Điện trở là gì và nó phụ thuộc vào nhiệt độ như thế nào

Từ quan điểm của quá trình điện từ xảy ra trong nó, bất kỳ phần tử hoặc phần nào của mạch điện được đặc trưng chủ yếu bởi khả năng dẫn dòng điện hoặc cản trở dòng điện đi qua. Tính chất này của các phần tử mạch được đánh giá bởi tính dẫn điện hoặc giá trị của độ dẫn ngược - điện trở.

Hầu hết các thiết bị điện bao gồm các bộ phận dẫn điện được làm bằng dây dẫn kim loại, thường được trang bị một lớp cách điện hoặc vỏ bọc. Điện trở của một dây dẫn phụ thuộc vào kích thước hình học và tính chất vật liệu của nó. Giá trị của điện trở bằng

R = ρl / s = l / (ss)

ở đâu tôi - chiều dài dây dẫn, m; s — diện tích mặt cắt ngang của dây dẫn, mm²; ρ — độ dẫn điện, ohm·mm²/m; γ — độ dẫn điện cụ thể, m / ohm·mm

Điện trở suất

Điện trở suất và độ dẫn điện có tính đến các tính chất của vật liệu của dây dẫn và đưa ra các giá trị điện trở và độ dẫn của dây dẫn dài 1 m và diện tích mặt cắt ngang 1 mm².

Xét về điện trở suất ρ Tất cả các tài liệu có thể được chia thành ba nhóm:

• dây dẫn - kim loại và hợp kim của chúng (ρ 0,015 đến 1,2 ohm·mm²/m);

• chất điện phân và chất bán dẫn (ρ từ 10² lên đến 20⁶ ồ·mm²/m);

• điện môi, hoặc chất cách điện (ρ từ 10¹⁰ lên đến 20¹¹ ồ·mm²/m).

Trong các thiết bị điện, vật liệu có cả điện trở nhỏ và cao được sử dụng. Nếu phần tử mạch được yêu cầu có điện trở nhẹ (ví dụ: nối dây), thì nó phải được làm bằng các dây dẫn có giá trị thấp ρ - theo thứ tự 0,015-0,03, ví dụ như đồng, bạc, nhôm.

Ngược lại, các thiết bị khác phải có điện trở đáng kể (đèn sợi đốt điện, thiết bị sưởi, v.v.), do đó, các bộ phận mang dòng điện của chúng nên được làm bằng vật liệu có điện trở suất cao ρ, thường đại diện cho hợp kim kim loại. Chúng bao gồm, ví dụ, manganin, Constantan, nichrom, có vấn đề ρ từ 0,1 đến 1,2.

Sự phụ thuộc nhiệt độ của điện trở

Giá trị của điện trở cũng phụ thuộc vào nhiệt độ của dây dẫn, có thể thay đổi do làm nóng dây dẫn bằng dòng điện hoặc do thay đổi nhiệt độ của môi trường. Khi nhiệt độ của dây dẫn thay đổi, điện trở suất của nó thay đổi. Các giá trị p trên cho một số vật liệu có giá trị ở nhiệt độ

Sự độc lập của điện trở từ nhiệt độ được thể hiện như sau:

R_t^o = R₂₀^về·[1+α·(t^o-20°)]

R_t^o - điện trở của dây dẫn ở nhiệt độ t^o, R₂₀^về- tương tự ở nhiệt độ 20 ° C, ohm; α Là hệ số nhiệt độ của điện trở, cho thấy sự thay đổi tương đối trong điện trở của dây khi được nung nóng 1 ° C.

Từ biểu thức này, số lượng α bằng với

α = (R_t^o - R₂₀^về) / (R₂₀^về·(t^o-20°))

Đối với hầu hết các kim loại và hợp kim của chúng, giá trị α > 0, tức là khi bị nung nóng, sức đề kháng của chúng tăng lên và ngược lại.

Đối với hệ thống dây kim loại nguyên chất, các giá trị của phạm vi từ 0,0037 đến 0,0065 trên 1 ° C. Đối với hợp kim điện trở cao α có giá trị rất nhỏ, nhỏ hơn hàng chục và hàng trăm lần so với dây dẫn kim loại nguyên chất. Ví dụ, đối với manganin α = 0,000015 ở ° C.

Giá trị α đối với chất bán dẫn, chất điện phân là âm, theo thứ tự 0,02. Hệ số nhiệt độ của điện trở cũng âm và trong giá trị tuyệt đối của nó cao hơn mười lần so với α cho kim loại.

Sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ được sử dụng rộng rãi trong công nghệ để đo nhiệt độ bằng cái gọi lànhiệt kế khángcho cái nàoαnên lớn Trong một số thiết bị, ngược lại, các vật liệu có giá trị thấp được sử dụngα để loại trừ ảnh hưởng của biến động nhiệt độ đến số đọc của các thiết bị này.

Một ví dụ về tính toán sự thay đổi điện trở của dây dẫn khi được nung nóng: Cách tính nhiệt độ dây tóc của đèn dây tóc ở chế độ danh nghĩa

Điện trở AC

Điện trở của cùng một dây dẫn cho dòng điện xoay chiều sẽ lớn hơn so với dòng điện một chiều. Điều này là do hiện tượng của cái gọi là hiệu ứng bề mặttrong đó bao gồm thực tế là dòng điện xoay chiều được dịch chuyển từ phần Trung tâm của dây dẫn sang các lớp ngoại vi. Do đó, mật độ hiện tại ở các lớp bên trong sẽ nhỏ hơn ở các lớp bên ngoài.

Do đó, với dòng điện xoay chiều, tiết diện của dây dẫn được sử dụng, như vậy, không đầy đủ. Tuy nhiên, ở tần số 50 Hz, sự khác biệt về khả năng chống lại dòng điện trực tiếp và xoay chiều là không đáng kể và có thể bị bỏ qua trong thực tế.

Điện trở DC được gọi làohmicvà dòng điện xoay chiều -kháng chiến tích cực. Điện trở Ohmic và hoạt động phụ thuộc vào vật liệu (cấu trúc bên trong), kích thước hình học và nhiệt độ của dây dẫn. Ngoài ra, trong các cuộn dây có lõi thép, giá trị của điện trở hoạt động bị ảnh hưởng bởi sự mất mát của thép.

Các điện trở hoạt động bao gồm đèn sợi đốt điện, lò điện trở, các thiết bị sưởi ấm khác nhau, biến trở và dây điện, trong đó năng lượng điện gần như được chuyển đổi hoàn toàn thành nhiệt.

Ngoài điện trở hoạt động, trong các mạch điện xoay chiều còn có điện trở cảm ứng và điện dung (xem -Tải cảm ứng và điện dung là gì?).

Điện trở cách điện

Độ tin cậy của mạng điện và thiết bị ở mức độ lớn phụ thuộc vào chất lượng cách điện giữa các bộ phận sống của các pha khác nhau, cũng như giữa các bộ phận sống và mặt đất.

Chất lượng của vật liệu cách nhiệt được đặc trưng bởi cường độ của điện trở. Định nghĩa của giá trị này thường bị giới hạn trong các thử nghiệm điều khiển của mạng và lắp đặt có điện áp dưới 1000 V. Để lắp đặt điện áp cao hơn, cường độ điện và tổn thất điện môi được xác định bổ sung.

Tùy thuộc vào trạng thái của mạng (mạng có bộ thu công suất tắt hoặc bật, có hoặc không có điện áp), các mạch chuyển đổi khác nhau cho các thiết bị đo và phương pháp tính giá trị của điện trở cách điện được sử dụng. Các megaohmmeter và vôn kế được sử dụng rộng rãi nhất cho mục đích này.

Nhiệm vụ xác định điện trở cách điện là cụ thể và bao quát về khối lượng, do đó, để nghiên cứu nó, chúng tôi khuyên bạn nên tham khảo bài viết này:Cách sử dụng megaohmmeter

Tính toán của dây để sưởi ấm là gì?

Điện trở ảnh hưởng để sưởi ấm dây và cáp. Các dây kết nối nguồn năng lượng với các máy thu sẽ cung cấp năng lượng cho các máy thu với một tổn thất nhỏ về điện áp và năng lượng, nhưng đồng thời chúng không nên bị đốt nóng bởi dòng điện đi qua chúng trên nhiệt độ cho phép.

Vượt quá các giá trị nhiệt độ cho phép dẫn đến hư hỏng cách điện của dây dẫn và do hậu quả của việc này là do ngắn mạch, tức là, tăng mạnh giá trị hiện tại trong mạch. Do đó, việc tính toán các dây dẫn cho phép bạn xác định khu vực cắt ngang mà tại đó tổn thất điện áp và sưởi ấm của dây sẽ nằm trong giới hạn bình thường.

Thông thường, kiểm tra mặt cắt ngang của dây và cáp để sưởi ấm theo bảng tải trọng hiện tại cho phép từ PUE. Nếu mặt cắt không phù hợp với điều kiện sưởi ấm, bạn nên chọn mặt cắt lớn hơn đáp ứng các yêu cầu này.

Đơn vị sưởi ấm kháng

Các yếu tố chính của lò điện là các bộ phận làm nóng bằng điện và một thiết bị cách nhiệt giúp ngăn ngừa mất nhiệt cho không gian xung quanh. Vật liệu phi kim loại chịu nhiệt có điện trở suất cao (than, than chì, carborundum) và vật liệu kim loại (nichrom, Constantan, fechral, ​​v.v.) được sử dụng làm vật liệu cho các bộ phận làm nóng điện.

Vật liệu có điện trở suất cao ρ cho phép bạn thiết kế các bộ phận làm nóng với diện tích mặt cắt ngang lớn và bề mặt, và lựa chọn vật liệu có hệ số giãn nở nhỏ α, cung cấp tính bất biến của kích thước hình học của phần tử khi được nung nóng.

Các bộ phận làm nóng bằng vật liệu loại than chì được chế tạo dưới dạng que với phần hình ống hoặc rắn. Các yếu tố làm nóng kim loại được thực hiện dưới dạng dây hoặc băng.

Sử dụng cầu chì

Để bảo vệ dây của mạch điện khỏi dòng điện vượt quá giá trị cho phép, áp dụngbộ ngắt mạch vàcầu chì nhiều loại khác nhau. Về nguyên tắc, cầu chì là một phần của mạch điện có độ ổn định nhiệt thấp.

Việc lắp cầu chì thường được chế tạo dưới dạng một dây dẫn ngắn có tiết diện nhỏ làm bằng vật liệu có độ dẫn điện tốt (đồng, bạc) hoặc một dây dẫn có điện trở suất tương đối cao (chì, thiếc). Nếu dòng điện tăng trên giá trị mà cầu chì được thiết kế, thì cái sau sẽ cháy và tắt phần mạch hoặc bộ thu hiện tại mà nó bảo vệ.

Xem thêm:Điện áp, điện trở, dòng điện và công suất là các đại lượng điện chính