Медта е един от най-разпространените материали за проводници. Неговото електрическо съпротивление е най-ниското от достъпните метали. По-малко е само при благородните метали (сребро и злато) и зависи от различни фактори.

Какво е електрически ток

На различни полюси на батерия или друг източник на ток има противоположно наречени носители на електрически заряд. Ако са свързани към проводник, носителите на заряд започват да се движат от единия полюс на източника на напрежение към другия. Тези носители в течностите са йони, а в металите те са свободни електрони.

Определение.Електрическият ток е насочено движение на заредени частици.

Съпротивление

Електрическото съпротивление е величина, която определя електрическото съпротивление на проба от еталонен материал. За означаване на това количество се използва гръцката буква "r". Формула за изчисление:

p=(R*S)/ л.

Тази стойност се измерва в Ohm*m. Можете да го намерите в справочници, в таблици на съпротивление или в Интернет.

Свободните електрони се движат през метала вътре в кристалната решетка. Три фактора влияят върху съпротивлението на това движение и съпротивлението на проводника:

• Материал. За различни метали различна плътностатоми и брой свободни електрони;
• примеси. В чистите метали кристалната решетка е по-подредена, така че съпротивлението е по-ниско, отколкото в сплавите;
• температура. Атомите не стоят неподвижно на местата си, а осцилират. Колкото по-висока е температурата, толкова по-голяма е амплитудата на трептенията, което пречи на движението на електроните и толкова по-голямо е съпротивлението.

На следващата фигура можете да видите таблица на съпротивлението на металите.

интересноИма сплави, чието електрическо съпротивление пада при нагряване или не се променя.

Проводимост и електрическо съпротивление

Тъй като размерите на кабелите се измерват в метри (дължина) и mm² (сечение), електрическото съпротивление има размер на Ohm mm² / m. Познавайки размерите на кабела, неговото съпротивление се изчислява по формулата:

R=(p* л)/С.

В допълнение към електрическото съпротивление, някои формули използват понятието "проводимост". Това е реципрочната стойност на съпротивлението. Означава се с "g" и се изчислява по формулата:

Проводимост на течности

Проводимостта на течностите е различна от проводимостта на металите. Носителите на заряд в тях са йони. Техният брой и електропроводимост се увеличават при нагряване, така че мощността на електродния котел се увеличава няколко пъти при нагряване от 20 до 100 градуса.

интересноДестилираната вода е изолатор. Проводимостта му се придава от разтворени примеси.

Електрическо съпротивление на проводниците

Най-често срещаните материали за проводници са мед и алуминий. Съпротивлението на алуминия е по-високо, но е по-евтино от медта. Специфичното съпротивление на медта е по-ниско, така че размерът на проводника може да бъде избран по-малък. Освен това е по-здрав и от този метал се правят гъвкави многожилни проводници.

Следната таблица показва електрическото съпротивление на металите при 20 градуса. За да се определи при други температури, стойността от таблицата трябва да се умножи по корекционен коефициент, който е различен за всеки метал. Можете да разберете този коефициент от съответните справочници или с помощта на онлайн калкулатор.

Избор на кабелна секция

Тъй като жицата има съпротивление, когато преминава през нея електрически токотделя се топлина и напрежението пада. И двата фактора трябва да се вземат предвид при избора на размери на кабела.

Избор според допустимото отопление

Когато токът тече през проводник, се освобождава енергия. Неговото количество може да се изчисли по формулата за електрическа мощност:

В меден проводник със сечение 2,5 mm² и дължина 10 метра R=10*0,0074=0,074Ohm. При ток от 30A, P \u003d 30² * 0,074 \u003d 66W.

Тази мощност загрява проводника и самия кабел. Температурата, до която се нагрява, зависи от условията на полагане, броя на жилата в кабела и други фактори, а допустимата температура зависи от изолационния материал. Медта има по-висока проводимост, така че изходната мощност и необходимото напречно сечение са по-малки. Определя се чрез специални таблици или с помощта на онлайн калкулатор.

Допустими загуби на напрежение

В допълнение към нагряването, когато електрически ток преминава през проводниците, напрежението в близост до товара намалява. Тази стойност може да се изчисли с помощта на закона на Ом:

справка.Според нормите на PUE, той трябва да бъде не повече от 5% или в мрежа от 220V - не повече от 11V.

Следователно, колкото по-дълъг е кабелът, толкова по-голямо трябва да бъде неговото напречно сечение. Можете да го определите от таблици или с помощта на онлайн калкулатор. За разлика от избора на сечение според допустимото нагряване, загубите на напрежение не зависят от състоянието на уплътнението и изолационния материал.

В мрежа от 220 V напрежението се подава през два проводника: фаза и нула, така че изчислението се прави за двойна дължина на кабела. В кабела от предишния пример ще бъде U=I*R=30A*2*0.074Ω=4.44V. Това не е много, но с дължина 25 метра се оказва 11.1V - максималната допустима стойност, ще трябва да увеличите напречното сечение.

Електрическо съпротивление на други метали

В допълнение към медта и алуминия в електротехниката се използват и други метали и сплави:

• Желязо. Специфичното съпротивление на стоманата е по-високо, но е по-здраво от медта и алуминия. Стоманените проводници са вплетени в кабели, предназначени за полагане във въздуха. Съпротивлението на желязото е твърде високо за предаване на електричество, поради което при изчисляване на напречното сечение сърцевините не се вземат предвид. В допълнение, той е по-огнеупорен и от него се правят проводници за свързване на нагреватели в електрически пещи с висока мощност;
• Нихром (сплав от никел и хром) и фехрал (желязо, хром и алуминий). Имат ниска проводимост и огнеупорност. От тези сплави се правят жични резистори и нагреватели;
• Волфрам. Електрическото му съпротивление е високо, но е огнеупорен метал (3422 °C). Използва се за изработване на нишки в електрически лампи и електроди за аргонно-дъгово заваряване;
• Константан и манганин (мед, никел и манган). Съпротивлението на тези проводници не се променя с промените в температурата. Те се използват в устройства за претенции за производство на резистори;
• Благородни метали - злато и сребро. Те имат най-висока проводимост, но поради високата цена използването им е ограничено.

