Impedancja: informacje ogólne, zależność od innych wielkości i wzorów obliczeniowych

Każda substancja znajdująca się w różnych stanach ma pewien opór. W niektórych przypadkach konieczne staje się obliczenie impedancji obwodu lub określonej sekcji. W takiej sytuacji powinieneś skorzystać z formuł. Ponadto musisz zrozumieć podstawowe znaczenie rezystancji i przewodności elektrycznej, a także zależność tych pojęć od pewnych wielkości.

Zmysł fizyczny

Wszystkie substancje według przewodnictwa prądu elektrycznego (ET) są podzielone na przewodniki, półprzewodniki i dielektryki. Przewodniki to elementy, które dobrze przewodzą ET. Wynika to z obecności wolnych elektronów (FE). Półprzewodniki to specjalna grupa substancji, których przewodnictwo zależy od czynników zewnętrznych, np. temperatury, oświetlenia itp. Dielektryki to wszystkie substancje, które nie przewodzą ET z powodu braku lub niewystarczającej ilości SE. Aby prąd przepływał przez substancję, wymagana jest obecność FE, których liczba zależy od konfiguracji elektronicznej.

Konfiguracja elektroniczna dowolnego pierwiastka pochodzi z układu okresowego. Prąd ma wpływ termiczny na przewodnik, ponieważ FE oddziałuje z siecią krystaliczną (CR), spowalniając, ale z czasem, pod wpływem pola elektromagnetycznego, ponownie przyspieszają, po czym proces interakcji powtarza się wielokrotnie. pewnego razu.

Proces oddziaływania swobodnych naładowanych cząstek z CR substancji nazywa się oporem elektrycznym przewodnika. Rezystancja lub przewodność elektryczna jest oznaczona literą r, jednostką miary tej wielkości jest Ohm.

Zależność przewodności elektrycznej

R zależy od zewnętrznych czynników środowiskowych, wielkości elektrycznych, a także właściwości przewodnika. Zależności te są wykorzystywane w obliczeniach obwodów i produkcji komponentów radiowych. Istnieje kilka sposobów na znalezienie R, a czasami są łączone w celu zapewnienia wydajności i dokładności obliczeniowej.

Wielkości elektryczne

Wielkości elektryczne, od których zależy wartość R, obejmują I, U, siłę elektromotoryczną (oznaczamy EDS mi) i rodzaj prądu. R w obwodach elektrycznych oblicza się zgodnie z prawem Ohma dla pewnego odcinka obwodu: I, płynącego w danym przekrój obwodu elektrycznego, jest wprost proporcjonalny do U w tej sekcji i odwrotnie proporcjonalny do R wybranego odcinka więzy. W postaci formuły można ją zapisać w następujący sposób: I = U / R.

Na podstawie konsekwencji tego prawa można uzyskać rezystancję odcinka obwodu: R = U / I. Jeśli chcesz obliczyć R na całym odcinku obwodu, musisz użyć wzoru (konsekwencja prawa Ohma dla całego obwodu), biorąc pod uwagę wewnętrzne źródło zasilania R: R = (e / I) - R wewnętrzne. Wartość przewodności elektrycznej oblicza się nie tylko z praw Ohma, ale także z parametrów geometrycznych przewodnika i temperatury. Ponadto należy wziąć pod uwagę rodzaj prądu (bezpośredni lub przemienny).

Parametry geometryczne i rodzaj substancji

Jeśli głównymi nośnikami ładunku są FE, a właściwości przewodnictwa są wprost proporcjonalne do na ich liczbę i strukturę RR, to rodzaj substancji jest jednym z czynników wpływających na R konduktor. Substancje i ich elementy składowe, które mają różne konfiguracje elektroniczne, zgodnie z układem okresowym, mają różne CR, co wynika z różnych R.

Zależność materiałowa wyraża się współczynnikiem oznaczonym P. Charakteryzuje specyficzny wskaźnik R przewodnika. Jego wartość pobierana jest z tabeli (w temperaturze +20 ° C). Odwrotność p nazywana jest przewodnością i jest oznaczona σ. Zależność między σ i p można wyrazić wzorem p = 1 / σ.

Ponadto R przewodu zależy również od pola przekroju (S). Zależność ta wynika z faktu, że przy małym przekroju gęstość strumienia E przepływa przez przewodnik i interakcja z RR staje się częstsza. Pole przekroju jest dość łatwe do obliczenia. Aby to zrobić, musisz użyć jakiegoś algorytmujeśli przewodnik (P) jest drutem cylindrycznym:

1. Pomiar średnicy przewodu za pomocą suwmiarki z noniuszem (ШЦ).
2. Znajdowanie S za pomocą wzoru S = 3,1416 * sqr (d) / 4.

