ความต้านทานไฟฟ้าคืออะไรและขึ้นอยู่กับอุณหภูมิอย่างไร

จากมุมมองของกระบวนการแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในนั้นองค์ประกอบหรือส่วนใด ๆ ของวงจรไฟฟ้านั้นมีความโดดเด่นเป็นหลักโดยความสามารถในการดำเนินการในปัจจุบันหรือเป็นอุปสรรคต่อการผ่านของกระแส คุณสมบัติขององค์ประกอบวงจรนี้ถูกประเมินโดยพวกมัน การนำไฟฟ้า หรือค่าของการนำย้อนกลับ - ความต้านทานไฟฟ้า.

อุปกรณ์ไฟฟ้าส่วนใหญ่ประกอบด้วยชิ้นส่วนที่เป็นตัวนำที่ทำจากตัวนำโลหะมักจะมีการเคลือบฉนวนหรือฝัก ความต้านทานไฟฟ้าของตัวนำขึ้นอยู่กับขนาดทางเรขาคณิตและคุณสมบัติของวัสดุ ค่าของความต้านทานไฟฟ้าเท่ากับ

R = ρl / s = l / (γs)

ที่ไหน ล. - ความยาวตัวนำ, m; s — พื้นที่หน้าตัดของตัวนำ, มม²; ρ — การนำไฟฟ้า, โอห์ม·มิลลิเมตร²/ม.; γ — ค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะ, m / ohm·มิลลิเมตร

ความต้านทานไฟฟ้า

ความต้านทานและการนำไฟฟ้าคำนึงถึงคุณสมบัติของวัสดุของตัวนำและให้ค่าความต้านทานและการนำไฟฟ้าของตัวนำยาว 1 เมตรและพื้นที่หน้าตัด 1 มม.².

ในแง่ของความต้านทาน ρ วัสดุทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็นสามกลุ่ม:

• ตัวนำ - โลหะและโลหะผสม (ρ 0.015 ถึง 1.2 โอห์ม·มิลลิเมตร²/เมตร);

• อิเล็กโทรไลต์และเซมิคอนดักเตอร์ (ρ จาก 10² มากถึง 20⁶ โอห์ม·มิลลิเมตร²/เมตร);

• dielectrics หรือฉนวน (ρ จาก 10¹⁰ มากถึง 20¹¹ โอห์ม·มิลลิเมตร²/เมตร)

ในอุปกรณ์ไฟฟ้าจะใช้วัสดุที่มีทั้งความต้านทานขนาดเล็กและสูง หากจำเป็นต้องมีองค์ประกอบวงจรมีความต้านทานเล็กน้อย (เช่นสายเชื่อมต่อ) มันควรจะทำจากตัวนำที่มีค่าต่ำ ρ - ของคำสั่ง 0.015-0.03 เช่นทองแดงเงินอลูมิเนียม

ในทางตรงกันข้ามอุปกรณ์อื่น ๆ ควรมีความต้านทานที่สำคัญ (หลอดไฟฟ้า, อุปกรณ์ทำความร้อน ฯลฯ ) ดังนั้นองค์ประกอบที่มีกระแสไฟควรทำจากวัสดุที่มีความต้านทานสูง ρมักจะเป็นตัวแทนของโลหะผสม เหล่านี้รวมถึงตัวอย่างเช่นแมงกานิน, Constantan, nichrome ซึ่งมีความสำคัญ ρ 0.1 ถึง 1.2

อุณหภูมิขึ้นอยู่กับความต้านทานไฟฟ้า

ค่าของความต้านทานไฟฟ้ายังขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของตัวนำซึ่งอาจแตกต่างกันเนื่องจากความร้อนของตัวนำโดยกระแสไฟฟ้าหรือเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิของสภาพแวดล้อม เมื่ออุณหภูมิของตัวนำเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานจำเพาะจะเปลี่ยนแปลง ค่า p ที่ระบุด้านบนสำหรับวัสดุบางชนิดสามารถใช้งานได้ที่อุณหภูมิ

ความเป็นอิสระของการต่อต้านจากอุณหภูมิแสดงโดยประมาณดังนี้:

R_{เสื้อ}^โอ = R₂₀^{เกี่ยวกับ}·[1+α·(t^โอ-20°)]

R_{เสื้อ}^โอ - ความต้านทานของตัวนำที่อุณหภูมิ t^โอ, R₂₀^{เกี่ยวกับ}- เหมือนกันที่อุณหภูมิ 20 ° C, ohm; α เป็นค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทานไฟฟ้าแสดงการเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์ของความต้านทานของลวดเมื่อถูกความร้อนโดย 1 ° C

จากการแสดงออกนี้ปริมาณ α เท่ากับ

α = (R_{เสื้อ}^โอ - อา₂₀^{เกี่ยวกับ}) / (R₂₀^{เกี่ยวกับ}·(t^โอ-20°))

