Impedancia: všeobecné informácie, závislosť od iných veličín a výpočtových vzorcov

Akákoľvek látka, ktorá je v rôznych stavoch, má určitý odpor. V niektorých prípadoch je potrebné vypočítať impedanciu obvodu alebo konkrétneho úseku. V takejto situácii by ste mali použiť vzorce. Okrem toho musíte pochopiť základný význam odporu a elektrickej vodivosti, ako aj závislosť týchto pojmov od určitých veličín.

Fyzický zmysel

Všetky látky podľa vodivosti elektrického prúdu (ET) delíme na vodiče, polovodiče a dielektriká. Vodiče sú prvky, ktoré dobre vedú ET. Je to spôsobené prítomnosťou voľných elektrónov (FE). Polovodiče sú špeciálnou skupinou látok, ktorých vodivosť závisí od vonkajších faktorov, napríklad od teploty, osvetlenia atď. Dielektriká sú všetky látky, ktoré nevedú ET v dôsledku absencie alebo nedostatočného množstva SE. Aby prúd pretekal látkou, je potrebná prítomnosť FE, ktorých počet závisí od elektronickej konfigurácie.

Elektronická konfigurácia akéhokoľvek prvku je prevzatá z periodickej tabuľky. Prúd má tepelný účinok na vodič, pretože FE interaguje s kryštálovou mriežkou (CR). ale časom sa vplyvom elektromagnetického poľa opäť zrýchlia, po čom sa proces interakcie mnohokrát opakuje. raz.

Proces interakcie voľných nabitých častíc s CR látky sa nazýva elektrický odpor vodiča. Odpor alebo elektrická vodivosť je označená písmenom R, jednotka merania tejto veličiny je Ohm.

Závislosť elektrickej vodivosti

R závisí od vonkajších faktorov prostredia, elektrických veličín, ako aj od charakteristík vodiča. Tieto závislosti sa používajú pri výpočte obvodov a výrobe rádiových komponentov. Existuje niekoľko spôsobov, ako nájsť Ra niekedy sú kombinované kvôli efektívnosti a výpočtovej presnosti.

Elektrické veličiny

Medzi elektrické veličiny, od ktorých závisí hodnota R patrí I, U, elektromotorická sila (označuje sa EDS e) a typ prúdu. R v elektrických obvodoch sa vypočíta podľa Ohmovho zákona pre určitý úsek obvodu: I, prúdiaci v danom úseku elektrického obvodu, je priamo úmerná U v tomto úseku a nepriamo úmerná R zvoleného úseku reťaze. Vo forme vzorca ho možno napísať takto: I = U/R.

Na základe dôsledku tohto zákona môžete získať odpor časti obvodu: R = U/I. Ak chcete vypočítať R v celej časti obvodu, musíte použiť vzorec (dôsledok Ohmovho zákona pre úplný obvod), berúc do úvahy vnútorný zdroj energie R: R = (e/I) - R interné. Hodnota elektrickej vodivosti sa vypočítava nielen pomocou Ohmových zákonov, ale aj pomocou geometrických parametrov vodiča a teploty. Okrem toho je potrebné vziať do úvahy typ prúdu (jednosmerný alebo striedavý).

Geometrické parametre a typ látky

Ak sú hlavnými nosičmi náboja FE a vlastnosti vodivosti sú priamo úmerné na ich počte a štruktúre RR, potom typ látky je jedným z faktorov ovplyvňujúcich R vodič. Látky a ich základné prvky, ktoré majú rôzne elektronické konfigurácie podľa periodickej tabuľky, majú rôzne CR, čo je spôsobené rôznymi R.

Materiálová závislosť je vyjadrená koeficientom označeným p. Charakterizuje špecifický R index vodiča. Jeho hodnota je prevzatá z tabuľky (pri teplote +20 ° C). Prevrátená hodnota p sa nazýva vodivosť a označuje sa σ. Vzťah medzi σ a p možno vyjadriť vzorcom p = 1/o.

Okrem toho R vodiča závisí aj od plochy prierezu (S). Táto závislosť je spôsobená tým, že pri malom priereze preteká vodičom hustota toku E a interakcia s RR sa stáva častejšou. Plocha prierezu sa dá pomerne ľahko vypočítať. Ak to chcete urobiť, musíte použiť nejaký algoritmusak je vodič (P) valcový drôt:

1. Meranie priemeru vodiča pomocou posuvného meradla (ШЦ).
2. Nájdenie S pomocou vzorca S = 3,1416 * sqr (d) / 4.

P môže byť lankový drôt, preto je pre presný výpočet potrebné nájsť S jedného jadra, pomocou algoritmu na nájdenie valcového tvaru P a potom výsledok vynásobte číslom žil.

Okrem toho existujú štvorcové a obdĺžnikové drôty, ale tieto sú zriedkavé. Ak to chcete urobiť, musíte vykonať nasledujúce výpočty:

1. V prípade štvorcového tvaru musíte zmerať SC jednu zo strán a urovnať ju: S = sqr (a).
2. Pre obdĺžnikový tvar by sa mali pomocou SHT zmerať dve protiľahlé strany a potom by sa mal vykonať výpočet pomocou vzorca S = a* b.

Z týchto algoritmov na nájdenie S možno vytvoriť univerzálny (abstraktný algoritmus). Je vhodný na vyhľadávanie alebo výpočet hodnôt bez ohľadu na tvar P, keď je rez striktne kolmo na P. Algoritmus vyzerá takto:

1. Vizuálne určte geometrický obrazec pri rezaní P.
2. Nájdite vzorec S v referencii.
3. Vykonajte merania pomocou SHT požadovaných hodnôt.
4. Dosaďte do vzorca a vypočítajte S.

Ďalšou veličinou je dĺžka P, s nárastom R rastie. Na základe týchto hodnôt možno odvodiť nasledujúci vzorec pre závislosť od druhu látky, dĺžky (L) a S vodiča: R = p * L / S.

Túto R-hodnotu však možno určiť pri +20 °C. Pre získanie presnejších výpočtov je potrebné zvážiť závislosť od teploty.

Teplota vodiča

Vedecky potvrdený je fakt, že p závisí od teploty. Toto tvrdenie sa dá prakticky dokázať. Na vykonanie experimentu sú potrebné nasledujúce prvky zobrazené na diagrame: nichrómová špirála (použitá v vykurovacie telesá), spojovacie medené vodiče, napájací zdroj, ampérmeter (na meranie I), voltmeter (mer U) a reostat.

Na diagrame je vykurovací článok znázornený ako odpor. Keď ho zapnete, mali by ste pozorne sledovať hodnoty ampérmetra. Cievka sa začne zahrievať a údaj ampérmetra sa pri zahrievaní znižuje. Podľa Ohmovho zákona pre úsek obvodu je potrebné dospieť k záveru, že s nárastom R sa prúd znižuje (nepriamo úmerná závislosť). Preto je hodnota R závislá od teploty. Pri zahrievaní dochádza k nárastu iónov v RC nichrómovej špirály a E sa s nimi začína častejšie zrážať.

Vo vzorci R = p * L / S môžete pomocou eliminačnej metódy nájsť indikátor, ktorý závisí od teploty. Ten nemá vplyv na dĺžku P. Podľa vzorca na výpočet S sa závislosť tiež nesleduje, pretože geometria P nezávisí od teploty. Zostáva p, ktoré závisí od teploty. Vo fyzike existuje vzorec závislosti p = p0 * [1 + a * (t - 20)]. List a je teplotný koeficient:

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

Premenná t je teplota P, p0 je merný odpor prevzatý z referenčnej knihy pre konkrétny materiál. Okrem toho p závisí aj od deformácie P, pretože v tomto prípade RR mení svoju štruktúru. K tomu dochádza pri spracovaní kovu pri nízkych teplotách a tlakoch. Takáto deformácia je plastická, s ňou je deformovaný CR a R prietoku E.

V tomto prípade sa p zvyšuje. Proces je reverzibilný, preto sú niektoré defekty redukované (rekryštalické žíhanie). Ak na kov pôsobia ťahové alebo tlakové sily, potom je táto deformácia elastická. Hodnota p klesá pôsobením tlakovej sily, pri ktorej dochádza k prudkému poklesu tepelných oscilácií (TC), a E sa ľahšie pohybuje. Ale pri pôsobení ťahovej sily dochádza k priamo úmernému zvýšeniu p, pri ktorom sa zvyšuje amplitúda TC.

Konečný vzorec možno napísať ako R = p0* [1 + a* (t - 20)]* L/S. Tento variant hľadania R bol však uvažovaný v obvodoch s konštantou I a vplyvom premennej I sa objavujú nové veličiny, ktoré ovplyvňujú výpočty.