Индуктивно съпротивление

Формулите за изчисляване на проводимостта на проводниците са валидни само в мрежа с постоянен ток или в прави проводници с ниска честота. В намотките и във високочестотните мрежи индуктивното съпротивление изглежда многократно по-високо от обикновено. Освен това високочестотният ток се разпространява само по повърхността на жицата. Поради това понякога се покрива с тънък слой сребро или се използва литц тел.

справка. Litz проводникът е многожилен проводник, всяко ядро ​​в което е изолирано от останалите. Това се прави, за да се увеличи повърхността и проводимостта във високочестотни мрежи.

Специфичната устойчивост на медта, гъвкавостта, сравнително ниската цена и механичната якост правят този метал, заедно с алуминия, най-разпространеният материал за производство на проводници.

Видео

Електрическо съпротивление, изразено в омове, се различава от понятието "съпротивление". За да разберем какво е съпротивлението, е необходимо да го свържем с физични свойстваматериал.

Относно проводимостта и съпротивлението

Потокът от електрони не се движи свободно през материала. При постоянна температура елементарни частицилюлее се в състояние на покой. В допълнение, електроните в зоната на проводимост си взаимодействат чрез взаимно отблъскване поради подобен заряд. Така възниква съпротива.

Проводимостта е присъща характеристика на материалите и количествено определя лекотата, с която зарядите могат да се движат, когато дадено вещество е изложено на електрическо поле. Съпротивлението е реципрочната стойност на степента на трудност, която електроните изпитват при движение през даден материал, което дава индикация колко добър или лош е проводникът.

важно!Високата стойност на електрическото съпротивление показва, че материалът е слабо проводим, докато ниската стойност показва добър проводим материал.

Специфичната проводимост се обозначава с буквата σ и се изчислява по формулата:

Съпротивлението ρ, като обратен индикатор, може да се намери, както следва:

В този израз E е силата на генерираното електрическо поле (V / m), а J е плътността на електрическия ток (A / m²). Тогава мерната единица ρ ще бъде:

V/m x m²/A = ом m.

За проводимостЕдиницата σ, в която се измерва, е Sm/m или сименс на метър.

Видове материали

Според съпротивлението на материалите те могат да бъдат класифицирани в няколко вида:

1. Проводници. Те включват всички метали, сплави, разтвори, дисоциирани на йони, както и термично възбудени газове, включително плазма. От неметалите като пример може да се посочи графитът;
2. Полупроводници, които всъщност са непроводими материали, чиито кристални решетки са целенасочено легирани с включване на чужди атоми с по-голям или по-малък брой свързани електрони. В резултат на това в структурата на решетката се образуват квазисвободни излишни електрони или дупки, които допринасят за проводимостта на тока;
3. Дисоциираните диелектрици или изолатори са всички материали, които нямат свободни електрони при нормални условия.

За пренос на електрическа енергия или в битови и промишлени електрически инсталации, често използван материал е медта под формата на едножилни или многожилни кабели. Алтернативен метал е алуминият, въпреки че съпротивлението на медта е 60% от това на алуминия. Но той е много по-лек от медта, което предопредели използването му в електропроводи на мрежи с високо напрежение. Златото като проводник се използва в електрически вериги за специални цели.

интересноЕлектрическата проводимост на чистата мед е приета от Международната електротехническа комисия през 1913 г. като стандарт за тази стойност. По дефиниция проводимостта на медта, измерена при 20°, е 0,58108 S/m. Тази стойност се нарича 100% LACS, а проводимостта на останалите материали се изразява като определен процент от LACS.

Повечето метали имат стойност на проводимостта под 100% LACS. Има обаче изключения, като среброто или специалната мед с много висока проводимост, обозначени съответно C-103 и C-110.

Диелектриците не провеждат електричество и се използват като изолатори. Примери за изолатори:

• стъклена чаша,
• керамика,
• пластмаса,
• каучук,
• слюда,
• восък,
• хартия,
• сухи дърва,
• порцелан,
• някои мазнини за промишлени и електрически цели и бакелит.

Между трите групи преходите са плавни. Известно е със сигурност: няма абсолютно непроводими среди и материали. Например въздухът е изолатор при стайна температура, но при условия на силен нискочестотен сигнал може да стане проводник.

Определяне на проводимостта

При сравняване на електрическото съпротивление на различни вещества са необходими стандартизирани условия на измерване:

1. В случай на течности, лоши проводници и изолатори, използвайте кубични проби с дължина на ръба 10 mm;
2. Стойностите на съпротивлението на почвите и геоложките образувания се определят на кубчета с дължина на всяко ребро 1 m;
3. Проводимостта на разтвора зависи от концентрацията на неговите йони. Концентрираният разтвор е по-малко дисоцииран и има по-малко носители на заряд, което намалява проводимостта. С увеличаване на разреждането броят на йонните двойки се увеличава. Концентрацията на разтворите е настроена на 10%;
4. За определяне на съпротивлението на метални проводници се използват проводници с дължина метър и напречно сечение 1 mm².

Ако материал, като метал, може да осигури свободни електрони, тогава, когато се приложи потенциална разлика, през проводника ще тече електрически ток. С увеличаването на напрежението повече електрони се движат през материята в единица време. Ако всички допълнителни параметри (температура, площ на напречното сечение, дължина на проводника и материал) са непроменени, тогава съотношението на тока към приложеното напрежение също е постоянно и се нарича проводимост:

Съответно електрическото съпротивление ще бъде:

Резултатът е в омове.

От своя страна проводникът може да бъде с различна дължина, размер на напречното сечение и изработен от различни материали, от които зависи стойността на R. Математически тази връзка изглежда така:

Материалният фактор отчита коефициента ρ.