สำหรับโลหะและโลหะผสมส่วนใหญ่คุณค่า α > 0, เช่นเมื่อถูกความร้อนความต้านทานจะเพิ่มขึ้นและในทางกลับกัน

สำหรับการเดินสายโลหะบริสุทธิ์ค่าของช่วงจาก 0.0037 ถึง 0.0065 ต่อ 1 ° C สำหรับโลหะผสมที่มีความต้านทานสูง α มีค่าน้อยมากมีขนาดเล็กกว่าตัวนำโลหะบริสุทธิ์หลายสิบเท่า ตัวอย่างเช่นสำหรับแมงกานีส α = 0.000015 ที่° C

ความหมาย α สำหรับเซมิคอนดักเตอร์อิเล็กโทรไลต์เป็นลบคำสั่งของ 0.02 ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทานไฟฟ้าก็เป็นลบและในค่าสัมบูรณ์ของมันสูงกว่าสิบเท่า α สำหรับโลหะ

การพึ่งพาความต้านทานต่ออุณหภูมิถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีสำหรับการวัดอุณหภูมิโดยใช้สิ่งที่เรียกว่าเครื่องวัดอุณหภูมิความต้านทานซึ่งαควรมีขนาดใหญ่ ในทางกลับกันมีการใช้วัสดุที่มีค่าต่ำα เพื่อยกเว้นอิทธิพลของความผันผวนของอุณหภูมิที่มีต่อการอ่านของอุปกรณ์เหล่านี้

ตัวอย่างของการคำนวณการเปลี่ยนแปลงความต้านทานของตัวนำเมื่อถูกความร้อน: วิธีการคำนวณอุณหภูมิไส้หลอดของหลอดไส้ในโหมดปกติ

ความต้านทาน AC

ความต้านทานของตัวนำเดียวกันสำหรับกระแสสลับจะมากกว่ากระแสตรง นี่เป็นเพราะปรากฏการณ์ของสิ่งที่เรียกว่า ผลกระทบพื้นผิวซึ่งประกอบด้วยในความจริงที่ว่ากระแสสลับถูกแทนที่จากส่วนกลางของตัวนำไปยังเลเยอร์ต่อพ่วง เป็นผลให้ความหนาแน่นกระแสในชั้นในจะน้อยกว่าในชั้นนอก

ดังนั้นด้วยกระแสสลับจึงใช้การตัดขวางของตัวนำตามที่เป็นอยู่ไม่สมบูรณ์ อย่างไรก็ตามที่ความถี่ 50 Hz ความแตกต่างในการต่อต้านกระแสโดยตรงและกระแสสลับไม่มีนัยสำคัญและสามารถละเลยได้ในทางปฏิบัติ

ความต้านทานตัวนำไฟฟ้ากระแสตรงเรียกว่าohmicและกระแสสลับ -ความต้านทานที่ใช้งาน. ความต้านทานโอห์มมิกและแอคทีฟขึ้นอยู่กับวัสดุ (โครงสร้างภายใน) ขนาดทางเรขาคณิตและอุณหภูมิของตัวนำ นอกจากนี้ในขดลวดกับแกนเหล็กค่าของความต้านทานที่ใช้งานได้รับผลกระทบจากการสูญเสียในเหล็ก

ความต้านทานที่ใช้งานรวมถึงหลอดไส้ไฟฟ้า, เตาต้านทานไฟฟ้า, อุปกรณ์ทำความร้อนต่าง ๆ , rheostats และสายไฟ, ซึ่งพลังงานไฟฟ้าเกือบจะแปลงเป็นความร้อนได้อย่างสมบูรณ์

นอกจากความต้านทานที่ใช้งานในวงจรกระแสสลับมีความต้านทานแบบเหนี่ยวนำและแบบ capacitive (ดู -โหลดอุปนัยและ capacitive คืออะไร?).

ความต้านทานของฉนวน

ความน่าเชื่อถือของเครือข่ายไฟฟ้าและอุปกรณ์ในระดับใหญ่ขึ้นอยู่กับคุณภาพของฉนวนระหว่างส่วนที่มีชีวิตของเฟสที่ต่างกันรวมถึงระหว่างส่วนที่มีชีวิตและพื้น

คุณภาพของฉนวนมีความสำคัญต่อความต้านทาน คำจำกัดความของค่านี้มักจะถูก จำกัด ในระหว่างการทดสอบการควบคุมของเครือข่ายและการติดตั้งด้วยแรงดันไฟฟ้าที่น้อยกว่า 1,000 V สำหรับการติดตั้งแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นความแข็งแกร่งทางไฟฟ้าและการสูญเสียอิเล็กทริกจะถูกกำหนดเพิ่มเติม

