenzione e il circuito aperto.

Per misurare R è necessario togliere tensione alla sezione o componente radio e monitorare la scarica dei circuiti dove sono presenti i condensatori. Prima di effettuare misurazioni, è necessario impostare la modalità richiesta sul dispositivo e cortocircuitare le sonde per verificare la funzionalità del dispositivo. Alcuni modelli sono dotati di funzione buzzer. Dopo aver testato il dispositivo, dovresti iniziare a misurare.

Per trovare il valore esatto di Z del conduttore, è necessario tenere conto di tutte le quantità da cui dipende. Il calcolo di Z consente di calcolare con precisione il circuito elettrico di un dispositivo per evitare misurazioni noiose. Puoi misurare con un ohmmetro solo il valore della resistenza attiva e Xl e Xc dovrebbero essere calcolati indipendentemente. Tuttavia, con l'aiuto dei calcolatori online, non sarà difficile farlo.