От това можем да извлечем формулата за съпротивление:

Ако стойностите на S и l съответстват на дадените условия за сравнително изчисляване на съпротивлението, т.е. 1 mm² и 1 m, тогава ρ = R. Когато размерите на проводника се променят, броят на омите също се променя.

Съпротивление и температура

Съпротивлението на проводника е стойност, която се променя с температурата, така че се изчислява точно за индикатор от 20 °. Ако температурата се различава, стойността на ρ трябва да се коригира въз основа на друг коефициент, наречен температурен коефициент и обозначен с α (единица - 1/°C). Това също е характерна стойност за всеки материал.

Модифицираният коефициент се изчислява въз основа на стойностите на ρ, α и температурното отклонение от 20° – Δt:

ρ1 = ρ x (1 + α x Δt).

Ако преди това съпротивлението е било известно, тогава можете директно да го изчислите:

R1 = R x (1 + α x Δt).

Практическото използване на различни материали в електротехниката зависи пряко от тяхното съпротивление.

Видео

Веществото (метал), от което е направен проводникът, влияе върху преминаването на електрически ток през него и се характеризира с помощта на такава концепция като електрическо съпротивление , Електрическото съпротивление зависи от размера на проводника, неговия материал, температура:

• - колкото по-дълъг е проводникът, толкова по-често движещите се свободни електрони (носители на ток) ще се сблъскват по пътя си с атоми и молекули на материята - съпротивлението на проводника се увеличава;
• - колкото по-голямо е напречното сечение на проводника, толкова повече свободни електрони става, броят на сблъсъците намалява - електрическото съпротивление на проводника намалява.

Заключение: колкото по-дълъг е проводникът и колкото по-малко е напречното му сечение, толкова по-голямо е съпротивлението му и обратно - колкото по-къс и по-дебел е проводникът, толкова по-ниско е съпротивлението му ,и проводимостта (способността за преминаване на електрически ток) е по-добра.

Опростено зависимостта на съпротивлението на проводника от температурата може да бъде представена по следния начин: електроните, движещи се по протежение на проводника, се сблъскват с атомите и молекулите на самия проводник и им предават енергията си. В резултат на това проводникът се нагрява, топлинното, произволно движение на атомите и молекулите се увеличава. Това допълнително забавя основния поток от електрони по протежение на проводника. Това обяснява увеличаването на съпротивлението на проводника срещу преминаването на електрически ток по време на нагряване.

При нагряване или охлаждане на проводници - метали, тяхното съпротивление се увеличава или намалява съответно, в размер на 0,4% за всеки 1 градус. Това свойство на металите се използва при производството на температурни сензори.

Полупроводниците и електролитите имат противоположно свойство на проводниците - с повишаване на температурата на нагряване съпротивлението им намалява.

Единицата за измерване на електрическото съпротивление е 1 ом (в чест на учения Г. Ом). Съпротивление от 1 ом е равно на участък от електрическа верига, през който преминава ток от 1 ампер, когато върху него падне напрежение от 1 волт,

Понякога се използва реципрочната стойност на електрическото съпротивление. Това е електрическа проводимост, обозначена с буквата g или G - Siemens (в чест на учения Е. Сименс).

Електропроводимостта е способността на веществото да пропуска електрически ток през себе си. Колкото по-голямо е съпротивлението R на проводника, толкова по-ниска е неговата проводимост G и обратно. 1 ом = 1 сим

Производни единици:

1Sim = 1000mSim,
1Sim = 1000000µSim.

Когато е необходимо да се изчисли общото съпротивление на последователно свързани проводници, е по-удобно да се работи с омове. ако се изчисли общото съпротивление на паралелно свързани проводници, по-удобно е да се брои в Sims и след това да се преобразува в ома.

Най-висока проводимост имат металите: сребро, мед, алуминий и др., както и разтвори на соли, киселини и др.
Най-ниска проводимост (най-високо съпротивление) за изолатори: слюда, стъкло, азбест, керамика и др.

За да бъде по-удобно да се извършват изчисления на електрическото съпротивление на проводници, изработени от различни метали, беше въведена концепцията за специфичното съпротивление на проводник.
Съпротивлението на проводник с дължина 1 метър и напречно сечение 1 mm. кв. при температура от + 20 градуса, това ще бъде съпротивлението на проводникастр.

Специфичните съпротивления на проводници от някои метали са дадени в таблицата.

От таблицата се вижда: от металите среброто има най-добра проводимост. Но е много скъпо и се използва като проводник в изключителни случаи.

Медта и алуминият са най-разпространените материали в електротехниката. Използват се за направата на проводници и кабели, шини и др. Волфрамът, константанът, манганинът се използват в различни нагревателни устройства, в производството на телени резистори.

Използвайки проводници и кабели в електрически инсталации, е необходимо да се вземе предвид тяхното напречно сечение, за да се предотврати тяхното нагряване и, като правило, повреда на изолацията, както и да се намали падането на напрежението и загубата на мощност по време на предаване на електрическа енергия от източника до потребителя.

По-долу е дадена таблица с допустими стойности на тока в проводника в зависимост от неговия диаметър (сечение в mm2), както и съпротивлението на 1 метър тел, изработен от различни материали.


Примери за изчисляване на някои електрически вериги можете да намерите тук.

При затваряне на електрическа верига, на клемите на която има потенциална разлика, възниква. Свободните електрони под въздействието на силите на електрическото поле се движат по протежение на проводника. При движението си електроните се сблъскват с атомите на проводника и им дават запас от кинетичната си енергия. Скоростта на движение на електроните непрекъснато се променя: когато електроните се сблъскват с атоми, молекули и други електрони, тя намалява, след това се увеличава под въздействието на електрическо поле и отново намалява при нов сблъсък. В резултат на това проводникът е настроен равномерно движениепоток от електрони със скорост от няколко части от сантиметър в секунда. Следователно електроните, преминаващи през проводник, винаги срещат съпротивление от неговата страна за тяхното движение. Когато електрически ток преминава през проводник, последният се нагрява.

Електрическо съпротивление

Електрическото съпротивление на проводника, което се обозначава с латинската буква r, се нарича свойството на тялото или средата да се трансформира електрическа енергияв топлина, когато през него преминава електрически ток.

В диаграмите електрическото съпротивление е показано, както е показано на фигура 1, А.

Нарича се променливо електрическо съпротивление, което служи за промяна на тока във веригата реостат. В диаграмите реостатите са обозначени, както е показано на фигура 1, b. IN общ изгледРеостатът е направен от проводник с едно или друго съпротивление, навит върху изолационна основа. Плъзгачът или лостът на реостата се поставя в определено положение, в резултат на което желаното съпротивление се въвежда във веригата.

Дълъг проводник с малко напречно сечение създава висока устойчивост на ток. Късите проводници с голямо напречно сечение имат малко съпротивление на ток.

Ако вземем два проводника от различни материали, но с еднаква дължина и сечение, тогава проводниците ще провеждат ток по различни начини. Това показва, че съпротивлението на проводника зависи от материала на самия проводник.

Температурата на проводника също влияе върху неговото съпротивление. С повишаването на температурата съпротивлението на металите се увеличава, а съпротивлението на течностите и въглищата намалява. Само някои специални метални сплави (манганин, константан, никелин и други) почти не променят устойчивостта си с повишаване на температурата.

И така, виждаме, че електрическото съпротивление на проводника зависи от: 1) дължината на проводника, 2) напречното сечение на проводника, 3) материала на проводника, 4) температурата на проводника.

Единицата за съпротивление е един ом. Ом често се обозначава с гръцки Главна букваΩ (омега). Така че вместо да пишете "Съпротивлението на проводника е 15 ома", можете просто да напишете: r= 15Ω.
1000 ома се нарича 1 килоом(1kΩ или 1kΩ),
1 000 000 ома се нарича 1 мегаом(1mgOhm или 1MΩ).

Когато сравнявате съпротивлението на проводници от различни материали, е необходимо да вземете определена дължина и сечение за всяка проба. Тогава ще можем да преценим кой материал провежда електрически ток по-добре или по-зле.

Видео 1. Съпротивление на проводника

Специфично електрическо съпротивление

Съпротивлението в омове на проводник с дължина 1 m и напречно сечение 1 mm² се нарича съпротивлениеи означено гръцка буква ρ (ro).

Таблица 1 дава специфичните съпротивления на някои проводници.

маса 1

Съпротивление на различни проводници

Таблицата показва, че желязна жица с дължина 1 m и напречно сечение 1 mm² има съпротивление 0,13 ома. За да получите съпротивление от 1 ом, трябва да вземете 7,7 m такъв проводник. Среброто има най-ниско съпротивление. 1 ом съпротивление може да се получи, като се вземат 62,5 m сребърна жица с напречно сечение 1 mm². Среброто е най-добрият проводник, но цената на среброто не позволява широкото му използване. След среброто в таблицата идва медта: 1 m медна жица с напречно сечение 1 mm² има съпротивление 0,0175 ома. За да получите съпротивление от 1 ом, трябва да вземете 57 m такъв проводник.

Химически чиста, получена чрез рафиниране, медта е намерила широко приложение в електротехниката за производство на проводници, кабели, намотки на електрически машини и апарати. Желязото също се използва широко като проводник.

Съпротивлението на проводник може да се определи по формулата:

Където r- съпротивление на проводника в омове; ρ - специфично съпротивление на проводника; ле дължината на проводника в m; С– напречно сечение на проводника в mm².

Пример 1Определете съпротивлението на 200 m желязна жица със сечение 5 mm².

Пример 2Изчислете съпротивлението на 2 km алуминиева тел с напречно сечение 2,5 mm².

От формулата за съпротивление можете лесно да определите дължината, съпротивлението и напречното сечение на проводника.

Пример 3За радиоприемник е необходимо да се навие съпротивление от 30 ома от никелова тел с напречно сечение 0,21 mm². Определете необходимата дължина на проводника.

Пример 4Определете напречното сечение на 20 m нихромов проводник, ако съпротивлението му е 25 ома.

Пример 5Проводник с напречно сечение 0,5 mm² и дължина 40 m има съпротивление 16 ома. Определете материала на жицата.

Материалът на проводника характеризира неговото съпротивление.

Според таблицата на съпротивлението откриваме, че има такова съпротивление.

По-горе беше посочено, че съпротивлението на проводниците зависи от температурата. Нека направим следния експеримент. Навиваме няколко метра тънка метална тел под формата на спирала и превръщаме тази спирала в верига на батерията. За да измерите тока във веригата, включете амперметъра. При нагряване на спиралата в пламъка на горелката можете да забележите, че показанията на амперметъра ще намалеят. Това показва, че съпротивлението на металната тел се увеличава с нагряване.

За някои метали при нагряване до 100 ° съпротивлението се увеличава с 40 - 50%. Има сплави, които леко променят устойчивостта си при нагряване. Някои специални сплави почти не променят устойчивостта си с температура. Съпротивлението нараства с повишаване на температурата, съпротивлението на електролити (течни проводници), въглища и др твърди вещества, напротив, намалява.

Способността на металите да променят съпротивлението си с температурни промени се използва за конструиране на съпротивителни термометри. Такъв термометър е платинена тел, навита върху рамка от слюда. Чрез поставяне на термометър, например, в пещ и измерване на съпротивлението на платинената тел преди и след нагряване, може да се определи температурата в пещта.

Промяната в съпротивлението на проводника при нагряване на 1 ом от първоначалното съпротивление и 1 ° температура се нарича температурен коефициент на съпротивлениеи се обозначава с буквата α.

Ако при температура T 0 съпротивление на проводника е r 0 и при температура Tравно на r t, след това температурния коефициент на съпротивление

Забележка.Тази формула може да се изчисли само в рамките на определен температурен диапазон (до около 200°C).

Ето ги и стойностите температурен коефициентсъпротивление α за някои метали (таблица 2).

таблица 2

Стойности на температурния коефициент за някои метали

От формулата за температурния коефициент на съпротивление определяме r t:

r t = r 0 .

Пример 6Определете съпротивлението на желязна тел, нагрята до 200°C, ако нейното съпротивление при 0°C е 100 ома.

r t = r 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 ома.

Пример 7Съпротивителен термометър, изработен от платинова жица в стая с температура 15°C, има съпротивление 20 ома. Термометърът се поставя в пещта и след известно време се измерва съпротивлението му. Оказа се, че е равно на 29,6 ома. Определете температурата във фурната.

електропроводимост

Досега разглеждахме съпротивлението на проводника като пречка, която проводникът осигурява на електрическия ток. Токът обаче протича през проводника. Следователно, освен съпротивление (препятствия), проводникът има и способността да провежда електрически ток, тоест проводимост.

Колкото по-голямо съпротивление има един проводник, толкова по-малка проводимост има, толкова по-лошо провежда електрически ток и, обратно, колкото по-малко е съпротивлението на един проводник, толкова по-голяма проводимост има, толкова по-лесно е токът да премине през проводника. Следователно съпротивлението и проводимостта на проводника са реципрочни величини.

От математиката е известно, че реципрочната стойност на 5 е 1/5 и, обратно, реципрочната стойност на 1/7 е 7. Следователно, ако съпротивлението на проводник се обозначава с буквата r, тогава проводимостта се определя като 1/ r. Проводимостта обикновено се обозначава с буквата g.

Електрическата проводимост се измерва в (1/ом) или сименс.

Пример 8Съпротивлението на проводника е 20 ома. Определете неговата проводимост.

Ако r= 20 ома, тогава

Пример 9Проводимостта на проводника е 0,1 (1/ом). Определете съпротивлението му

Ако g \u003d 0,1 (1 / Ohm), тогава r= 1 / 0,1 = 10 (ома)

Конвертор на дължина и разстояние Конвертор на маса Конвертор на обемна храна и храна Конвертор на площ Конвертор на единици за обем и рецепта Конвертор на температура Конвертор на налягане, напрежение, модул на Йънг Конвертор на енергия и работа Конвертор на мощност Конвертор на сила Конвертор на време Конвертор на линейна скорост Конвертор на плосък ъгъл Конвертор на топлинна ефективност и горивна ефективност на числата в различни бройни системи Преобразувател на единици за измерване на количеството информация Обменни курсове Размери на дамско облекло и обувки Размери на мъжко облекло и обувки Преобразувател ъглова скорости преобразувател на скорост Ускорение Преобразувател ъглово ускорениеПреобразувател на плътност Преобразувател на специфичен обем Преобразувател на инерционния момент Преобразувател на момент на сила Преобразувател на въртящ момент Специфична топлина на изгаряне (по маса) Преобразувател Енергийна плътност и специфична калорична стойност на горивото (по обем) Преобразувател Преобразувател на температурна разлика Преобразувател на коефициента на термично разширение Преобразувател на топлинно съпротивление Преобразувател на топлопроводимост Конвертор на специфичен топлинен капацитет Излагане на енергия и топлинно излъчване Преобразувател на мощност Преобразувател на плътност на топлинния поток Преобразувател на коефициент на топлопредаване Преобразувател на обемен поток Преобразувател на масов поток Преобразувател на моларен поток Преобразувател на плътност на масовия поток Преобразувател на моларна концентрация Конвертор на концентрация на разтвор Преобразувател на динамичен (абсолютен) вискозитет Преобразувател на кинематичен вискозитет Преобразуване тер повърхностно напрежениеКонвертор на пропускливостта на парите Конвертор на плътността на потока на водната пара Конвертор на нивото на звука Конвертор на чувствителността на микрофона Конвертор на нивото на звуковото налягане (SPL) Конвертор на нивото на звуковото налягане с избираемо референтно налягане Конвертор на яркостта Конвертор на светлинен интензитет Конвертор на осветеност Конвертор на компютърна графика Резолюция Конвертор на честота и дължина на вълната Мощност в диоптри и фокусно разстояние Диоптрична мощност и увеличение на лещата (×) Преобразувател на електрическия заряд Линеен преобразувател на плътността на заряда Преобразувател на плътността на повърхностния заряд Преобразувател на обемната плътност на заряда Преобразувател на електрическия ток Линеен преобразувател на плътността на тока Преобразувател на повърхностната плътност на тока Преобразувател на силата на електрическото поле Преобразувател на електростатичния потенциал и напрежението Електрически преобразувател Съпротивление Електрическо съпротивление Преобразувател Електрически Преобразувател на проводимост Преобразувател на електрическа проводимост Преобразувател на капацитет на индуктивност Преобразувател на US Wire Gauge Нива в dBm (dBm или dBm), dBV (dBV), ватове и др. магнитно полеПреобразувател на магнитен поток Преобразувател на магнитна индукция Радиация. Конвертор на мощността на абсорбираната доза йонизиращо лъчениеРадиоактивност. Преобразувател на радиоактивен разпад Радиация. Преобразувател на експозиционна доза радиация. Конвертор на абсорбираната доза Конвертор на десетичен префикс Пренос на данни Конвертор на типографски и образни единици Конвертор на единици за дървен обем Конвертор на единици моларна маса Периодична система химически елементиД. И. Менделеев

1 единица електрическа проводимост = 0,0001 сименс на метър [S/m]

Първоначална стойност

Преобразувана стойност

сименс на метър пикозименс на метър mo на метър mo на сантиметър abmo на метър abmo на сантиметър statmo на метър statmo на сантиметър сименс на сантиметър милисименс на метър милисименс на сантиметър микросименс на метър микросименс на сантиметър условна единица за електрическа проводимост условен коефициент на електрическа проводимост ppm , коеф. преизчисляване на 700 ppm, коеф. преизчисляване на 500 ppm, коеф. преобразуване 640 TDS, ppm, коеф преобразуване 640 TDS, ppm, коеф преобразуване 550 TDS, ppm, коеф преобразуване 500 TDS, ppm, коеф преизчисляване 700

Обемна плътност на заряда

Повече за електрическата проводимост

Въведение и определения

Електрическа проводимост (или електрическа проводимост)е мярка за способността на дадено вещество да провежда електрически ток или да се движи електрически зарядив него. Това е отношението на плътността на тока към напрегнатостта на електрическото поле. Ако разгледаме куб от проводим материал със страна 1 метър, тогава специфичната проводимост ще бъде равна на електрическата проводимост, измерена между две противоположни страни на този куб.

Проводимостта се свързва с проводимостта по следната формула:

G = σ(A/l)

Където Ж- електропроводимост, σ - електропроводимост, А- напречното сечение на проводника, перпендикулярно на посоката на електрическия ток и л- дължина на проводника. Тази формула може да се използва с всеки проводник под формата на цилиндър или призма. Имайте предвид, че тази формула може да се използва и за кубоид, защото е частен случай на призма, чиято основа е правоъгълник. Спомнете си, че електрическата проводимост е реципрочната на електрическото съпротивление.

За хората, които са далеч от физиката и технологиите, може да бъде трудно да разберат разликата между проводимостта на проводника и специфичната проводимост на веществото. Междувременно, разбира се, те са различни физични величини. Проводимостта е свойство на даден проводник или устройство (като резистор или галванична вана), докато проводимостта е присъщо свойство на материала, от който е направен този проводник или устройство. Например, проводимостта на медта винаги е една и съща, независимо как се променят формата и размерът на медния обект. В същото време проводимостта на медна жица зависи от нейната дължина, диаметър, маса, форма и някои други фактори. Разбира се, подобни предмети, направени от материали с по-висока проводимост, имат по-висока проводимост (макар и не винаги).

В Международната система от единици (SI) единицата за електрическа проводимост е сименс на метър (cm/m). Включената в него единица за проводимост е кръстена на немския учен, изобретател, предприемач Вернер фон Сименс (1816–1892). Основаната от него през 1847 г. Siemens AG (Siemens) е една от най-големите компании, произвеждащи електрическо, електронно, енергийно, транспортно и медицинско оборудване.

Диапазонът на електрическата проводимост е много широк, от материали с високо съпротивление като стъкло (което между другото провежда добре електричество при нагряване до червено) или полиметилметакрилат (органично стъкло) до много добри проводници като сребро, мед или злато. Електрическата проводимост се определя от броя на зарядите (електрони и йони), скоростта на тяхното движение и количеството енергия, което могат да носят. Водните разтвори на различни вещества, които се използват например в галванични вани, имат средни стойности на специфична проводимост. Друг пример за електролити със средни стойности на специфична проводимост е вътрешната среда на тялото (кръв, плазма, лимфа и други течности).

Проводимостта на метали, полупроводници и диелектрици е разгледана подробно в следните статии на сайта Преобразувател на физически величини: и Електрическа проводимост. В тази статия ще обсъдим по-подробно проводимостта на електролитите, както и методите и простото оборудване за нейното измерване.

Електропроводимост на електролитите и нейното измерване

Проводимост водни разтвори, при който възниква електрически ток в резултат на движението на заредени йони, се определя от броя на носителите на заряд (концентрацията на веществото в разтвора), скоростта на тяхното движение (подвижността на йоните зависи от температурата) и зарядът, който носят (определя се от валентността на йоните). Следователно в повечето водни разтвори повишаването на концентрацията води до увеличаване на броя на йоните и следователно до увеличаване на проводимостта. Въпреки това, след достигане на определен максимум, специфичната проводимост на разтвора може да започне да намалява с по-нататъшно увеличаване на концентрацията на разтвора. Следователно разтвори с две различни концентрации на една и съща сол могат да имат еднаква проводимост.

Температурата също влияе върху проводимостта, тъй като йоните се движат по-бързо с повишаване на температурата, което води до увеличаване на проводимостта. Чистата вода е лош проводник на електричество. Обикновената дестилирана вода, която съдържа въглероден диоксид от въздуха в равновесно състояние и обща минерализация под 10 mg/l, има електропроводимост около 20 mS/cm. Проводимост различни решенияпоказано в таблицата по-долу.

За определяне на специфичната проводимост на даден разтвор се използва съпротивителен метър (омметър) или кондуктометър. Това са почти еднакви устройства, различаващи се само в мащаба. И двете измерват спада на напрежението в участъка от веригата, през който протича електрическият ток от батерията на устройството. Измерената стойност на проводимостта се преобразува ръчно или автоматично в проводимост. Това се прави, като се вземе предвид физически характеристикиизмервателно устройство или сензор. Сензорите за проводимост са прости: те представляват чифт (или два чифта) електроди, потопени в електролит. Сензорите за проводимост се характеризират с константа на сензора за проводимост, което в най-простия случай се определя като отношението на разстоянието между електродите дкъм зоната (електрод), перпендикулярна на тока А

Тази формула работи добре, ако площта на електродите е много по-голяма от разстоянието между тях, тъй като в този случай по-голямата част от електрическия ток протича между електродите. Пример: за 1 кубичен сантиметър течност K=D/A= 1 cm/1 cm² = 1 cm⁻¹. Обърнете внимание, че сензорите за проводимост с малки електроди, разположени на сравнително голямо разстояние, се характеризират с постоянни стойности на сензора от 1,0 cm⁻¹ и по-високи. В същото време сензорите с относително големи електроди, поставени близо един до друг, имат константа от 0,1 cm⁻¹ или по-малко. Константата на сензора за измерване на електрическата проводимост на различни устройства варира от 0,01 до 100 cm⁻¹.

Теоретична константа на сензора: ляво - К= 0,01 cm⁻¹, вдясно - К= 1 cm⁻¹

За да се получи проводимост от измерената проводимост, се използва следната формула:

σ = K ∙ G

σ - специфична проводимост на разтвора в S/cm;

К- константа на сензора в cm⁻¹;

Ж- проводимост на сензора в сименс.

Константата на сензора обикновено не се изчислява от неговите геометрични размери, а се измерва в конкретно измервателно устройство или в специфична измервателна инсталация, като се използва разтвор с известна проводимост. Тази измерена стойност се въвежда в кондуктомера, който автоматично изчислява проводимостта от измерените стойности на проводимостта или съпротивлението на разтвора. Поради факта, че проводимостта зависи от температурата на разтвора, устройствата за измерване на проводимостта често съдържат температурен сензор, който измерва температурата и осигурява автоматична температурна компенсация на измерванията, т.е. привеждане на резултатите до стандартна температура от 25°C.

Най-лесният начин за измерване на проводимостта е да се приложи напрежение върху два плоски електрода, потопени в разтвор, и да се измери протичащият ток. Този метод се нарича потенциометричен. Според закона на Ом проводимостта Же текущото съотношение азкъм напрежение U:

Не всичко обаче е толкова просто, както е описано по-горе - има много проблеми при измерването на проводимостта. Ако се използва постоянен ток, йоните се събират на повърхностите на електродите. Също така, на повърхностите на електродите, химическа реакция. Това води до увеличаване на поляризационното съпротивление на повърхностите на електродите, което от своя страна води до грешни резултати. Ако се опитате да измерите съпротивлението с конвенционален тестер, например разтвор на натриев хлорид, ясно ще видите как показанията на дисплея на цифрово устройство се променят доста бързо в посока на увеличаване на съпротивлението. За да се елиминира ефектът на поляризацията, често се използва дизайн на сензор с четири електрода.

Поляризацията също може да бъде предотвратена или във всеки случай намалена чрез използване на променлив ток вместо постоянен ток при измерването и дори регулиране на честотата в зависимост от проводимостта. Ниските честоти се използват за измерване на ниска проводимост, където ефектът от поляризацията е малък. По-високи честоти се използват за измерване на висока проводимост. Обикновено честотата се регулира автоматично по време на процеса на измерване, като се вземат предвид получените стойности на проводимостта на разтвора. Съвременните цифрови двуелектродни кондуктометри обикновено използват сложна компенсация на променлив ток и температура. Те са фабрично калибрирани, но често е необходимо повторно калибриране по време на работа, тъй като константата на измервателната клетка (сензор) се променя с времето. Например, може да се промени, когато сензорите се замърсят или когато електродите претърпят физически и химически промени.

В традиционен двуелектроден кондуктометър (този, който ще използваме в нашия експеримент), се прилага променливо напрежение между двата електрода и се измерва токът, протичащ между електродите. Този прост метод има един недостатък - измерва се не само съпротивлението на разтвора, но и съпротивлението, причинено от поляризацията на електродите. За да се сведе до минимум влиянието на поляризацията, се използва дизайн на сензор с четири електрода, както и покритие на електродите с платинено черно.

Обща минерализация

За определяне често се използват устройства за измерване на електрическата проводимост обща минерализация или съдържание на твърди вещества(Английски total dissolved solids, TDS). Това е мярка за общото количество органични и неорганични веществасъдържащи се в течността в различни форми: йонизирана, молекулярна (разтворена), колоидна и под формата на суспензия (неразтворена). Разтворените вещества включват всякакви неорганични соли. Това са предимно хлориди, бикарбонати и сулфати на калций, калий, магнезий, натрий, както и някои органична материяразтворен във вода. За да се счита за пълна минерализация, веществата трябва да бъдат или разтворени, или под формата на много фини частици, които преминават през филтри с диаметър на порите по-малък от 2 микрометра. Наричат ​​се вещества, които са постоянно в суспензия в разтвор, но не могат да преминат през такъв филтър суспендирани твърди вещества(Английски total suspended solids, TSS). Общите суспендирани твърди вещества обикновено се измерват, за да се определи качеството на водата.

Има два метода за измерване на съдържанието на твърди вещества: гравиметричен анализ, който е най-точният метод, и измерване на проводимостта. Първият метод е най-точен, но изисква много време и наличност. лабораторно оборудване, тъй като водата трябва да се изпари до получаване на сух остатък. Това обикновено се прави при 180°C в лабораторни условия. След пълното изпаряване остатъкът се претегля на точна везна.

Вторият метод не е толкова точен, колкото гравиметричния анализ. Той обаче е много удобен, широко използван и е най-бързият метод, тъй като представлява просто измерване на проводимост и температура, извършвано за няколко секунди с евтин измервателен уред. Методът за измерване на специфичната електрическа проводимост може да се използва поради факта, че специфичната проводимост на водата зависи пряко от количеството йонизирани вещества, разтворени в нея. Този метод е особено полезен за наблюдение на качеството на питейната вода или оценка на общото количество йони в разтвор.

Измерената проводимост зависи от температурата на разтвора. Тоест, колкото по-висока е температурата, толкова по-висока е проводимостта, тъй като йоните в разтвора се движат по-бързо с повишаване на температурата. За получаване на независими от температурата измервания се използва концепцията за стандартна (референтна) температура, до която се свеждат резултатите от измерването. Референтната температура ви позволява да сравнявате резултатите, получени при различни температури. По този начин кондуктомерът може да измерва действителната проводимост и след това да използва коригираща функция, която автоматично ще доведе резултата до референтна температура от 20 или 25°C. Ако се изисква много висока точност, пробата може да се постави в пещ, след което да се калибрира измервателен уредпри същата температура, която ще се използва при измерванията.

Повечето съвременни кондуктометри са оборудвани с вграден температурен сензор, който се използва както за температурна корекция, така и за измерване на температурата. Най-модерните инструменти са в състояние да измерват и показват измерени стойности по отношение на проводимост, съпротивление, соленост, обща соленост и концентрация. Обаче още веднъж отбелязваме, че всички тези устройства измерват само проводимост (съпротивление) и температура. Всички физически величини, които дисплеят показва, се изчисляват от устройството, като се вземе предвид измерената температура, която се използва за автоматична температурна компенсация и привеждане на измерените стойности до стандартната температура.

