Wabashpress.ru

Техника Гидропрессы
9 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Удельное сопротивление что это

Т. Сопротивление

Как уже отмечалось, сила тока в цепи зависит не только от напряжения на концах участка, но также и от свойств проводника, включенного в цепь. Зависимость силы тока от свойств проводников объясняется тем, что разные проводники обладают различным электрическим сопротивлением.

Электрическое сопротивление R — физическая скалярная величина, характеризующая свойство проводника уменьшать скорость упорядоченного движения свободных носителей зарядов в проводнике. Обозначается сопротивление буквой R. В СИ единицей сопротивления проводника является ом (Ом).

1 Ом — сопротивление такого проводника, сила тока в котором равна 1 А при напряжении на нем 1 В.

Применяются и другие единицы: килоом (кОм), мегаом (МОм), миллиом (мОм): 1 кОм = 10 3 Ом; 1 МОм = 10 6 Ом; 1 мОм = 10 -3 Ом.

Физическую величину G, обратную сопротивлению, называют электрической проводимостью[

Единицей электрической проводимости в СИ является сименс: 1 См — это проводимость проводника сопротивлением 1 Ом.

Проводник содержит не только свободные заряженные частицы — электроны, но и нейтральные частицы и связанные заряды. Все они участвуют в хаотическом тепловом движении, равновероятном в любых направлениях. При включении электрического поля под действием электрических сил будет преобладать направленное упорядоченное движение свободных зарядов, которые должны двигаться с ускорением и их скорость должна была бы со временем возрастать. Но в проводниках свободные заряды движутся с некоторой постоянной средней скоростью. Следовательно, проводник оказывает сопротивление упорядоченному движению свободных зарядов, часть энергии этого движения передается проводнику, в результате чего повышается его внутренняя энергия. Из-за движения свободных зарядов искажается даже идеальная кристаллическая решетка проводника, на искажениях кристаллической структуры рассеивается энергия упорядоченного движения свободных зарядов. Проводник оказывает сопротивление прохождению электрического тока.

Сопротивление проводника зависит от материала, из которого он изготовлен, длины проводника и площади поперечного сечения. Для проверки этой зависимости можно воспользоваться той же электрической схемой, что и для проверки закона Ома (рис. 2), включая в участок цепи ΜΝ различные по размерам проводники цилиндрической формы, изготовленные из одного и того же материала, а также из разных материалов.

Результаты эксперимента показали, что сопротивление проводника прямо пропорционально длине l проводника, обратно пропорционально площади S его поперечного сечения и зависит от рода вещества, из которого изготовлен проводник:

где ρ — удельное сопротивление проводника.

Удельное сопротивление проводника — скалярная физическая величина, численно равная сопротивлению однородного цилиндрического проводника, изготовленного из данного вещества и имеющего длину 1 м и площадь поперечного сечения 1 м 2 , или сопротивлению куба с ребром 1 м. Единицей удельного сопротивления в СИ является ом-метр (Ом·м).

Удельное сопротивление металлического проводника зависит от

  1. концентрации свободных электронов в проводнике;
  2. интенсивности рассеивания свободных электронов на ионах кристаллической решетки, совершающих тепловые колебания;
  3. интенсивности рассеивания свободных электронов на дефектах и примесях кристаллической структуры.

Наименьшим удельным сопротивлением обладает серебро и медь. Очень велико удельное сопротивление у сплава никеля, железа, хрома и марганца — «нихрома». Удельное сопротивление кристаллов металлов в значительной степени зависит от наличия в них примесей. Например, введение 1 % примеси марганца увеличивает удельное сопротивление меди в три раза.

Литература

Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — C. 254-255.

Читайте так же:
Обучение на наладчика перчаточных станков

Активные и индуктивные сопротивления линии

Активное сопротивление проводов и кабелей из цветных металлов определяется по одной из следующих формул:


где r — расчетное удельное сопротивление провода или жилы кабеля, ом⋅мм 2 / м;
g — расчетная удельная проводимость провода или жилы кабеля, м / ом⋅мм 2 ;
F — номинальное сечение провода или кабеля, мм 2 .
Значения удельного сопротивления и удельной проводимости для медных проводов и кабелей:

для алюминиевых проводов и кабелей

Таблица 5-1 Активные сопротивления проводов и кабелей, ом/км
Сечение провода, мм кв.Медные провода и кабелиАлюминиевые провода и кабелиСталеалюминиевые провода
118,9
1.512,6
2,57,5512,6
44,657,90
63,065,26
101,843,163,12
161,201,982,06
250,741,281,38
350,540,920,85
500,390,640,65
700,280,460,46
950,200,340,33
1200,1580,270,27
1500,1230,210,21
1850,1030,170,17
2400,0780,1320,132
3000,0620,1060,107
4000,0470,080,08

Индуктивное сопротивление трехфазной линии с проводами из цветных металлов при частоте переменного тока 50 Гц определяется по формуле

где d — внешний диаметр провода, мм;
D — среднее геометрическое расстояние между проводами линии, вычисляемое по формуле

где D — расстояния между проводами у каждой пары проводов трехфазной линии, мм.
Активные сопротивления 1 км провода или жилы кабеля приведены в табл. 5-1, индуктивные сопротивления 1 км линии — в табл. 5-2 и 5-4.
Для стальных проводов активное и внутреннее индуктивное сопротивления зависят от протекающего по проводу переменного тока. Общее индуктивное сопротивление воздушной линии, выполненной стальными проводами, определяется как сумма внешнего х’ и внутреннего х» индуктивных сопротивлений:

Удельное сопротивление грунта

Расчётное удельное электрическое сопротивление грунта (Ом*м) — параметр, определяющий собой уровень "электропроводности" земли как проводника, то есть как хорошо будет растекаться в такой среде электрический ток от заземлителя.

Это измеряемая величина, зависящая от состава грунта, размеров и плотности прилегания друг к другу его частиц, влажности и температуры, концентрации в нём растворимых химических веществ (солей, кислотных и щелочных остатков).

Использование в расчётах

Удельное сопротивление грунта

Электрическое удельное сопротивление грунта является основным параметром для расчёта заземления.

Чем меньший размер имеет эта величина, тем меньше будет сопротивление заземления смонтированного устройства.

Величины расчётного электрического удельного сопротивления грунта (таблица)

ГрунтУдельное сопротивление, среднее значение (Ом*м)Сопротивление заземления для комплекта ZZ-000-015, ОмСопротивление заземления для комплекта ZZ-000-030, ОмСопротивление заземления для комплекта ZZ-100-102, Ом
Асфальт200 — 3 20017 — 2779,4 — 1518,3 — 132
Базальт2 000Требуются специальные мероприятия (замена грунта)
Бентонит (сорт глины)2 — 100,17 — 0,870,09 — 0,470,08 — 0,41
Бетон40 — 1 0003,5 — 872 — 471,5 — 41
Вода
Вода морская0,2
Вода прудовая403,521,7
Вода равнинной реки5042,52
Вода грунтовая20 — 601,7 — 51 — 31 — 2,5
Вечномёрзлый грунт (многолетнемёрзлый грунт)
Вечномёрзлый грунт — талый слой (у поверхности летом)500 — 100020 — 41
Вечномёрзлый грунт (суглинок)20 000Требуются специальные мероприятия (замена грунта)
Вечномёрзлый грунт (песок)50 000Требуются специальные мероприятия (замена грунта)
Глина
Глина влажная201,710,8
Глина полутвёрдая60532,5
Гнейс разложившийся275241211,5
Гравий
Гравий глинистый, неоднородный300261412,5
Гравий однородный800693833
Гранит1 100 — 22 000Требуются специальные мероприятия (замена грунта)
Гранитный гравий14 500Требуются специальные мероприятия (замена грунта)
Графитовая крошка0,1 — 2
Дресва (мелкий щебень/крупный песок)5 500477260228
Зола, пепел403,521,7
Известняк (поверхность)100 — 10 0008,7 — 8684,7 — 4724,1 — 414
Известняк (внутри)5 — 4 0000,43 — 3470,24 — 1890,21 — 166
Ил302,61,51
Каменный уголь1501376
Кварц15 000Требуются специальные мероприятия (замена грунта)
Кокс2,50,20,10,1
Лёсс (желтозем)250221210
Мел60532,5
Мергель
Мергель обычный1501476
Мергель глинистый (50 — 75% глинистых частиц)50422
Песок
Песок, сильно увлажненный грунтовыми водами10 — 600,9 — 50,5 — 30,4 — 2,5
Песок, умеренно увлажненный60 — 1305 — 113 — 62,5 — 5,5
Песок влажный130 — 40010 — 356 — 195 — 17
Песок слегка влажный400 — 1 50035 — 13019 — 7117 — 62
Песок сухой1 500 — 4 200130 — 36471 — 19862 — 174
Супесь (супесок)1501376
Песчаник1 000874741
Садовая земля403,521,7
Солончак201,710,8
Суглинок
Суглинок, сильно увлажненный грунтовыми водами10 — 600,9 — 50,5 — 30,4 — 2,5
Суглинок полутвердый, лесовидный100954
Суглинок при температуре минус 5 С°1506
Супесь (супесок)1501376
Сланец10 — 100
Сланец графитовый5552,52,3
Супесь (супесок)1501376
Торф
Торф при температуре 10°25211
Торф при температуре 0 С°5042,52
Чернозём60532,5
Щебень сухой
Щебень мокрый3 000260142124
Щебень сухой5 000434236207