AC obvod

Ohmov zákon platí len pre jednosmerné obvody. Pre premennú U bola zmenená, a preto existujú iné vzorce na nájdenie R. Odpor v obvodoch s premennou I (PT) je:

• aktívny;
• indukčné;
• kapacitné;
• kompletný.

Odpor znamená, že v obvode je prítomný odpor alebo akákoľvek iná nekapacitná alebo neinduktívna záťaž. Na jej výpočet je potrebné zmerať hodnoty amplitúd Um a Im. Pomocou prístrojov je možné získať iba skutočné hodnoty týchto veličín. Hodnoty amplitúdy sa vypočítavajú podľa vzorcov Um = Ud * sqrt (2) a Im = Id * sqrt (2). Na určenie aktívneho odporu (označeného R) musíte použiť vzorec Im = Um / R. Z toho môžete získať R = Ud * sqrt (2) / Im = Id * sqrt (2).

Ak je v obvode premennej I (CLT) tlmivka, tlmivka, obvod atď., potom sa objaví induktívne R, ktoré je označené Xl. Na výpočet musíte použiť vzorec Xl = w * L, ktorý predtým zmeral frekvenciu FET a vypočítal indukčnosť.

Hodnota cyklickej frekvencie sa zistí podľa vzorca, pre ktorý musíte zmerať frekvenciu FET (f): w = 2 * 3,1416 * f. Ten sa meria pomocou osciloskopu alebo frekvenčného merača. Na výpočet indukčnosti cievky musíte použiť fyzikálnu referenciu alebo online kalkulačku.

Ak je v CPT kondenzátor (kondenzátor), objaví sa kapacita R, ktorá je označená Xc. O prúdiaca konštanta U, kondenzátor nedovolí I a v okruhu ÚK prechádza I a má kapacitu (C) a Xc. Táto hodnota sa vypočíta podľa vzorca Xc = 1 / (w * C), kde:

• w je cyklická frekvencia, ktorá sa vypočíta podobne ako pri výpočte Xl;
• C je kapacita kondenzátora uvedená na obale alebo nameraná vhodným zariadením.

Impedancia obvodu je označená Z a je súčtom celého zaťaženia CLT (aktívny, indukčný a kapacitný odpor). Na výpočet musíte použiť impedančný vzorec: Z = sqrt [sqr (R) + sqr (Xc - Xl)]. V CPT závisí hodnota Z od:

• geometria P;
• druh látky, z ktorej je P vyrobené;
• teplota;
• deformácie rôznych typov;
• elektrické indikátory I, U, f, L, C a R.

Ohmov zákon pre časť reťazca má nasledujúcu formu: I = U/Z. Nie je potrebné vypočítať elektrickú vodivosť P, pretože na tento účel existujú ohmmetre. Výpočet Xl a Xc by sa mal vykonať nezávisle.

Meranie odporu

Výpočet R trvá nejaký čas. Táto úloha je zjednodušená zariadením nazývaným ohmmeter. Skladá sa z digitálneho alebo číselníka. Takmer všetky moderné kombinované prístroje (multimetre) sú vybavené funkciou merania R. Existujú však aj špecializované prístroje, ktoré sa používajú na špecifické účely, napríklad na meranie R izolácie káblových vodičov. Tento typ zariadenia sa nazýva megaohmmeter. Ohmmeter sa používa nielen na meranie hodnoty R, ale aj na volanie rádiových komponentov, káblov, jednotlivých slučiek a ďalších prvkov na prevádzkyschopnosť a otvorený obvod.

Na meranie R je potrebné odpojiť sekciu alebo rádiový komponent a sledovať vybitie obvodov, kde sú prítomné kondenzátory. Pred meraním musíte na zariadení nastaviť požadovaný režim a skratovať sondy, aby ste skontrolovali funkčnosť zariadenia. Niektoré modely sú vybavené funkciou bzučiaka. Po otestovaní zariadenia by ste mali začať merať.

Na zistenie presnej hodnoty Z vodiča je potrebné vziať do úvahy všetky veličiny, od ktorých závisí. Výpočet Z vám umožňuje presne vypočítať elektrický obvod zariadenia, aby ste sa vyhli časovo náročným meraniam. Ohmmetrom môžete merať iba hodnotu aktívneho odporu a Xl a Xc by sa mali vypočítať nezávisle. S pomocou online kalkulačiek to však nebude ťažké.