P może być skręconym drutem, dlatego dla dokładnych obliczeń konieczne jest znalezienie S jednego rdzenia, za pomocą algorytmu znalezienia kształtu cylindrycznego P, a następnie pomnożyć wynik przez liczbę żył.

Do tego dochodzą druty kwadratowe i prostokątne, ale są to rzadkie. Aby to zrobić, musisz wykonać następujące obliczenia:

1. Aby uzyskać kwadratowy kształt, musisz zmierzyć SC na jednym z boków i podliczyć go do kwadratu: S = sqr (a).
2. Dla kształtu prostokątnego należy zmierzyć dwa przeciwległe boki za pomocą SHT, a następnie wykonać obliczenia według wzoru S = a * b.

Z tych algorytmów znajdowania S można stworzyć uniwersalny (abstrakcyjny algorytm). Nadaje się do znajdowania lub obliczania wartości, niezależnie od kształtu P, gdy jest cięty ściśle prostopadle do P. Algorytm wygląda tak:

1. Wizualnie określ figurę geometryczną podczas cięcia P.
2. Znajdź formułę S w odwołaniu.
3. Przeprowadź pomiary za pomocą SHT wymaganych wartości.
4. Podstaw we wzorze i oblicz S.

Inną wielkością jest długość P, ze wzrostem, w którym rośnie R. Na podstawie tych wartości można wyprowadzić następujący wzór na zależność od rodzaju substancji, długości (L) i S przewodnika: R = p * L / S.

Jednak tę wartość R można określić w temperaturze + 20 ° C. Aby uzyskać dokładniejsze obliczenia, należy wziąć pod uwagę zależność od temperatury.

Temperatura przewodu

Naukowo potwierdzony jest fakt, że p zależy od temperatury. To stwierdzenie można udowodnić w praktyczny sposób. Do przeprowadzenia eksperymentu wymagane są następujące elementy pokazane na schemacie: spirala nichromowa (używana w elementy grzejne), podłączenie przewodów miedzianych, zasilanie, amperomierz (do pomiaru I), woltomierz (pomiary) U) i reostat.

Na schemacie element grzejny jest pokazany jako rezystor. Po włączeniu należy uważnie obserwować odczyty amperomierza. Cewka zaczyna się nagrzewać, a odczyt amperomierza spada wraz z nagrzewaniem. Zgodnie z prawem Ohma dla odcinka obwodu należy stwierdzić, że wraz ze wzrostem R prąd maleje (zależność odwrotnie proporcjonalna). Dlatego wartość R jest zależna od temperatury. Po podgrzaniu następuje wzrost liczby jonów w RC spirali nichromowej i E zaczyna się z nimi częściej zderzać.

We wzorze R = p * L / S możesz użyć metody eliminacji, aby znaleźć wskaźnik zależny od temperatury. Ta ostatnia nie wpływa na długość P. Zgodnie ze wzorem do obliczania S zależność również nie jest śledzona, ponieważ geometria P nie zależy od temperatury. Pozostaje p, które zależy od temperatury. W fizyce istnieje wzór zależności p = p0 * [1 + a * (t - 20)]. List a to współczynnik temperaturowy:

• dla metali a> 0;
• dla elektrolitów a <0.

Zmienna t to temperatura P, p0 to rezystywność zaczerpnięta z podręcznika dla danego materiału. Ponadto p zależy również od odkształcenia P, ponieważ w tym przypadku RR zmienia swoją strukturę. Dzieje się tak podczas obróbki metalu w niskich temperaturach i ciśnieniach. Taka deformacja jest plastyczna, z nią CR jest zniekształcona, a R przepływu E.

W tym przypadku p wzrasta. Proces jest odwracalny, dzięki czemu niektóre wady są redukowane (wyżarzanie rekrystaliczne). Jeśli na metal działają siły rozciągające lub ściskające, to odkształcenie to jest elastyczne. Wartość p maleje pod działaniem siły ściskającej, przy której następuje gwałtowny spadek oscylacji termicznych (TC), a E porusza się łatwiej. Ale pod działaniem siły rozciągającej następuje wprost proporcjonalny wzrost p, przy którym wzrasta amplituda TC.

Ostateczną formułę można zapisać jako R = p0 * [1 + a * (t - 20)] * L / S. Jednak ten wariant znalezienia R był rozpatrywany w obwodach o stałej I i pod wpływem zmiennej I pojawiają się nowe wielkości, które wpływają na obliczenia.