Експеримент: Измерване на обща соленост и проводимост

И накрая, ще извършим някои експерименти за измерване на проводимостта с помощта на евтин измервател на общата минерализация (наричан още салинометър, салинометър или кондуктометър) TDS-3. Цената на "неназованото" устройство TDS-3 в eBay, включително доставката, е по-малко от 3,00 щатски долара към момента на писане. Абсолютно същото устройство, но с името на производителя вече е 10 пъти по-скъпо. Но това е за тези, които обичат да плащат за марката, въпреки че има много голяма вероятност и двете устройства да бъдат пуснати в една и съща фабрика. TDS-3 извършва температурна компенсация и за това е оборудван с температурен датчик, разположен до електродите. Следователно може да се използва и като термометър. Отново трябва да се отбележи, че апаратът всъщност не измерва самата минерализация, а съпротивлението между два телени електрода и температурата на разтвора. Всичко останало изчислява автоматично с помощта на коефициенти за калибриране.

Уредът за измерване на общата минерализация ще ви помогне да определите съдържанието на твърди вещества, например когато наблюдавате качеството на питейната вода или определяте солеността на водата в аквариум или сладководно езерце. Може също така да се използва за наблюдение на качеството на водата в системите за филтриране и пречистване на вода, за да знаете кога е време да смените филтър или мембрана. Инструментът е фабрично калибриран с 342 ppm (части на милион или mg/L) разтвор на натриев хлорид NaCl. Диапазонът на измерване на уреда е 0–9990 ppm или mg/l. PPM е част на милион, безразмерна единица за измерване на относителни стойности, равна на 1 10⁻⁶ от базовата стойност. Например, масова концентрация от 5 mg/kg = 5 mg в 1 000 000 mg = 5 ppm или ppm. Точно както процентът е една стотна, милионната е една милионна. Процентите и милионните са много сходни по значение. Частите на милион, за разлика от процентите, са удобни за посочване на концентрацията на много слаби разтвори.

Инструментът измерва електрическата проводимост между два електрода (т.е. реципрочната стойност на съпротивлението), след което преобразува резултата в електрическа проводимост (EC често се използва в англоезичната литература), като използва формулата за проводимост по-горе, като взема предвид константата на сензора K, след това извършва друго преобразуване чрез умножаване на получената проводимост с коефициент на преобразуване 500. Резултатът е обща стойност на минерализация в части на милион (ppm). Повече за това по-долу.

Този измервател на обща минерализация не може да се използва за тестване на качеството на вода с високо съдържание на сол. Примери за вещества с високо съдържание на сол са определени храни (обикновена супа с нормално съдържание на сол 10 g/l) и морска вода. Максималната концентрация на натриев хлорид, която този уред може да измери, е 9990 ppm или около 10 g/l. Това е обичайната концентрация на сол в храните. Това устройство също не може да измерва солеността. морска вода, тъй като обикновено е равно на 35 g/l или 35000 ppm, което е много по-високо от това, което устройството може да измери. Ако се опитате да измерите толкова висока концентрация, уредът ще покаже съобщение за грешка Err.

Соломерът TDS-3 измерва проводимостта и използва така наречената "скала 500" (или "NaCl скала") за калибриране и преобразуване в концентрация. Това означава, че за да се получи концентрацията в части на милион, стойността на проводимостта в mS/cm се умножава по 500. Тоест, например, 1,0 mS/cm се умножава по 500, за да се получат 500 ppm. Различните индустрии използват различни мащаби. Например в хидропониката се използват три скали: 500, 640 и 700. Разликата между тях е само в употребата. Скалата 700 се основава на измерване на концентрацията на калиев хлорид в разтвор и превръщането на проводимостта в концентрация се извършва, както следва:

1,0 mS/cm x 700 дава 700 ppm

Скалата 640 използва коефициент на преобразуване 640 за преобразуване на mS в ppm:

1,0 mS/cm x 640 дава 640 ppm

В нашия експеримент първо ще измерим общата минерализация на дестилираната вода. Соломерът показва 0 ppm. Мултиметърът показва съпротивление от 1,21 MΩ.

За експеримента ще подготвим разтвор на натриев хлорид NaCl с концентрация 1000 ppm и ще измерим концентрацията с помощта на TDS-3. За да приготвим 100 ml разтвор, трябва да разтворим 100 mg натриев хлорид и да добавим дестилирана вода към 100 ml. Претеглете 100 mg натриев хлорид и го поставете в мерителен цилиндър, добавете малко дестилирана вода и разбъркайте, докато солта се разтвори напълно. След това добавете вода до марката 100 ml и разбъркайте отново.

Измерване на съпротивление между два електрода, направени от същия материал и със същите размери като електродите TDS-3; мултиметър показва 2,5 kOhm

За експерименталното определяне на проводимостта използвахме два електрода, направени от същия материал и със същите размери като електродите TDS-3. Измереното съпротивление беше 2,5 kOhm.

Сега, след като знаем съпротивлението и концентрацията на натриев хлорид в милионни части, можем приблизително да изчислим константата на измервателната клетка на уреда за физиологичен разтвор TDS-3, като използваме горната формула:

K = σ/G= 2 mS/cm x 2,5 kΩ = 5 cm⁻¹

Тази стойност от 5 cm⁻¹ е близка до изчислената стойност на константата на измервателната клетка TDS-3 със следните размери на електродите (вижте фигурата).

• D = 0,5 cm - разстоянието между електродите;
• W = 0,14 cm - ширина на електрода
• L = 1,1 cm - дължина на електрода

Константата на сензора TDS-3 е K=D/A= 0,5/0,14x1,1 = 3,25 cm⁻¹. Това не се различава много от стойността, получена по-горе. Спомнете си, че горната формула позволява само приблизителна оценка на константата на сензора.

Трудно ли ви е да превеждате мерни единици от един език на друг? Колегите са готови да ви помогнат. Публикувайте въпрос в TCTermsи след няколко минути ще получите отговор.