ขึ้นอยู่กับสถานะของเครือข่าย (เครือข่ายที่ปิดหรือเปิดเครื่องรับพลังงานไม่ว่าจะอยู่ภายใต้แรงดันหรือไม่ก็ตาม) วงจรสวิตชิ่งต่างๆสำหรับอุปกรณ์การวัดและวิธีการคำนวณค่าความต้านทานของฉนวน megaohmmeters และ voltmeters ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อจุดประสงค์นี้

ภารกิจในการพิจารณาความต้านทานของฉนวนนั้นมีความเฉพาะและครอบคลุมในปริมาตรดังนั้นเราขอแนะนำให้คุณอ่านบทความนี้:วิธีการใช้ megaohmmeter

การคำนวณสายไฟเพื่อให้ความร้อนคืออะไร?

ความต้านทานไฟฟ้ามีผลต่อ สำหรับทำความร้อนสายไฟและสายเคเบิล. สายไฟที่เชื่อมต่อแหล่งพลังงานกับตัวรับสัญญาณควรให้พลังงานแก่ตัวรับสัญญาณที่มีการสูญเสียแรงดันและพลังงานเล็กน้อย แต่ในเวลาเดียวกันพวกเขาไม่ควรได้รับความร้อนจากกระแสที่ไหลผ่านพวกเขาเหนืออุณหภูมิที่อนุญาต

การเพิ่มอุณหภูมิที่อนุญาตเกินกว่าจะนำไปสู่ความเสียหายต่อฉนวนของสายไฟและทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าลัดวงจรเช่นค่ากระแสไฟฟ้าในวงจรเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ดังนั้นการคำนวณสายไฟทำให้คุณสามารถกำหนดพื้นที่หน้าตัดซึ่งการสูญเสียแรงดันไฟฟ้าและความร้อนของสายไฟจะอยู่ในขอบเขตปกติ

โดยทั่วไปหน้าตัดของสายไฟและสายเคเบิลเพื่อให้ความร้อนได้รับการตรวจสอบ ตามตารางของโหลดปัจจุบันที่อนุญาต จาก PUE หากภาพตัดขวางไม่เหมาะสมกับสภาพการทำความร้อนคุณควรเลือกภาพตัดขวางขนาดใหญ่ที่ตรงตามข้อกำหนดเหล่านี้

หน่วยต้านทานความร้อน

องค์ประกอบหลักของเตาไฟฟ้าคือองค์ประกอบความร้อนไฟฟ้าและอุปกรณ์ฉนวนกันความร้อนที่ป้องกันการสูญเสียความร้อนไปยังพื้นที่โดยรอบ วัสดุที่ไม่ใช่โลหะทนความร้อนที่มีความต้านทานสูง (ถ่านหิน, กราไฟท์, คาร์บอรันดัม) และวัสดุโลหะ (nichrome, constantan, fechral, ​​ฯลฯ ) ใช้เป็นวัสดุสำหรับองค์ประกอบความร้อนไฟฟ้า

วัสดุความต้านทานสูง ρ ช่วยให้คุณออกแบบองค์ประกอบความร้อนที่มีพื้นที่หน้าตัดขนาดใหญ่และพื้นผิวและการเลือกใช้วัสดุที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเล็กน้อย αให้ความไม่เปลี่ยนแปลงของมิติทางเรขาคณิตขององค์ประกอบเมื่อถูกความร้อน

องค์ประกอบความร้อนที่ทำจากวัสดุประเภทกราไฟต์ทำในรูปแบบของแท่งที่มีส่วนท่อหรือของแข็ง องค์ประกอบความร้อนโลหะทำในรูปแบบของลวดหรือเทป

การใช้ฟิวส์

เพื่อป้องกันสายไฟของวงจรไฟฟ้าจากกระแสเกินค่าที่อนุญาตให้ใช้เบรกเกอร์วงจร และฟิวส์ ประเภทต่างๆ โดยหลักการแล้วฟิวส์เป็นส่วนหนึ่งของวงจรไฟฟ้าที่มีความเสถียรทางความร้อนต่ำ

โดยทั่วไปแล้วฟิวส์แบบแทรกมักจะอยู่ในรูปแบบตัวนำสั้น ๆ ของส่วนเล็ก ๆ ที่ทำจากวัสดุที่มีค่าการนำไฟฟ้าที่ดี (ทองแดงเงิน) หรือตัวนำที่มีความต้านทานค่อนข้างสูง (ตะกั่วดีบุก) หากกระแสเพิ่มขึ้นสูงกว่าค่าที่ฟิวส์ได้รับการออกแบบหลังจะไหม้และปิดส่วนวงจรหรือตัวสะสมกระแสไฟฟ้าที่ป้องกัน

ดูเพิ่มเติมที่:แรงดันไฟฟ้าความต้านทานกระแสและกำลังไฟฟ้าเป็นปริมาณไฟฟ้าหลัก