Сопротивление заземления для комплектов ZZ-000-015 и ZZ-000-030, указанное в таблице, может использоваться при различных конфигурациях заземлителя — и точечной, и многоэлектродной.

Вместе с таблицей ориентировочных величин расчётного удельного сопротивления грунта предлагаем Вам
воспользоваться географической картой уже смонтированных ранее заземлителей на базе готовых комплектов заземления ZANDZ с результатами замеров сопротивления заземления.

Типы грунтов республики Казахстан и их удельные электрические сопротивления (карта)

Удельное электрическое сопротивление грунтов Казахстан

Тип грунтаОм*м
Известняк поверхностный5 050
Гранит2 000
Базальт2 000
Песчаник1 000
Гравий однородный800
Песчаник влажный800
Гравий глинистый300
Чернозём200
Разнообразные смеси глины и песка150
Суглинок лесовидный100
Глина полутвёрдая60
Сланцы глинистые55
Суглинок пластичный30
Глина пластичная20
Подземные водоносные слои5

Глина, суглинок, супесь (различия)

Рыхлые осадочные грунты, состоящие из глины и песка, классифицируются по содержанию в них глинистых частиц:

  • глина — более 30%. Глина очень пластичная, хорошо скатывается в шнур (между ладонями). Скатанный из глины шар сдавливается в лепешку без образования трещин по краям.
    • тяжелая — более 60%
    • обычная — от 30 до 60% с преобладанием глинистых частиц
    • пылеватая — от 30 до 60% с преобладанием песка
    • суглинок — от 10% до 30% глины. Этот грунт достаточно пластичен, при растирании его между пальцами не чувствуются отдельные песчинки. Скатанный из суглинка шар раздавливается в лепешку с образованием трещин по краям.
      • тяжелый — от 20 до 30%
      • средний — от 15 до 20%
      • легкий — от 10 до 15%
      • супесь (супесок) — менее 10% глины. Является переходной формой от глинистых к песчаным грунтам. Супесь наименее пластичная из всех глинистых грунтов; при ее растирании между пальцами чувствуются песчинки; она плохо скатывается в шнур. Скатанный из супеси шар рассыпается при сдавливании.

      Зависимости от условий

      Зависимость удельного сопротивления грунта (суглинок) от его влажности
      (данные из IEEE Std 142-1991):

      Удельное сопротивление грунта и влажность

      Зависимость удельного сопротивления грунта (суглинок) от его температуры
      (данные из IEEE Std 142-1991):

      Удельное сопротивление грунта и температура

      На этом графике хорошо видно, что при температуре ниже нуля грунт резко повышает свое удельное сопротивление, что связано с переходом воды в другое агрегатное состояние (из жидкого в твердое) — почти прекращаются процессы переноса заряда ионами солей и кислотными/щелочными остатками.

      Что такое активное сопротивление

      При прохождении тока в электрической цепи он подвергается противодействию ее отдельных частей, которое в электротехнике называется сопротивлением. Это приводит к потере части мощности. Чтобы правильно рассчитать параметры электрической цепи, нужно учитывать природу сопротивления и знать, в чем заключается действие различных его видов.