Obwód prądu przemiennego

Prawo Ohma dotyczy tylko obwodów prądu stałego. Dla zmiennej U została ona zmieniona i dlatego istnieją inne wzory na znalezienie R. Rezystancja w obwodach ze zmienną I (PT) wynosi:

• aktywny;
• indukcyjny;
• pojemnościowy;
• kompletny.

Rezystancja wskazuje, że w obwodzie występuje rezystor lub inne obciążenie niepojemnościowe lub nieindukcyjne. Aby to obliczyć, konieczne jest zmierzenie wartości amplitud Um i Im. Za pomocą przyrządów można uzyskać tylko rzeczywiste wartości tych wielkości. Wartości amplitudy są obliczane według wzorów Um = Ud * sqrt (2) oraz Im = Id * sqrt (2). Aby określić aktywny opór (oznaczony przez R), musisz użyć wzoru Im = Um / R. Z tego możesz uzyskać R = Ud * sqrt (2) / Im = Id * sqrt (2).

Jeśli w obwodzie zmiennej I (CLT) znajduje się cewka indukcyjna, dławik, obwód itp., wówczas pojawia się indukcyjny R, który jest oznaczony jako Xl. Aby obliczyć, musisz użyć wzoru Xl = w * L, po uprzednim zmierzeniu częstotliwości FET i obliczeniu indukcyjności.

Wartość częstotliwości cyklicznej określa wzór, dla którego należy zmierzyć częstotliwość FET (f): w = 2 * 3,1416 * f. Ten ostatni jest mierzony za pomocą oscyloskopu lub miernika częstotliwości. Aby obliczyć indukcyjność cewki, musisz użyć odniesienia do fizyki lub kalkulatora internetowego.

Jeśli w CPT znajduje się kondensator (kondensator), pojawia się pojemnościowy R, który jest oznaczony przez Xc. Na płynie stałe U, kondensator nie przepuszcza I, a w obiegu CO przechodzi I i ma pojemność (C) i Xc. Ta wartość jest obliczana według wzoru Xc = 1 / (w * C), gdzie:

• w jest częstotliwością cykliczną, która jest obliczana podobnie do obliczenia Xl;
• C to pojemność kondensatora wskazana na obudowie lub zmierzona za pomocą odpowiedniego urządzenia.

Impedancja obwodu jest wskazywana przez Z i jest sumą całego obciążenia CLT (rezystancja czynna, indukcyjna i pojemnościowa). Aby obliczyć, musisz użyć wzoru na impedancję: Z = sqrt [sqr (R) + sqr (Xc - Xl)]. W CPT wartość Z zależy od:

• geometria P;
• rodzaj substancji, z której wykonany jest P;
• temperatura;
• deformacje różnego typu;
• wskaźniki elektryczne I, U, f, L, C i R.

Prawo Ohma dla odcinka łańcucha przyjmuje następującą postać: I = U / Z. Nie jest konieczne obliczanie przewodności elektrycznej P, ponieważ do tego celu służą omomierze. Obliczenia Xl i Xc należy wykonać niezależnie.

Pomiar rezystancji

Obliczenie R zajmuje trochę czasu. To zadanie jest uproszczone przez urządzenie zwane omomierzem. Składa się ze wskaźnika cyfrowego lub zegarowego. Prawie wszystkie nowoczesne przyrządy kombinowane (multimetry) są wyposażone w funkcję pomiaru R. Istnieją jednak również specjalistyczne urządzenia, które służą do określonych celów, na przykład do pomiaru izolacji R żył kabli. Ten typ urządzenia nazywa się megaomomierzem. Omomierz służy nie tylko do pomiaru wartości R, ale także do wywoływania komponentów radiowych, kabli, poszczególnych pętli i innych elementów w celu serwisowania i otwartego obwodu.

Aby zmierzyć R, konieczne jest odłączenie sekcji lub elementu radiowego i monitorowanie rozładowania obwodów, w których występują kondensatory. Przed wykonaniem pomiarów należy ustawić wymagany tryb na urządzeniu i zewrzeć sondy, aby sprawdzić urządzenie pod kątem serwisowania. Niektóre modele są wyposażone w funkcję brzęczyka. Po przetestowaniu urządzenia należy rozpocząć pomiar.

Aby znaleźć dokładną wartość Z przewodnika, należy wziąć pod uwagę wszystkie wielkości, od których zależy. Obliczanie Z pozwala dokładnie obliczyć obwód elektryczny urządzenia, aby uniknąć czasochłonnych pomiarów. Za pomocą omomierza można zmierzyć tylko wartość rezystancji czynnej, a Xl i Xc należy obliczyć niezależnie. Jednak przy pomocy kalkulatorów online nie będzie to trudne.