Медта е един от най-разпространените телени материали. Електрическото му съпротивление е най-ниското от достъпните метали. По-малко е само в 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 електрически носители на 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 са свободни електрони.

Определение.Електрическият ток е насоченото движение на заредени частици.

Съпротивление

Електрическото съпротивление е величина, която определя електрическото съпротивление на пробата от референтен материал. Гръцката буква "r" се използва за обозначаване на това количество. Формула за изчисление:

p=(R*S)/ л.

Тази стойност се измерва в Ohm*m. Можете да го намерите в справочници, в таблици на съпротивлението 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 плътностатомите и броя на свободните електрони;
• примеси. При чистите метали кристалната решетка е по-подредена, така че съпротивлението е по-ниско, отколкото в сплавите;
• температура. Атомите не седят 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-високо е съпротивлението.

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

Интересно.Има 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 концепцията за "проводимост". Това е реципрочната стойност на съпротивата. Той е обозначен 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 електрическа проводимост се увеличават при нагряване, така че мощността на електродния котел се увеличава няколко пъти при нагряване от 20 до 100 градуса.

Интересно.Дестилираната вода е изолатор. Проводимостта му се придава от разтворени примеси.

Електрическо съпротивление на проводниците

Най-често срещаните материали за тел са мед и алуминий. Устойчивостта на алуминия е по-висока, но е по-евтина от медта. Специфичното съпротивление на медта е по-ниско, така че размерът на проводника може да бъде избран по-малък. Освен това е по-здрава и от този метал са направени гъвкави многожилни проводници.

Следващата 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 проводникът има съпротивление, когато преминава през него електрически токтоплината се отделя и напрежението пада. И двата фактора трябва да се вземат предвид при избора на размери на кабела.

Избор според допустимото отопление

Когато токът протича през проводник, се освобождава енергия. Неговото количество може да се изчисли по формулата на електрическата мощност:

В меден проводник с напречно сечение 2,5 mm² и дължина 10 метра R=10*0,0074=0,074Ohm. При ток от 30A, P = 30² * 0,074 = 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, то трябва да бъде не повече от 5% или в мрежа 220V - не повече от 11V.

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

В мрежа от 220V 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 от 25 метра се оказва 11,1V - максимално допустимата стойност, ще трябва да увеличите напречното сечение.

Електрическо съпротивление на други метали

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

• Желязо. Специфичната устойчивост на стоманата е по-висока, но е по-здрава от медта и алуминия. Стоманените проводници са вплетени в кабели, предназначени за полагане през въздуха. Съпротивлението на желязото е твърде високо за предаване на електричество, следователно при изчисляване на напречното сечение сърцевината не се взема предвид. Освен това е по-огнеупорен и от него се правят проводници за свързване на нагреватели в електрически пещи с висока мощност;
• Nichrome (сплав от никел и хром) и Fechral (желязо, хром и алуминий). Те имат ниска проводимост и огнеупорност. От тези сплави се изработват жични резистори и нагреватели;
• волфрам. Електрическото му съпротивление е високо, но е огнеупорен метал (3422 °C). Използва се за направата на нишки в електрически лампи и електроди за аргоново-дъгово заваряване;
• Константан и манганин (мед, никел и манган). Съпротивлението на тези проводници не се променя с промени в температурата. Използват се в претенции устройства за производство на резистори;
• Благородни метали - злато и сребро. Те имат най-висока проводимост, но поради високата цена, използването им е ограничено.

Индуктивно реактивно съпротивление

Формулите за изчисляване на проводимостта на проводниците са валидни само в DC мрежа или в прави проводници с ниска честота. В намотки и в високочестотни мрежи индуктивното съпротивление изглежда много пъти по-високо от обикновено. В допълнение, високочестотният ток се разпространява само по повърхността на проводника. Поради това понякога се покрива с тънък слой сребро или се използва лиц тел.

Справка.Лиц тел е многожилен проводник, всяко жило в което е изолирано от останалите. Това се прави за увеличаване на повърхността и проводимостта във високочестотните мрежи.

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

Видео

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

За проводимост и съпротивление

Потокът от електрони не се движи свободно през материала. При постоянна температура елементарни частицизавъртете около състояние на покой. Освен това електроните в зоната на проводимост се намесват един с друг 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 веществото е изложено на електрическо поле. Съпротивлението е реципрочна на степента на трудност, която електроните имат при движение през материал, което показва колко добър или лош е проводникът.