      Учет активного сопротивления играет важную роль при передаче энергии на большие расстояния

      Что такое сопротивление

      Ток, протекая через провода и различные радиодетали, тратит свою энергию. Это явление количественно выражается величиной сопротивления. В электротехнике его разделяют на активное и реактивное сопротивление. В первом случае при прохождении тока часть его энергии превращается в тепловой вид, а иногда и в другие (например, проявляется в химических реакциях). Величина активного сопротивления зависит от частоты переменного электротока и возрастает с ее увеличением.

      Виды сопротивлений и их формулы

      Второй тип сопротивления имеет более сложную природу и возникает в момент включения или выключения потребителя электроэнергии в сеть переменного или постоянного тока. В цепи с реактивным сопротивлением энергия электрического тока частично превращается в другую форму, а затем переходит обратно, то есть, наблюдается периодический колебательный процесс. Полное сопротивление цепи включает в себя активный и реактивный типы, которые учитываются по особым правилам.

      Виды сопротивления

      В электротехнике рассматривается активное электрическое сопротивление, а также две разновидности реактивного: индуктивное и ёмкостное.

      Детали с разным сопротивлением

      Активное сопротивление

      Можно представить себе электрическую цепь, в которой к клеммам батарейки через провод последовательно присоединены резистор и электрическая лампочка. Если замкнуть провода, лампочка загорится. Можно использовать вольтметр или мультиметр в соответствующем режиме работы, с помощью которых измеряется разность потенциалов между двумя точками цепи.

      Измерив напряжение между клеммами и сравнив его с тем, которое имеется на проводах подсоединённых к лампочке, можно увидеть, что последнее меньше. Это связано с падением напряжения на впаянной в цепь радиодетали. Последняя оказывает противодействие электрическому току, затрудняя его прохождение.

      Активным сопротивлением обладает каждая деталь, через которую проходит ток. У металлических проводов оно очень маленькое. Чтобы узнать величину сопротивления радиодетали, нужно изучить обозначение на ее корпусе. Если из рассматриваемой электроцепи убрать резистор, то сила тока, проходящего через лампочку, увеличится.

      Формула для расчета активного сопротивления соответствует закону Ома:

      • R — величина активного сопротивления между двумя точками в цепи;
      • U — напряжение или разность потенциалов между ними;
      • I — сила тока на рассматриваемом участке цепи.

      Для расчета активного сопротивления проводника формула будет другая:

      Расчет активного сопротивления проводника

      где K-коэффициент поверхностного эффекта, который равен 1,

      • l — длина проводника,
      • s — площадь поперечного сечения,
      • p — “ро” удельное сопротивление.

      Сопротивление принято измерять в Омах. Оно существенно зависит от формы и размеров объекта, через который протекает ток: сечения, длины, материала, а также от температуры. Действие активного сопротивления уменьшает энергию электрического тока, превращая её в другие формы (преимущественно в тепловую).

      Один из видов омметров

      Реактивное сопротивление

      Этот вид возникает тогда, когда переменный ток проходит сквозь элемент, который обладает индуктивностью или емкостью. Основной особенностью реактивного сопротивления является преобразование электрической энергии в другую форму в прямом и обратном направлениях. Часто это происходит циклически. Реактивное сопротивление проявляется только при изменениях силы тока и напряжения. Существует два его вида: индуктивное и емкостное.

      Индуктивное сопротивление

      При увеличении силы тока порождается магнитное поле, обладающее различными характеристиками. Наиболее важной из них является индуктивность. Магнитное поле, в свою очередь, воздействует на проводник, по которому протекает ток. Влияние является противоположным направлению изменения тока. То есть, если сила тока увеличилась, то магнитное поле будет уменьшать его, и наоборот, если снизилась, то поле усилит его. Когда ток не меняется, реактивное сопротивление катушки индуктивности будет равно нулю.

      Индуктивное сопротивление зависит от частоты тока. Чем она выше, тем выше скорость изменения данного параметра. Это значит, что будет образовано более сильное магнитное поле. Возникающая при этом ЭДС препятствует изменению электрического тока.

      Катушки индуктивности

      Расчет реактивного индуктивного сопротивления осуществляется по такой формуле:

      XL = L×w = L×2π×f, где буквами обозначаются:

      • L — индуктивность магнитного поля, которое порождается изменением силы тока;
      • W — круговая частота изменения, которая используется в описании синусоидального изменения силы тока;
      • Π — число «пи»;
      • f — частота тока в обычном смысле.

