Печать
Просмотров: 2719

Удельное электрическое сопротивление

Величина допустимой токовой нагрузки на провода является грубой оценкой их сопротивления, основывающейся на способности тока нагревать эти провода до высокой температуры. Иногда мы сталкиваемся с такими ситуациями, в которых падение напряжения, созданное сопротивлением проводов, создает нам совершенно иные проблемы (не связанные с нагревом). Например, у нас может быть схема, для которой величина напряжения является критической, и не должна падать ниже определенного значения:

 

fizika16

 

Напряжение источника питания данной схемы составляет 230 В, а для питания нагрузки требуется как минимум 220 В. Отсюда можно сделать вывод, что потери напряжения на проводах не должны превышать 10 В. Так как проводов у нас два, то делим 10 вольт на 2 и получаем по 5 вольт допустимых потерь напряжения на каждый провод. Используя Закон Ома (R = U / I), мы можем рассчитать максимально допустимое сопротивление каждого провода:

 

fizika17

 

Нам известно, что длина каждого из проводов равна 70 метрам, но как мы сможем рассчитать реальное сопротивление конкретных проводов определенного размера и дины? В этом нам поможет следующая формула:

 

fizika18

 

Данная формула соотносит сопротивление проводника с его удельным сопротивлением (греческая буква "ро" ρ), длиной (l) и площадью поперечного сечения (S). Из этой формулы видно, что сопротивление провода возрастет при увеличении его длины (аналогия: жидкости труднее течь по длинной трубе, чем по короткой), и уменьшится при увеличении площади поперечного сечения (аналогия: жидкости легче течь по толстой трубе, чем по тонкой). Удельное сопротивление является постоянной величиной для конкретного типа материала, из которого изготовлен провод.

Удельные сопротивления некоторых проводящих материалов можно найти в нижеприведенной таблице. Из этой таблицы видно, что хорошим проводником является медь, по проводимости она уступает только серебру.

 

Металл ρ, Ом·мм2
Серебро 0,016
Медь 0,0175
Золото 0,023
Алюминий 0,0271
Иридий 0,0474
Молибден 0,054
Вольфрам 0,055
Цинк 0,059
Никель 0,087
Железо 0,098
Платина 0,107
Олово 0,12
Свинец 0,205
Титан 0,5562 - 0,7837
Висмут 1,2

 

Сплав ρ, Ом·мм2
Сталь 0,1400
Никелин 0,42
Константан 0,5
Манганин 0,43…0,51
Нихром 1,05…1,4
Фехраль 1,15…1,35
Хромаль 1,3…1,5
Латунь 0,07…0,08

Значения здесь даны при температуре t = 20° C. Сопротивления сплавов зависят от их точного состава и могут варьироваться.

Обратите внимание на приведенную в таблице единицу измерения удельного сопротивления (Ом·мм2/м). Она говорит нам о том, что в формуле R=ρl/S нужно использовать длину в метрах, а площадь поперечного сечения в квадратных миллиметрах.

Давайте вернемся к нашему примеру, в котором мы подбираем провод, обладающий сопротивлением 0,2 Ом или менее на длине 70 метров. Предполагая, что будет использоваться медный провод (самый распространенный тип электрических проводов), можно преобразовать последнюю формулу в следующий вид:

 

fizika19

 

Таким образом, в нашем случае достаточно будет медного провода сечением 6,125 мм2. Допустимая токовая нагрузка такого провода выше заявленных в схеме 25 А.