Важно!Високата стойност на електрическото съпротивление показва, че материалът е лошо проводим, докато ниската стойност показва добра проводимост.

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 = ohm m.

За специфична проводимост σ единицата, в която се измерва е Sm/m или Siemens на метър.

Видове материали

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

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 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.

Интересно.Електрическата 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 проводимост по-малка от 100% LACS. Има обаче изключения, като сребро или специална 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,
• пластмасов,
• каучук,
• слюда,
• восък,
• хартия,
• сухо дърво,
• порцелан,
• някои мазнини за промишлена и електрическа употреба и бакелит.

Между трите групи преходите са течни. Със сигурност се знае: няма абсолютно непроводими среди и материали. Например въздухът е изолатор при стайна температура, но при условия на силен нискочестотен сигнал той може да се превърне в проводник.

Определяне на проводимост

Когато се сравнява електрическото съпротивление на различни вещества, се изискват стандартизирани условия на измерване:

1. В случай на течности, лоши проводници и изолатори, използвайте кубични образци 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, електрически ток ще протича през проводника. С увеличаване 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 ома.

От своя страна проводникът може да бъде с различни дължини, размери 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 отговарят 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 е точно изчислена за индикатор от 20 °. Ако температурата е различна, стойността на ρ трябва да се коригира въз основа на друг коефициент, наречен температурен коефициент и означен 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 пряко зависи 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 такова понятие 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 сблъскат 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-къса и дебела е жицата, толкова по-ниско е нейното съпротивление ,и проводимостта (способността да пропуска 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 своята енергия. В резултат на това проводникът се нагрява, термичното, произволно движение на атоми и молекули се увеличава. Това допълнително забавя основния поток от електрони по проводника. Това обяснява увеличаването на съпротивлението на проводника към преминаването на електрически ток по време на нагряване.

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

Полупроводниците и електролитите имат противоположно свойство от проводниците - с повишаване на температурата на нагряване тяхното съпротивление намалява.

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

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

Електрическата проводимост 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, е по-удобно да се брои в Sims и след това да се преобразува в омове.

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

Специфичните съпротивления на проводниците на някои метали са дадени в таблицата.

От таблицата се вижда: от метали среброто има най-добра проводимост. Но той е много скъп 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. Волфрам, константан, манганин се използват в различни нагревателни устройства, при 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 предаването електрическа енергия от източника до потребителя.

По-долу е дадена таблица с допустимите 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 резерв от кинетичната си енергия. Скоростта на движение на електроните непрекъснато се променя: когато електроните се сблъскат 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 сантиметъра в секунда. Следователно електроните, преминаващи през проводник, винаги срещат съпротивление от неговата страна на 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 тяло или среда да се трансформира електрическа енергияв топлина, когато електрически ток преминава през него.

На диаграмите електрическото съпротивление е показано, както е показано на фигура 1, а.

Променливо електрическо съпротивление, което служи за промяна на тока във веригата, се нарича реостат. В диаграмите реостатите са обозначени, както е показано на фигура 1, б. AT 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 във веригата се въвежда желаното съпротивление.

Дълъг проводник с малко напречно сечение създава висока устойчивост на ток. Късите проводници с голямо напречно сечение имат малка устойчивост 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 един проводник зависи от материала на самия проводник.

Температурата на един проводник също влияе върху неговото съпротивление. С повишаване на температурата съпротивлението на металите се увеличава, а съпротивлението на течности и въглища 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. Om често се означава 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).

При сравняване на съпротивлението на проводници от различни материали е необходимо да се вземе определена дължина и сечение за всяка проба. Тогава ще можем да преценим кой материал провежда електрически ток по-добре или по-лошо.

Видео 1. Съпротивление на проводника

Специфично електрическо съпротивление

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

Таблица 1 дава специфичните съпротивления на някои проводници.

маса 1

Съпротивление на различни проводници

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

където r- съпротивление на проводника в ома; 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 тел с напречно сечение 5 mm².

Пример 2Изчислете съпротивлението на 2 km алуминиев проводник 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 навиете 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 нихромен 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 установяваме, 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 акумулаторна верига. За да измерите тока във веригата, включете амперметъра. Когато нагрявате спиралата в пламъка на горелката, можете да видите, че показанията на амперметъра ще намалеят. Това показва, че съпротивлението на металната тел се увеличава с нагряване.

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

Способността на металите да променят своето съпротивление при температурни промени се използва за конструиране на термометри за съпротивление. 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, когато се нагрява, за 1 ом от първоначалното съпротивление и 1 ° температура, се нарича температурен коефициент на съпротивлениеи се обозначава с буквата α.

Ако на температура т 0 съпротивлението на проводника е r 0 и при температура тсе равнява r t, след това температурния коефициент на съпротивление

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

Ето 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 7Термометър за съпротивление, изработен от платинен проводник в помещение с температура 15°C, имаше съпротивление от 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 съпротивлението на проводника разглеждахме като пречка, която проводникът предоставя 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 проводникът, толкова по-малко проводимост има, толкова по-лошо провежда електрическия ток и, обратно, колкото по-ниско е съпротивлението на проводника, толкова по-голяма е проводимостта му, толкова по-лесно е токът да преминава през проводника. Следователно съпротивлението и проводимостта на проводника са реципрочни величини.

От математиката е известно, че обратното на 5 е 1/5 и обратно, обратното на 1/7 е 7. Следователно, ако съпротивлението на проводник се обозначи 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 неговата устойчивост

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

Преобразувател на дължина и разстояние Преобразувател на маса Конвертор на маса храна и храна Преобразувател на площ Конвертор на обем и рецептури Конвертор Конвертор на температура Преобразувател Налягане, напрежение, преобразувател на модула на Янг Конвертор на енергия и работа Конвертор на мощност Конвертор на сила Преобразувател на време Конвертор на линейна скорост Конвертор на плоска ъглова ефективност Преобразувател на термична ефективност и горивна ефективност на числа в различни бройни системи Преобразувател на мерни единици за количество информация Обменни курсове Размери на дамско облекло и обувки Размери на мъжко облекло и обувки Конвертор ъглова скорости скорост Преобразувател на ускорение Преобразувател ъглово ускорениеКонвертор на специфичен обем на преобразувател на плътност Преобразувател на момент на инерция Преобразувател на момент на сила Преобразувател на въртящ момент Конвертор на въртящ момент Специфична топлина на горене (по маса) Конвертор Енергийна плътност и специфична калоричност на горивото (по обем) Конвертор Преобразувател на температурна разлика Преобразувател на термично разширение Преобразувател на коефициента на разширение Преобразувател на преобразувател Преобразувател на преобразувател Конвертор на специфичен топлинен капацитет Преобразувател на мощност на излагане на енергия и топлинно излъчване Преобразувател на плътност на топлинния поток Преобразувател на коефициент на топлопреминаване Преобразувател на обемен поток Конвертор на масов дебит Конвертор на моларен поток Конвертор на плътност на масата на потока Преобразуващ разтвор за конвертиране на моларна концентрация Конвертор на масова концентрация (Viscos Converter Converter на ViscosA) повърхностно напрежениеПреобразувател на пропускливост на пара Преобразувател на плътност на потока на водната пара Конвертор на нивото на звука Преобразувател на чувствителността на микрофона Преобразувател на нивото на звуковото налягане (SPL) Конвертор на нивото на звуковото налягане с избираем преобразувател на референтното налягане Преобразувател на яркостта на светлината Конвертор на светлинния интензитет Конвертор на осветлението Компютърна графика Разделителна способност и преобразуване на мощността на преобразувател на мощността Диоптър мощност и увеличение на обектива (×) Преобразувател на електрически заряд Линеен преобразувател на плътност на заряда Преобразувател на плътност на повърхностния заряд Преобразувател на обемен преобразувател на плътност на заряда Преобразувател на електрически ток Преобразувател на линеен преобразувател на плътност на тока Преобразувател на плътност на повърхностния ток Преобразувател на електрическо поле Преобразувател на сила на електрическо поле Преобразувател на електростатичен преобразувател на електрически потенциал и преобразуващ електрически преобразувател Конвертор на проводимост Преобразувател на електрическа проводимост Конвертор на индуктивност на капацитета Преобразувател на американски кабел Нива в dBm (dBm или dBm), dBV (dBV), ватове и т.н. единици Конвертор на магнитна сила Преобразувател на сила магнитно полеПреобразувател на магнитен поток Преобразувател на магнитна индукция Радиация. Конвертор на мощност на дозата на йонизиращо лъчение Радиоактивност. Радиоактивен преобразувател на разпад. Облъчване с преобразувател на дозата. Конвертор на абсорбирана доза десетични префиксиПрехвърляне на данни Типографски и преобразувател на единици за обработка на изображения Изчисление на преобразувател на единици за обем дървен материал моларна маса Периодична система химични елементиД. И. Менделеев

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

Първоначална стойност

Преобразувана стойност

сименс на метър picosiemens на метър mo на метър mo на сантиметър abmo на метър abmo на сантиметър staticmo на метър statmo на сантиметър siemens на сантиметър милисименс на метър милисименс на сантиметър микросименс на метър микросименс на сантиметър конвенционална единица коефициент на електрическа проводимост ppm , коефициент. преизчисляване на 700 ppm, кое. преизчисляване на 500 ppm, кое. преобразуване 640 TDS, ppm, кое преобразуване 640 TDS, ppm, кое преобразуване 550 TDS, ppm, кое преобразуване 500 TDS, ppm, кое преизчисление 700

Обемна плътност на заряда

Повече за електрическата проводимост

Въведение и определения

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

Проводимостта е свързана с проводимостта по следната формула:

G = σ(A/l)

където г- електропроводимост, σ - електропроводимост, НО- 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, тъй като това е специален случай на призма, чиято основа е правоъгълник. Припомнете си, че електрическата проводимост е реципрочна на електрическото съпротивление.

Може да е трудно за хора, които са далеч от физиката и технологиите, да разберат разликата между проводимостта на проводника и специфичната проводимост на веществото. Междувременно, разбира се, това са различни физически 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, без значение как се променят формата и размера на медния обект. В същото време проводимостта на медния проводник зависи от неговата дължина, диаметър, маса, форма и някои други фактори. Разбира се, подобни обекти, изработени от материали с по-висока проводимост, имат по-висока проводимост (макар и не винаги).

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

Обхватът на електропроводимостта 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.

Електрическа проводимост на електролитите и нейното измерване

Специфичната проводимост на водните разтвори, в които възниква електрически ток в резултат на движението на заредени йони, се определя от броя на носителите на заряд (концентрацията на веществото в разтвора), тяхната скорост на движение (подвижността на йоните зависи от температурата) и заряда, който носят (определя се от валентността на йоните). Следователно в повечето водни разтвори увеличаването 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 повишаване на концентрацията на разтвора. Следователно разтворите с две различни концентрации на една и съща сол могат да имат еднаква проводимост.

Температурата също влияе на 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 равновесие и обща минерализация под 10 mg/l, има електрическа проводимост от около 20 mS/cm. Проводимост различни решенияпоказано в таблицата по-долу.

За определяне на специфичната проводимост на разтвора се използва съпротивление (омметър) или кондуктометър. Това са почти едни и същи устройства, които се различават само по мащаба. И двете измерват спада на напрежението в участъка от веригата, през който протича електрически 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 са двойка (или две двойки) електроди, потопени в електролит. Сензорите за проводимост се характеризират с константа на сензора за проводимост, което в най-простия случай се определя като съотношението на разстоянието между електродите дкъм областта (електрода), перпендикулярна на тока НО

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. Имайте предвид, че сензорите за проводимост с малки електроди, разположени на относително голямо разстояние, се характеризират с константни стойности на сензора от 1,0 cm⁻¹ и повече. 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: ляв - 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- сензорна константа в cm⁻¹;

г- проводимост на сензора в siemens.

Константата на сензора обикновено не се изчислява от нейните 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 проводимост или съпротивление на разтвора. Поради факта, че проводимостта зависи от температурата на разтвора, устройствата за измерване на проводимост често съдържат температурен сензор, който измерва температурата и осигурява автоматична температурна компенсация на измерванията, т.е. нормализиране на резултатите до стандартна температура от 25°C.

Най-лесният начин за измерване на проводимостта е да приложите напрежение върху два плоски електрода, потопени в разтвор и да измерите протичащия ток. Този метод се нарича потенциометричен. Според закона на Ом проводимостта ге текущото съотношение азкъм напрежение У:

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 електрода. Също така, на повърхностите на електрода, химическа реакция. Това води до увеличаване на поляризационното съпротивление на повърхностите на електрода, което от своя страна води до погрешни 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 може също 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-високите 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 измерватели на проводимост обикновено използват сложна компенсация на променлив ток и температура. Те се калибрират фабрично, но често се налага повторно калибриране по време на работа, тъй като константата на измервателната клетка (сензор) се променя с течение на времето. Например, може да се промени, когато сензорите се замърсят или когато електродите претърпят физически и химични промени.