      При синусоидальном изменении напряжения сила тока будет меняться, отставая от него по фазе. Поэтому реактивное сопротивление трансформатора существенно зависит от его индуктивности.

      Мощные трансформаторы используются для преобразования электроэнергии

      Емкостное сопротивление

      Оно имеет иную природу, чем индуктивное. Это понятие удобно проиллюстрировать на примере электрической цепи, состоящей из источника питания, клеммы которого соединены с обкладками конденсатора. Сразу после подключения на них будет постепенно накапливаться заряд, создавая ток в цепи.

      После достижения предельной величины, которая определяется ёмкостью детали, ток не будет проходить по цепи. Если после этого отключить провода от клемм, а затем последние соединить, то между ними начнётся перемещение зарядов до тех пор, пока разность потенциалов станет равной нулю.

      Если к конденсатору подключить источник переменного тока, то будет происходить следующее. С увеличением разности потенциалов заряд на обкладках конденсатора будет расти. Когда напряжение перейдёт в фазу уменьшения, накопленный заряд начнёт стекать с них, образуя ток противоположного направления. Затем разность потенциалов станет отрицательной, но по абсолютной величине будет расти до максимального значения. При этом конденсатор начнет вновь заряжаться, но при этом знак поступающих зарядов будет не такой, который был раньше.

      Виды конденсаторов

      Когда напряжение начнёт увеличиваться (уменьшаясь по абсолютной величине), заряд с обкладок конденсатора будет стекать. Когда разность потенциалов у источника достигнет нуля и продолжит увеличиваться, начнётся новый цикл изменений.

      На каждом этапе описанной ситуации ток с обкладок конденсатора будет иметь направление противоположное тому, которое порождается переменной разностью потенциалов источника питания.

      Происходящее таким образом уменьшение силы тока представляет собой физический смысл ёмкостного сопротивления. Оно обозначается буквами ХС и рассчитывается по формуле:

      XС = 1/(w×C) = 1/(2π×f×C), где

      • C — ёмкость используемого конденсатора;
      • w — круговая частота переменного тока;
      • π — число «пи»;
      • f — частота переменного тока.

      В рассматриваемом случае изменения тока отстают от напряжения.

      Полное сопротивление

      При использовании нескольких разновидностей важно знать, как они сочетаются между собой. Активное сопротивление присутствует в любых схемах. Оно способствует превращению части электрической энергии в нагрев. Реактивное сопротивление возникает лишь в цепи переменного тока. Чтобы определить его величину, необходимо из индуктивного вычесть ёмкостное. Эта характеристика показывает энергию, которая пульсирует в цепи, переходя из одной формы в другую.

      Расчет полной цепи

      Полное сопротивление представляет собой сумму активного и реактивного сопротивления в цепи переменного тока, но такое сложение необходимо выполнять особым образом. Для этого нужно начертить прямоугольный треугольник, катеты в котором должны иметь длину, равную величине активного и реактивного сопротивлений соответственно.

      Определение полного сопротивления

      Длина гипотенузы будет численно выражать полное сопротивление электрической цепи. Для его определения используется правило, говорящее о том, что сумма квадратов катетов равна квадрату гипотенузы. Это правило называют теоремой Пифагора. Следовательно, формула, с помощью которой можно найти полное сопротивление, выглядит так:

      • Z — полное сопротивление;
      • R — величина активной составляющей;
      • XL и XC — значение индуктивного и емкостного параметра соответственно.

      Следовательно, при расчёте полного сопротивления или импеданса нужно учитывать, что такое ёмкость и индуктивность и как они могут проявляться в электрических схемах. Эти величины называются еще паразитными, так как они могут отрицательно влиять на работу электроприбора. Их возникновение относят к непредсказуемым факторам. При этом емкостным или индуктивным сопротивлением, имеющим небольшое значение, при выполнении расчетов можно пренебречь.

      Так выглядит мощная катушка индуктивности

      Заключение

      Как видим, при расчете электрической цепи необходимо учитывать и активное, и реактивное, и полное сопротивление. Они отличаются друг от друга не только названием. Физика этих сопротивлений также разная. Если под воздействием активного сопротивления электроэнергия превращается в другой вид и поступает в окружающую среду, то реактивное возвращает ее обратно в сеть. Без понятия о сопротивлении и знания формул расчета невозможно конструировать электросхемы.

      голоса
      Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector