התנגדות ספציפית

FARMLANDS (2018) Official Documentary (מאי 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

התנגדות ספציפית

פרק 12 - פיסיקה של מוליכים ומבודדים


דירוג ampacity מנצח הוא הערכה גסה של התנגדות המבוססת על הפוטנציאל הנוכחי לייצר סיכון אש. עם זאת, אנו עשויים להיתקל במצבים שבהם ירידה המתח שנוצרה על ידי התנגדות חוט במעגל תנוחות מלבד הימנעות אש. לדוגמה, אנו עשויים להיות בעיצוב מעגל שבו מתח על רכיב הוא קריטי, ולא חייב לרדת מתחת לגבול מסוים. במקרה זה, טיפות המתח הנובעות מהתנגדות חוטים עלולות לגרום לבעיות הנדסיות, בעודן נמצאות היטב בתוך גבולות בטיחות (אש) של אמפיזיות:

אם העומס במעגל הנ"ל לא יסבול פחות מ -220 וולט, בהתחשב במתח המוצא של 230 וולט, אז מוטב שנוודא שהחוט אינו יורד יותר מ -10 וולט לאורך הדרך. ספירת הן אספקת ומוליכים לחזור של מעגל זה, זה משאיר ירידה מקסימלית נסבלת של 5 וולט לאורך כל חוט. באמצעות חוק אוהם (R = E / I), אנו יכולים לקבוע את ההתנגדות המרבית המותרת עבור כל פיסת חוט:

אנו יודעים כי אורך חוט הוא 2300 מטר עבור כל פיסת חוט, אבל איך אנחנו קובעים את כמות ההתנגדות עבור גודל מסוים אורך חוט "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/ images / 10221.png ">

נוסחה זו מתארת ​​את התנגדותו של מנצח עם ההתנגדות הספציפית שלו (האות היוונית "rho" (ρ), שנראית דומה למכתב האות התחתון "p"), אורכו ("l") שלו, אזור ("A"). שים לב כי עם המשתנה האורך על החלק העליון של השבר, ערך ההתנגדות עולה ככל שהאורך מגדיל (אנלוגיה: קשה יותר לכפות נוזל דרך צינור ארוך יותר קצר), ויורדת כמו חתך אזור חתך ( אנלוגיה: זורם נוזלים קל יותר דרך צינור שומן מאשר דרך רזה אחד). ההתנגדות הספציפית היא קבועה לסוג חומר המוליך המחושב.

ההתנגדויות הספציפיות של חומרים מוליכים שונים נמצאות בטבלה הבאה. אנו מוצאים נחושת סמוך לתחתית השולחן, השני רק כסף בעל התנגדות ספציפית נמוכה (מוליכות טובה):

 התנגדות ספציפית ב 20 DEGREES CELSIUS חומר אלמנט / סגסוגת (אוהם- cmil / ft) (microohm-cm) ============================ =================================== Nichrome ------ סגסוגת ------- -------- 675 ----------- 112.2 Nichrome V ---- סגסוגת --------------- 650 ------ ----- 108.1 Manganin ------ סגסוגת --------------- 290 ----------- 48.21 קונסטנטאן ---- סגסוגת - ------------- 272.97 -------- 45.38 פלדה * -------- סגסוגת ---------------- 100 ----------- 16.62 פלטינה ----- אלמנט -------------- 63.16 --------- 10.5 ברזל ----- ---- אלמנט -------------- 57.81 --------- 9.61 ניקל ------- אלמנט ----------- --- 41.69 --------- 6.93 אבץ --------- אלמנט -------------- 35.49 --------- 5.90 מוליבדן - אלמנט -------------- 32.12 --------- 5.34 טונגסטן ----- אלמנט -------------- 31.76 --------- 5.28 אלומיניום ----- אלמנט -------------- 15.94 --------- 2.650 זהב ------- - אלמנט -------------- 13.32 --------- 2.214 נחושת ------- אלמנט ------------- - 10.09 --------- 1.678 כסף - ----- אלמנט -------------- 9.546 --------- 1.587 = = סגסוגת פלדה ב 99.5 אחוז ברזל, 0.5 אחוז פחמן 

שים לב כי הנתונים להתנגדות מסוימת בטבלה לעיל ניתנים ביחידה המוזרה מאוד של "ohms-cmil / ft" (Ω-cmil / ft), יחידה זו מציינת אילו יחידות אנו מצפים להשתמש בנוסחת ההתנגדות (R = ρl / A). במקרה זה, נתונים אלה עבור התנגדות ספציפית נועדו לשמש כאשר אורך נמדד ב רגליים אזור חתך נמדד ב מיל מעגלי.

יחידת המטרי להתנגדות ספציפית היא אום מטר (או Ω-m), או סנטימטר אוהם (Ω-cm), עם 1.66243 x 10 -9 Ω מטר לכל Ω-cmil / ft (1.66243 x 10 -7 Ω- cm לכל Ω-cmil / ft). בעמודה Ω ס"מ של השולחן, הנתונים הם scaled בעצם כמו μΩ ס"מ בשל הגודל הקטן מאוד שלהם. לדוגמה, ברזל מופיע כמו 9.61 μΩ ס"מ, אשר יכול להיות מיוצג כמו 9.61 x 10 -6 Ω ס"מ.

בעת שימוש ביחידה של מטר Ω להתנגדות ספציפית בנוסחה R = ρl / A, אורך צריך להיות מטרים ואת השטח מטרים רבועים. בעת שימוש ביחידה של סנטימטר Ω (Ω - cm) באותה נוסחה, אורך צריך להיות בסנטימטרים ואת השטח בסנטימטרים רבועים.

כל היחידות הללו להתנגדות ספציפית תקפות לכל חומר (Ω-cmil / ft, Ω-m, או Ω ס"מ). אחד יכול להעדיף להשתמש Ω-cmil / ft, לעומת זאת, כאשר מתמודדים עם חוט עגול שבו אזור חתך כבר ידוע ב מעגלי מעגלית. לעומת זאת, כאשר מתמודדים עם busbar עם צורה מוזרה או בוסבר מותאם אישית, מנותקים ממלאי מתכת, שבו רק הממדים הליניאריים של אורך, רוחב וגובה ידועים, יחידות ההתנגדות הספציפיות של מטר Ω או Ω ס"מ עשויות להיות הולמות יותר.

חוזרים מעגל לדוגמה שלנו, היינו מחפשים חוט כי היה 0.2 Ω או פחות התנגדות על אורך של 2300 מטר. בהנחה שאנחנו הולכים להשתמש חוט נחושת (הנפוץ ביותר סוג של חוט חשמל המיוצרים), אנחנו יכולים להגדיר את הנוסחה שלנו ככזה:

פתרון אלגברי עבור A, אנחנו מקבלים ערך של 116, 035 מילס עגול. בהתייחסות הטבלה שלנו בגודל חוט מוצק, אנו מוצאים כי "כפול צריך" (2/0) תיל עם 133, 100 cmils הוא נאות, ואילו את הגודל התחתון הבא, "יחיד צריך" (1/0), על 105, 500 cmils הוא קטן מדי . יש לזכור כי זרם המעגל שלנו הוא צנוע 25 אמפר. על פי שולחן ampacity שלנו עבור חוט נחושת באוויר החופשי, 14 מד חוט היה מספיק (ככל לא מתחיל אש מודאג). עם זאת, מנקודת המבט של ירידה במתח, 14 מד חוט היה מאוד לא מקובל.

רק בשביל הכיף, בואו לראות מה 14 מד חוט היה עושה את הביצועים של מעגל הכוח שלנו. במבט על הטבלה בגודל חוט שלנו, אנו מוצאים כי 14 מד חוט יש חתך שטח של 4, 107 מיל עגול. אם אנחנו עדיין משתמשים בנחושת כחומר תיל (בחירה טובה, אלא אם כן אנחנו באמת עשירים ויכולים להרשות לעצמנו 4600 רגל של תיל כסף 14 מד!), ההתנגדות הספציפית שלנו עדיין תהיה 10.09 Ω-cmil / ft:

זכור כי זה 5.651 Ω לכל 2300 מטר של חוט נחושת 14-מד, וכי יש לנו שתי ריצות של 2300 מטר במעגל כולו, ולכן כל חוט חתיכת במעגל יש 5.651 Ω של התנגדות:

ההתנגדות הכללית של חוט המעגל שלנו היא 2 פעמים 5.651, או 11.301 Ω. למרבה הצער, זה הרבה יותר מדי התנגדות כדי לאפשר 25 אמפר של זרם עם מתח מקור של 230 וולט. גם אם התנגדות העומס שלנו הייתה 0 Ω, התנגדות החיווט שלנו של 11.301 Ω תגביל את זרם המעגל ל -20.352 אמפר בלבד! כפי שאתה יכול לראות, כמות "קטנה" של התנגדות חוט יכול לעשות הבדל גדול בביצועים מעגל, במיוחד במעגלים כוח שבו הזרמים הם הרבה יותר גבוה מאשר נתקל בדרך כלל במעגלים אלקטרוניים.

בוא נעשה דוגמה התנגדות בעיה עבור חתיכת מותאם אישית לחתוך busbar. נניח שיש לנו חתיכת מוט אלומיניום מוצק, ברוחב 4 ס"מ על 3 ס"מ גובה באורך 125 ס"מ, ואנחנו רוצים להבין את ההתנגדות מקצה לקצה לאורך הממד הארוך (125 ס"מ). ראשית, היינו צריכים לקבוע את השטח החתך של הבר:

אנחנו גם צריכים לדעת את ההתנגדות הספציפית של אלומיניום, ביחידה המתאימה ליישום זה (Ω ס"מ). מהטבלה שלנו של ההתנגדות הספציפית, אנו רואים כי זה 2.65 x 10 -6 Ω ס"מ. הגדרת R = ρl / נוסחה, יש לנו:

כפי שאתה יכול לראות, את עובי מוחלט של busbar עושה התנגדות נמוכה מאוד לעומת זה של גדלים סטנדרטיים חוט, גם בעת שימוש בחומר עם התנגדות ספציפית יותר.

הנוהל לקביעת התנגדות busbar אינו שונה במהותו מאשר בקביעת התנגדות חוט עגול. אנחנו רק צריכים לוודא כי אזור חתך מחושב כראוי וכי כל היחידות מתאימות זה לזה כמו שהם צריכים.

  • סקירה:
  • ההתנגדות מנצח מגביר עם אורך מוגבר וירידות עם אזור חתך מוגברת, כל שאר הגורמים להיות שווים.
  • ההתנגדות הספציפית ("ρ") היא מאפיין של חומר מוליך כלשהו, ​​נתון המשמש לקביעת ההתנגדות מקצה לקצה של מוליך הניתן אורך ואזור בנוסחה זו: R = ρl / A
  • התנגדות ספציפית לחומרים ניתנת ביחידות של Ω-cmil / ft או Ω מטר (מטרי). גורם ההמרה בין שתי היחידות הוא 1.66243 x 10 -9 Ω-מטר לכל Ω-cmil / ft, או 1.66243 x 10 -7 Ω ס"מ לכל Ω-cmil / ft.
  • אם ירידה מתח החיווט במעגל הוא קריטי, חישובים ההתנגדות המדויקת עבור חוטים חייב להיעשות לפני גודל חוט נבחר.