В традиционния двуелектроден измервател на проводимост (който ще използваме в нашия експеримент) между двата електрода се прилага променливо напрежение 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(на английски общо разтворени твърди вещества, 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 считат 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. Веществата, които са постоянно в суспензия в разтвор, но не могат да преминат през такъв филтър, се наричат суспендирани твърди вещества(на английски общо суспендирани твърди вещества, TSS). Общото количество суспендирани твърди вещества обикновено се измерва, за да се определи качеството на водата.

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

Вторият метод не е толкова точен, колкото гравиметричния анализ. Въпреки това, той е много удобен, широко използван и най-бързият метод, тъй като е просто измерване на проводимост и температура, извършено 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 директно зависи 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 температурно независими 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 функция за корекция, 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 кондуктомери са оборудвани с вграден температурен сензор, който се използва както за корекция на температурата, така и за измерване на температурата. Най-модерните инструменти са способни да измерват и показват измерени стойности в единици за проводимост, съпротивление, соленост, обща соленост и концентрация. Още веднъж обаче отбелязваме, че всички тези устройства измерват само проводимост (съпротивление) и температура. Всички физически величини, които показва дисплеят, 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 обща минерализация TDS-3 (наричан още салинометър, салинометър или кондуктометър) TDS-3. Цената на "неназованото" устройство TDS-3 в eBay, включително доставката, е по-малко от 3,00 долара към момента на писане. Точно 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 сензор, разположен до електродите. Следователно може да се използва и като термометър. Още веднъж трябва да се отбележи, че устройството всъщност измерва не самата минерализация, а съпротивлението между два телени електрода и температурата на разтвора. Всичко останало се изчислява автоматично с помощта на коефициенти за калибриране.

Измервателят за обща минерализация ще ви помогне да определите съдържанието на твърди вещества, например при наблюдение на качеството на питейната вода или определяне на солеността на водата в аквариум или сладководно езерце. Може да се използва и за наблюдение на качеството на водата в системите за филтриране и пречистване на водата, за да се знае кога е време за смяна на филтър или мембрана. Инструментът е фабрично калибриран с 342 ppm (части на милион или mg/L) разтвор на натриев хлорид NaCl. Обхватът на измерване на устройството е 0–9990 ppm или mg/l. PPM е част на милион, безразмерна мерна единица за 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 (тоест реципрочната стойност на съпротивлението), след което преобразува резултата в електрическа проводимост (EC често се използва в английската литература), като използва формулата за проводимост по-горе, като взема предвид константата на сензора K, след това извършва друго преобразуване, като умножава получената проводимост по коефициент на преобразуване 500. Резултатът е обща стойност на минерализация в части на милион (ppm). Повече за това по-долу.

Този уред за обща минерализация не може да се използва за тестване на качеството на водата с високо съдържание на сол. Примери за вещества с високо съдържание на сол са някои храни (обикновена супа с нормално съдържание на сол от 10 g/l) и морска вода. Максималната концентрация на натриев хлорид, която това устройство може да измерва е 9990 ppm или около 10 g/l. Това е обичайната концентрация на сол в храните. Солеността на морската вода също не може да бъде измерена с този уред, тъй като тя обикновено е 35 g/l или 35 000 ppm, което е много по-високо, отколкото измервателният уред може да измери. Ако се опитате да измерите такава висока концентрация, инструментът ще покаже съобщение за грешка Err.

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

1,0 mS/cm x 700 дава 700 ppm

Скалата 640 използва коефициент на преобразуване от 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. Соломера показва 0 ppm. Мултиметърът показва съпротивление от 1,21 MΩ.

За експеримента ще приготвим 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 100 ml и разбъркайте отново.

Измерване на съпротивлението между два електрода, изработени от същия материал и със същите размери като електродите TDS-3; Мултиметърът показва 2,5 kOhm

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

Сега, когато знаем съпротивлението и концентрацията на натриев хлорид в части на милион, можем приблизително да изчислим константата на измерване на клетката на физиологичен метър TDS-3, използвайки 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 (виж 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 получената по-горе стойност. Припомнете си, че горната формула позволява само приблизителна оценка на константата на сензора.

Смятате ли, че е трудно да превеждате мерни единици от един език на друг? Колегите са готови да ви помогнат. Публикувайте въпрос към TCTermsи в рамките на няколко минути ще получите отговор.