Как в физике обозначается сечение: Поперечное сечение проволоки — задание. Физика, 8 класс.

Разное

Содержание

Как обозначается сечение провода — Морской флот

Провод — одна неизолированная или одна либо более изолированных жил, поверх которых в зависимости от условий прокладки и эксплуатации может быть неметаллическая оболочка, обмотка и (или) оплетка волокнистыми материалами или проволокой. Кабель — одна или более изолированных жил (проводников), заключенных, как правило, в металлическую или неметаллическую оболочку, поверх которой в зависимости от условий прокладки и эксплуатации может быть броня и защитные покровы.

Буквенная и цифровая маркировка жил и изоляции кабелей

Неизолированные провода обозначаются первыми буквами металла проводника:

  • М — медный,
  • А — алюминиевый,
  • AT — алюминий тянутый,
  • С — стальной,
  • АС — сталеалюминиевый.

Изолированные провода и кабели с медными жилами не имеют специальных обозначений металла жилы; провода и кабели с алюминиевой жилой имеют букву А в начале маркировки.

Аналогично бумажная изоляция для кабелей не обозначается, в то время как другие виды изоляции проводов и кабелей обозначаются соответствующими буквами:

  • Р — резиновая,
  • В — поливинилхлоридная,
  • Н — найритовая (негорючая резина),
  • Э — эмалевая.

Маркировка кабельных оболочек

Материалы оболочек кабелей маркируются соответствующей первой буквой:

  • С — свинцовая,
  • А — алюминиевая,
  • В — поливинилхлоридная,
  • Н — найритовая,
  • Р — резиновая.

В значительном большинстве буква Г, входящая в обозначение проводов, указывает, что они гибкие (многопроволочная жила), а в обозначении кабелей — что оболочка или защитная броня голые (отсутствует слой пряжи для защиты от коррозии при прокладке в земле или воде) или что кабель гибкий.

Бронированные кабели с ленточной броней имеют в маркировке букву Б, с проволочной броней — П или К.

В марке изолированных проводов первая буква обозначает материал провода (при медных жилах обозначение отсутствует), вторая буква — П обозначает провод, третья — материал изоляции.

В обозначении могут быть также буквы, характеризующие другие элементы конструкции:

  • О — оплетка,
  • Т — для прокладки в трубах,
  • П — плоский,
  • Ф — металлическая фальцованная оболочка,
  • С — для скрытой прокладки или для сельского хозяйства.

Провода и кабели различаются количеством жил (в основном от 1 до 4), сечением и номинальным напряжением.

Ещё одно интересное видео о маркировке в электрике смотрите ниже:

Стандартными являются следующие сечения жил: 0,35; 0,5; 0,75; 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 16; 25; 35; 50; 70; 95; 120; 150; 185; 240; 300; 400; 500; 625; 800; 1000 мм2.

Цветовая маркировка кабелей

Провода изготовляют с изоляцией на напряжение 380, 660 и 3000 В переменного тока.

Возьмем как пример очень распространенный кабель: ВВГнг (ож)-0,66 кВ 3х1,5 и разберем его маркировку.

Данный кабель имеет 3 медных жилы, на 1,5 кв.мм. каждая.

Буква В – винил оболочка из поливинилхлоридного (ПВХ)пластика, обозначение (нг) не распространяющий горение при групповой прокладке материал.

Количество жил у большинства групп кабелей от 1 до 5.

У контрольных, к примеру, от 4 до 37.

Каждая жила имеет сечение.

У кабеля диапазон сечений от 1,5 до 800 кв. мм. для низковольтного кабеля.

0,66 кВ – напряжение. У данного кабеля оно составляет 660 В.

Кабели бывают низковольтными (0,38 -1 кВ), на среднее (6-35кВ) и высокое (110-500кВ) напряжение.

(ож) – исполнение – одножильное. Это значит, что жила монолитная, цельнотянутая. В случае, если в марке «ож» отсутствует, то это значит, по умолчанию, что исполнение многопроволочное (мп), многожильное (мн). Индекс (А) в маркировке кабеля ВВГнг(А) обозначает соответствие категории А по нераспространению горения при групповой прокладке, кабели категории (А) считаются самыми безопастными по нераспространению горения.

Так же буквы (мс,мк) обозначение по ГОСТ Р 53769-2010:

Все буквенные маркировки начинаются от жилы. Если стоит буква А, то токопроводящая жила – алюминиевая. Если буква А отсутствует, то токопроводящая жила изготовлена из меди.

Расшифруем АСБ2лГ, АСКл, ЦСБ:
С – свинцовая оболочка.
– две лавсановые ленты
Г – голый. Защитный покров из двух стальных оцинкованных лент.
К – защитный покров из круглых стальных оцинкованных проволок.
Ц – изоляция бумажная, пропитанная нестекаемым составом.

Расшифруем АКВВГЭ:
К – контрольный
Э – экран общий из алюминиевой фольги поверх скрученных жил

Расшифруем АПвБбШп:
П – изоляция из силанольносшитого полиэтилена.
п – наружная оболочка из полиэтилена.

Расшифруем АПвПу2г:
у – усиленная оболочка из полиэтилена
– «двойная герметизация», изоляция из сшитого полиэтилена с алюминиевой лентой поверх герметизированного экрана.
КГ – кабель гибкий.

Расшифровка маркировки проводов.

Провода как и кабели маркируют буквами, после которых цифрами записывают число и площадь сечения токопроводящих жил. При обозначении провода принята следующая структура. В центре ставится буква П, обозначающая провод. Перед буквами П может стоять буква А, обозначающая, что провод изготовлен из алюминиевых токопроводящих жил; если буквы А нет, то токопроводящие жилы изготовлены из меди.

Вслед за буквой П стоит буква, характеризующая материал, из которого выполнена изоляция провода:
Р – резиновая изоляция,
В – ПВХ (поливинилхлоридная) изоляция
П – изоляция из полиэтилена

Если провод имеет оплетку из хлопчатобумажной пряжи, покрытой лаком, то это обозначается буквой Л, а если пряжа пропитана противогнилостным составом, то буква в марке провода опускается. Букву Л ставят на последнем месте в обозначении марки провода.

Провода для электрических установок марки ПВ имеют цифровые индексы 1; 2; 3 и 4. Данные цифры обозначают степень гибкости проводов. Чем выше, тем провод более гибкий.

Провода для воздушных ЛЭП расшифровываются следующим образом:
СИП – самонесущий изолированный провод. Изоляция из светостабилизированного сшитого полиэтилена.
СИП-1 – с неизолированной нейтралью
СИП-2 – с изолированной нейтралью
СИП-4 – с равными по сечению изолированными жилами.
А – неизолированный провод, скрученный из алюминиевых проволок
АС – неизолированный провод, состоящий из стального сердечника и алюминиевых проволок

Весь современный мир окутан проводами. В домах, по стенам, на крышах, на фонарях, под землей проложены осветительные, высоковольтные провода. Шнур утюга, пылесоса, кофеварки, стиральной машины, компьютера, телевизора, холодильника тянется к розетке, чтобы подключить питание. Высоковольтная линия, через безлюдную тайгу, несет электроэнергию в города от гидроэлектростанций с сибирских рек.

Маркировка кабелей и проводов неопытного покупателя может привести в затруднительное положение. Марки кабелей и проводов указывают определенным образом, чтобы вы могли легко выбирать среди разных видов продукции. Буквы обозначают: для чего нужен провод, где будет пролегать, из какого металла сделана центральная жила, из чего изоляция, на какую мощность рассчитывается. Чтобы не происходило пожаров, электрический провод или кабель должен быть подобран правильно. О том, как читать марки проводов, мы расскажем в этой статье.

Какими бывают провода

По проводам сегодня передают телефонные звонки, всевозможную информацию, электроэнергию промышленных размеров и бытовых. В зависимости от того, какую работу выполняет провод, он отличается разным металлом и диаметром жилы, количеством жил, изоляцией, специальными качествами. В местах повышенной пожарной опасности, к примеру, прокладывают кабеля или шнуры с изоляцией, которая плохо горит. Все эти нюансы имеют определенное обозначение в виде букв и цифр, указанных на изоляции электрических проводов.

Расшифровка маркировки проводов – это краткое перечисление технических характеристик изделия. Каждая буква маркировки указывает:

  • металл, из которого сделаны центральные жилы, непосредственно пропускающие электрический ток;
  • место применения данного изделия;
  • материал изоляции и общих оболочек, дополнительной защиты;
  • степень гибкости, устойчивость от возгорания, способность само-затухания, низкое выделение дыма, не поддержание горения;
  • вид конструкции, количество жил;
  • общую площадь сечения проволок, жилы;
  • оптимальное напряжение, которое способно выдержать изделие, в рабочем режиме.

Группы изделий

Для электропроводки сегодня используют кабеля, обычные провода и бытовые шнуры. Это три главные группы, на которые условно можно разделить электротехнические изделия. В зависимости от предназначения они изготавливаются с разным числом жил и сечением электропроводящей сердцевины, по-разному изолируются. К примеру, если вы решили установить фонтан в дачном пруду, кабель, проложенный под водой, должен быть заизолирован особым образом.

Провод

Одна или немного проволок без изоляции, или с тонкой изолирующей пленкой, называются проводом. Некоторые специалисты их просто называют жилой. Изоляция провода обычно легкая, не металлическая. Это лак, поливинилхлорид. Изолированная лаком жила используется для обмотки трансформаторов, моторов.

Двужильный провод с ПВХ изоляцией прокладывают при монтаже домашней электропроводки в многоквартирных зданиях, на даче, в деревянных строениях, загородных коттеджах.

Провода выпускают в основном с медной и алюминиевой сердцевиной. Хотя встречаются жилы из стали и других дорогих сплавов. Провод с медными сердцевинами дороже алюминиевых, но способен пропускать ток более высоких значений. Это обеспечивает лучшую пожарную безопасность, потому что провод не нагревается. Что надо учитывать, делая проводку электричества в деревянном строении. Медные жилы способны испытывать большее число изгибов, не ломаясь, чем алюминиевые.

Хотя алюминиевые провода дешевле, но они более хрупкие, поэтому продаются и используются все реже. Медь и алюминий на открытом воздухе окисляются. Поэтому соединения следует выполнять через клеммы или хорошо изолировать, лудить, покрывать лаком.

Контакты бывают заизолированными и оголенными. Открытый вид используется на троллейбусных проводах. Изолированный провод делают защищенным и без дополнительной защиты, это – слой пластмассы, резины, к примеру, для прокладки в сыром помещении, таком как баня.

Также провода делятся на силовые, монтажные, установочные. Монтажные – медные, прокладывают в электрических щитах. Монтажные провода соединяют детали в разных приборах. Силовые и установочные используют на открытом воздухе и внутри жилья. Изделия, находящиеся под напряжением 220 вольт, называются проводами питания, они проложены в любом доме от розеток до лампочек и бытовой техники.

Кабель

Это изделие из одножильных или многожильных изолированных проводов, покрытое общей оболочкой из пластмассы, резины, винила. Кабель бывает закрыт броней, для защиты от вандалов, об этом указывается в шифре, нанесенном на изоляцию.

Кабель, в свою очередь, бывает:

Силовой кабель передает электроэнергию к распределительным щиткам и осветительным приборам, насосам водоснабжения. Его прокладывают на улице, по воздуху и под землей, а также внутри зданий частных и производственных. Такое изделие бывает с алюминиевой жилой и медной. Сегодня чаще используют медный вариант. Изолирующий слой выполняется из резины, винила, разного полиэтилена.

Контрольный кабель способен передать сигнал информации, для управления разными устройствами. Такой кабель тоже бывает медный или алюминиевый.

Аналоговый кабель используют в различных сетях автоматики, обычно это медный провод с защитной оплеткой. Экран из оплетки защищает информационный сигнал от различных наводок.

Шнуры

Шнурами в быту называют двужильные и многожильные провода, которыми подключают электрические приборы, осветительные лампочки к сети питания в 220 в, частотой 50 Гц. Двужильный провод применяется там, где нет необходимости монтировать специальное заземление. Сегодня шнуры с евро-вилкой включают в сеть холодильники, утюги, фены, микроволновки, стиральные машины, электрочайники, кофеварочные машины. Различные удлинители тоже конструируют из шнуров, способных выдержать большую нагрузку от нескольких бытовых приборов. Их лучше делать из трех медных жил, гибких и способных проводить высокий ток.

Как расшифровывать маркировку отечественных производителей

Каждый человек, собираясь приобретать провода, кабеля, сталкивается со сложной задачей выбора. Это происходит потому, что маркировка проводов, указанная на изоляции, выглядит как шифр. Зная, что означают те буквы и цифры, которые указаны на изоляции электротехнических изделий, вы с легкостью пойдете в магазин и купите нужное вам изделие.

Рассмотрим примеры маркировки, с расшифровкой, чтобы вы могли купить для электропроводки изделия, отвечающие техническим условиям. Старая проводка сегодня не справляется с подключением нового бытового оборудования.

Силовые кабеля маркируются следующим образом:

  • А – эта буква рассказывает о том, из какого металла сделана токопроводящая жила. Если вы видите букву А на первом месте шифра маркировки, значит несущая ток проволока сделана из алюминия. Когда жила из электротехнической меди – на первом месте не будет никакой буквы;
  • АА – на первых двух позициях информирует покупателя – алюминиевая сердцевина в алюминиевой оболочке;
  • Б – информирует о наличии брони из 2-х стальных пластин с антикоррозийной защитой;
  • Бнг – бронированный, не горит;
  • В – символ может быть указан на первой позиции, он утверждает, что изолирован поливинилхлоридом;
  • В – символ может оказаться на второй позиции, он информирует в этом случае о наличии в кабеле второго слоя из поливинилхлорида;
  • Г – символ может быть указан в конце буквенной части шифра, он сообщает о том, что провод оголенный, без дополнительной защиты;
  • К – буква информирует о том, что броня кабеля выполнена из круглой стальной проволоки. На дачном участке проводку могут погрызть кролики, другие дикие животные, для этого существуют кабеля, покрытые броней;
  • Шв – наличие опрессованного ПВХ шланга на броне;
  • Шп – слой из опрессованного шланга на броне, из полиэтилена;
  • Р – резиновый слой;
  • НР – резина, не горит;
  • Пс – самозатухающий полиэтилен, что важно в опасных для возгорания местах;
  • Пв – полиэтилен вулканизированный;
  • нг – символы, сообщающие о том, что кабель не горит сам и не поддерживает горения в группе;
  • LS – Low Smoke – мало выделяет дым;
  • нг – LS – не горит, не выделяет дыма;
  • FR – повышенная устойчивость от огня, наличие слюдосодержащей пластины;
  • FRLS – мало дымит, устойчив от огня;
  • Ш – иногда встречается такая маркировка, означающая шнур.

Следует отметить, что лишь первая буква А сообщает о металле жилы. Если ее нет в маркировке, значит жила сделана из меди. Все остальные буквы обозначают материал изоляции, защитных оболочек и их свойства, такие как устойчивость к огню, способность само-затухать, не выделять большой объем ядовитого дыма. Если такой кабель проложен в группе других, он не поддерживает горение. В шифре маркировки это отмечено маленькими буквами нг.

На контрольный кабель маркировка наносится следующим образом:

  • А – символ, размещенный на первой позиции, утверждает, что жила – алюминиевая, когда А пропущена, проволока медная;
  • В – на второй позиции, без А – на первой, указывает, что изоляция ПВХ;
  • В – на третьей позиции, когда нет А – на второй, говорит о дополнительном слое из ПВХ;
  • П – полиэтилен;
  • Пс – полиэтилен само-затухающий;
  • Г – дополнительной защиты нет;
  • Р – резина.

Все символы, кроме А сообщают о слоях защиты. Там, где высокая сырость и температура, например, в бане, защита нужна из резины, само-затухающего полиэтилена.

Маркировка, характерная для монтажа:

  • М – на первой позиции, обозначает монтажный провод;
  • Г – много проволок, если символа нет, одна проволока;
  • В – ПВХ;
  • ПВ-1, ПВ-3 – слой ПВХ, цифрами 1 и 3 обозначена степень гибкости;
  • ПВС – ПВХ, провод для соединения;
  • ШВВП – шнур плоский, два слоя винила;
  • ПУНП – провод универсал плоский;
  • ПУГНП – провода универсал плоские, высокая гибкость. Прокладывают внутри помещений, для бытового оборудования и уличных фонарей.

Популярные маркировки

Популярный вид кабеля – ВВГ – читается: Винил, Винил, Голый. Если рассмотреть все буквы подробнее, получается:

_ первый символ отсутствует, значит сердцевина сделана из электротехнической меди.

В – изоляция каждой жилы сделана из ПВХ.

В – все жилы окружены еще, общим поливинилхлоридным плотным слоем.

Г – голый, то есть поверх общей оболочки отсутствует броня – противо-вандальная жесткая конструкция.

У кабеля ВВГ бывает от одной до пяти токо-несущих частей. У него может быть нулевая жила или отсутствовать.

Если кабель маркирован ВВГнг, это означает, что этот подвид изделия не поддерживает распространение огня. Это качество важно для мест с повышенной опасностью возгорания.

Более полная маркировка: кабель ВВГнг — 0,66 кВ 3*1,5. Изделие медное, из трех жил, у каждой сечение 1,5 мм2. Каждая в изоляции ПВХ (первый символ В), общая оболочка тоже виниловая (второй символ В), брони нет (буква Г), не поддерживает горения, будучи в группе (буквы нг).

Медный кабель ПВС часто покупают для устройства электропроводки в частных домах, для разного оборудования на даче, подключения к сети любых кухонных приборов и машин.

Маркировка ПВС расшифровывается: провод медный, соединительный, с ПВХ изоляцией. Такой провод изготавливается из 2-5 медных, закрученных, отдельно покрытых ПВХ, жил, с разным сечением (0,5-22 мм2).

Провода на столбах обозначаются так:

  • СИП-1 – самонесущий изолированный сшитым полиэтиленом провод с неизолированным нулем;
  • СИП-2 – нулевая жила изолирована;
  • СИП-4 – изолированные жилы с одинаковым сечением.

Провода NYM – произведены по немецким нормам кабелей Normenleitung, в ПВХ (Y), применяется в монтаже разного назначения. Символы VDE гарантируют бесперебойность работы в помещениях с высокой температурой, пожароопасных местах.

КГ – кабель гибкий производится с медными круглыми жилами, от одной до пяти, с широким разбросом поперечного сечения: от 1 до 185 мм2. Изоляция жил состоит из резины на основе природного каучука (РТИ-1). Общая оболочка – шланговая резина РШТ-2 или РШТМ-2 из синтетического каучука (изопрен, бутадиен).

Иностранные производители

Если в шифре на изоляции вы увидите латинские буквы, значит изделие иностранной фирмы.

Силовые кабеля у них обозначаются так:

  • N – изготавливалось по нормативам союза немецких электриков VDE;
  • Y – по нашему – винил;
  • H – нет опасных включений, таких как галогены;
  • M – проводник для монтажа.
  • Y – изолировано с применением винила;
  • SL – для контроля;
  • Li – много жил сделан по VDE.
  • H – одобренный HAR;
  • N – отвечает нормам страны изготовителя;
  • 05 – максимальное допустимое U = 500 В;
  • 07 – максимально допустимое U = 750 В;
  • V – заизолирован винилом;
  • K – сердцевина хорошо гнется, рекомендуется для монтажных работ.

Иностранная маркировка мало отличается от отечественной, но в ней символы могут располагаться по-другому, будьте внимательны, советуйтесь со специалистами.

Выводы

Если вы решили смонтировать электропроводку в своем доме самостоятельно, сделайте правильный расчет, чтобы нагрузка не превышала допустимую. Учитывайте, что в будущем вы можете приобрести новый холодильник, стиральную машину-автомат, посудомоечную машину, тостер, пароварку, мультиварку, электрическую духовку и других помощников по дому, с мощным потреблением электроэнергии. Проводку для осветительных ламп допускается сделать из простых двужильных проводов. Стиральную машину автомат подключать непосредственно от распределительного щита, отдельным кабелем, рассчитанным на высокую силу тока, через устройство запасного отключения, с обязательным заземлением.

Затем определитесь с местом укладки, наметьте путь пролегания, измерив общую длину. Кабель покупайте только у сертифицированных продавцов, учитывая количество фаз, рассчитанное сечение, способ прокладки. В магазин отправляйтесь со штангенциркулем, чтобы уточнить толщину жил и защитных оболочек. Зарубежные производители часто изготавливают жилы с заниженным сечением.

понятие, площадь, формула и таблица соответствия диаметру

На чтение 9 мин Просмотров 4.2к. Опубликовано Обновлено

Для правильного выбора и организации электролинии необходимо учитывать параметры и нагрузку проводников. Они представляют собой металлическую нить из меди, алюминия, стали, цинка, титана, никеля и обеспечивают передачу тока от его источника до потребителя. У проводников есть поперечное сечение – это фигура, образованная от их рассечения плоскостью поперечного направления. Если его подобрать неправильно, линия выйдет из строя или загорится при скачках напряжения.

Площадь поперечного сечения как электротехническая величина

От поперечного сечения зависит токопроводимость провода

В качестве примера сечения можно рассмотреть распил изделия под углом 90 градусов относительно поперечной оси. Контур фигуры, получившейся в результате, определяется конфигурацией объекта. Кабель имеет вид небольшой трубы, поэтому при распиле выйдет фигура в виде двух окружностей определенной толщины. При поперечном рассечении круглого металлического прута получится форма круга.

В электротехнике площадь ПС будет значить прямоугольное сечение проводника в отношении к его продольной части. Сечение жил всегда будет круглым. Измерение параметра осуществляется в мм2.

Начинающие электрики могут перепутать диаметр и сечение элементов. Чтобы определить, какая площадь сечения у жилы, понадобиться учесть его круглую форму и воспользоваться формулой:

S = πхR2, где:

  • S – площадь круга;
  • π — постоянная величина 3,14;
  • R – радиус круга.

Если известен показатель площади, легко найти удельное сопротивление материала изготовления и длину провода. Далее вычисляется сопротивление тока.

Для удобства расчетов начальная формула преобразуется:

  1. Радиус – это ½ диаметра.
  2. Для вычисления площади π умножается на D (диаметр), разделенный на 4, или 0,8 умножается на 2 диаметра.

При вычислениях используют показатель диаметра, поскольку его неправильный подбор может вызвать перегрев и воспламенение кабеля.

Цели расчета

Поперечное сечение проводов для освещения

Рассчитывать параметры площади сечения проводника необходимо с несколькими целями:

  • получение необходимого количества электричества для запитки бытовых приборов;
  • исключение переплат за неиспользуемый энергоноситель;
  • безопасность проводки и предотвращение возгораний;
  • возможность подключения высокомощной техники к сети;
  • предотвращение оплавления изоляционного слоя и коротких замыканий;
  • правильная организация осветительной системы.

Оптимальное сечение провода для освещения – 1,5 мм2 для линии, 4-6 мм2 на вводе.

Соотношение диаметра кабеля с площадью его сечения

Определение посредством формулы площади поперечного сечения проводников занимает длительное время. В некоторых случаях уместно использовать данные из таблицы. Поскольку для организации современной проводки применяется медный кабель, в таблицу вносятся параметры:

  • диаметр;
  • сечение в соответствии с показателем диаметра;
  • предельная мощность нагрузки проводников в сетях с напряжением 220 и 380 В.
Диаметр жилы, мм Параметры сечения, мм2 Сила тока, А Мощность медного проводника, кВт
Сеть 220 В Сеть 380 В
1,12 1 14 3 5,3
1,38 1,5 15 3,3 5,7
1,59 2 19 4,1 7,2
1,78 2,5 21 4,6 7,9
2,26 4 27 5,9 10
2,76 6 34 7,7 12
3,57 10 50 11 19

Посмотрев данные в соответствующих колонках, можно узнать нужные параметры для электролинии жилого здания или производственного объекта.

Расчет сечения многожильного проводника

Многожильный провод представляет собой несколько отдельных жил. Расчет его сечения осуществляется следующим образом:

  1. Находится показатель площади сечения у одной жилы.
  2. Пересчитываются кабельные жилы.
  3. Количество умножается на поперечное сечение одной жилы.

При подключении многожильного проводника его концы обжимаются специальной гильзой с использованием обжимных клещей.

Особенности самостоятельного расчета

Самостоятельное вычисление продольного сечения выполняется на жиле без изоляционного покрытия. Кусочек изоляции можно отодвинуть или снять на отрезке, приобретенном специально для тестирования. Вначале понадобится определить диаметр и по нему найти сечение. Для работ используется несколько методик.

При помощи штангенциркуля

Способ оправдан, если будут измеряться параметры усеченного, или бракованного кабеля. К примеру, ВВГ может обозначаться как 3х2,5, но фактически быть 3х21. Вычисления производятся так:

  1. С проводника снимается изоляционное покрытие.
  2. Диаметр замеряется штангенциркулем. Понадобится расположить провод между ножками инструмента и посмотреть на обозначения шкалы. Целая величина находится сверху, десятичная – снизу.
  3. На основании формулы поиска площади круга S = π (D/2)2 или ее упрощенного варианта S = 0,8 D² определяется поперечное сечение.
  4. Диаметр равен 1,78 мм. Подставляя величину в выражение и округлив результат до сотых, получается 2,79 мм2.

Для бытовых целей понадобятся проводники с сечением 0,75; 1,5; 2,5 и 4 мм2.

С использованием линейки и карандаша

Вычисление ПС с помощью линейки и карандаша

При отсутствии специального измерителя можно воспользоваться карандашом и линейкой. Операции выполняются с тестовым образом:

  1. Зачищается от изоляционного слоя участок, равный 5-10 см.
  2. Получившаяся проволока наматывается на карандаш. Полные витки укладываются плотно, пространства между ними быть не должно, «хвостики» направляются вверх или вниз.
  3. В конечном итоге должно получиться определенное число витков, их требуется посчитать.
  4. Намотка прикладывается к линейке так, чтобы нулевое деление совпадало с первой намоткой.
  5. Замеряется длина отрезка и делится на количество витков. Получившаяся величина – диаметр.
  6. Например, получилось 11 витков, которые занимают 7,5 мм. При делении 7,5 на 11 выходит 0,68 мм – диаметр кабеля. Сечение можно найти по формуле.

Точность вычислений определяется плотностью и длиной намотки.

Таблица соответствия диаметра проводов и площади их сечения

Если нет возможности пройти тестирование диаметра или сделать вычисление при покупке, допускается использовать таблицу. Данные можно сфотографировать, распечатать или переписать, а затем применять, чтобы найти нормативный или популярный размер жилы.

Диаметр кабеля, мм Сечение проводника, мм2
0,8 0,5
0,98 0,75
1,13 1
1,38 1,5
1,6 2
1,78 2,5
2,26 4
2,76 6
3,57 10

При покупке электрокабеля понадобится посмотреть параметры на этикетке. К примеру, используется ВВНГ 2х4. Количество жил – величина после «х». То есть, изделие состоит из двух элементов с поперечным сечением 4 мм2. На основании таблицы можно проверить точность информации.

Чаще всего диаметр кабеля меньше, чем заявлен на упаковке. У пользователя два варианта – применять другой или выбрать с большей площадью сечения кабель по диаметру. Выбрав второй, понадобится проверить изоляцию. Если она не сплошная, тонкая, разная по толщине, остановитесь на продукции другого изготовителя.

Определение сечения проводника на вводе

Уточнить номинальные показатели можно в компании Энергосбыта или документации к товару. К примеру, номинал автомата на вводе составляет 25 А, мощность потребления – 5 кВт, сеть однофазная, на 220 В.

Подбор сечения осуществляется так, чтобы допустимый ток жил за длительный период был больше номинала автомата. Например, в доме на ввод  пущен медный трехжильный проводник ВВГнг, уложенный открытым способом. Оптимальное сечение – 4 мм2, поэтому понадобится материал ВВГнг 3х4.

После этого высчитывается показатель условного тока отключения для автомата с номиналом 25 А: 1,45х25=36,25 А. У кабеля с площадью сечения 4 мм2 параметры длительно допустимого тока 35 А, условного – 36,25 А. В данном случае лучше взять вводный проводник из меди сечением 6 мм2 и допустимым предельным током 42 А.

Вычисление сечения провода для линии розеток

Сечение кабелей для домашних электроустановок

Каждый электроприбор имеет показатели собственной мощности. Они замеряются в Ваттах и указываются в паспорте либо на наклейке на корпусе. Примером поиска сечения будет линия запитки для стиральной машины мощностью 2,4 кВт. При расчетах учитывается:

  • материал провода и способ укладки – трехжильный ВВГнг-кабель из меди, спрятанный в стене;
  • особенности сечения – оптимальная величина составляет 1,5 мм2, т.е. понадобится кабель 3х1,5;
  • использование розетки. Если подключается только машинка-автомат, характеристик будет достаточно;
  • система защиты – автомат, номинальный ток которого 10 А.

Для двойных розеток применяется кабель из меди с сечением 2,5 мм2 и автомат номиналом 16 А.

Подбор сечения для трехфазной линии 380 В с несколькими приборами

Подключение нескольких видов бытовой техники к трехфазной линии предусматривает протекание потребляемого тока по трем жилам. В каждом из них будет меньшая величина, чем в двухжильном. На основании данного явления в трехфазной сети допускается применять кабель с меньшим сечением.

К примеру, в доме устанавливается генератор с мощностью 20 кВт и суммарной мощностью по трем фазам 52 А. На основании значений таблицы выйдет, что оптимальное сечение кабеля – 8,4 мм2. На основании формулы высчитывается фактическое сечение: 8,4/1,75=4,8 мм2. Чтобы подсоединить генератор мощностью 20 кВт на трехфазную сеть 380 В необходим медный проводник, сечение каждой жилы которого 4,8 мм2.

Сечение проводов в домах старой застройки и предельная нагрузка

В многоэтажках советского периода используется алюминиевая проводка. С учетом правильного соединения узлов в распредкоробе, качества изоляции и надежности контактов соединения она прослужит от 10 до 30 лет.

При необходимости подключения техники с большой энергоемкостью в домах с проводкой из алюминия на основе мощности потребления подбирается сечение и диаметр жил. Все данные указаны в таблице.

Ток, А Максимальная мощность, ВА Диаметр кабеля, мм Сечение кабеля, мм2
14 3000 1,6 2
16 3500 1,8 2,5
18 4000 2 3
21 4600 2,3 4
24 5300 2,5 5
26 5700 2,7 6
31 6800 3,2 8
38 8400 3,6 10

Какой кабель выбрать для квартирной проводки

Несмотря на дешевизну алюминиевых проводников, от их применения лучше отказаться. Причина – низкая надежность контактов, через которые будут проходить токи. Второй повод – несоответствие сечения провода мощности современной бытовой техники. Кабель из меди отличается надежностью, длительным сроком эксплуатации.

В квартирах и домах допускается использовать провод с маркировкой:

При выборе количества жил понадобится учесть способность токопроводимости на единицу сечения. В данном случае квартирную сеть лучше сделать из одножильного провода, толщина которого больше. Многожильные элементы можно изгибать многократно, подсоединять на них электроприборы. Качественным будет только кабель с тонкими жилами.

Правильное сечение проводников, учет мощности оборудования и типа сети – важные факторы при организации электролинии. Диаметр кабеля можно несколькими способами вычислить самостоятельно. Основываясь на этих показаниях, легко определить сечение жил по формулам или с помощью таблицы.

Видео 1. Сила электрического тока

Плотность тока

Отношение величины тока I к площади поперечного сечения проводника S называется плотностью тока и обозначается буквой j, ранее плотность тока обозначалась греческой буквой δ (дельта).

так как обычно площадь сечения проводника дается в квадратных миллиметрах, то плотность тока измеряется в а/мм².

Видео 2. Плотность тока

Источник: Кузнецов М. И., «Основы электротехники» – 9-е издание, исправленное – Москва: Высшая школа, 1964 – 560с.

Электрический ток — Физика — Теория, тесты, формулы и задачи

Оглавление:

 

Основные теоретические сведения

Электрический ток. Сила тока. Сопротивление

К оглавлению…

В проводниках при определенных условиях может возникнуть непрерывное упорядоченное движение свободных носителей электрического заряда. Такое движение называется электрическим током. За направление электрического тока принято направление движения положительных свободных зарядов, хотя в большинстве случае движутся электроны – отрицательно заряженные частицы.

Количественной мерой электрического тока служит сила тока I – скалярная физическая величина, равная отношению заряда q, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени t, к этому интервалу времени:

Если ток не постоянный, то для нахождения количества прошедшего через проводник заряда рассчитывают площадь фигуры под графиком зависимости силы тока от времени.

Если сила тока и его направление не изменяются со временем, то такой ток называется постоянным. Сила тока измеряется амперметром, который включается в цепь последовательно. В Международной системе единиц СИ сила тока измеряется в амперах [А]. 1 А = 1 Кл/с.

Средняя сила тока находится как отношение всего заряда ко всему времени (т.е. по тому же принципу, что и средняя скорость или любая другая средняя величина в физике):

Если же ток равномерно меняется с течением времени от значения I1 до значения I2, то можно значение среднего тока можно найти как среднеарифметическое крайних значений:

Плотность тока – сила тока, приходящаяся на единицу поперечного сечения проводника, рассчитывается по формуле:

При прохождении тока по проводнику ток испытывает сопротивление со стороны проводника. Причина сопротивления – взаимодействие зарядов с атомами вещества проводника и между собой. Единица измерения сопротивления 1 Ом. Сопротивление проводника R определяется по формуле:

где: l – длина проводника, S – площадь его поперечного сечения, ρ – удельное сопротивление материала проводника (будьте внимательны и не перепутайте последнюю величину с плотностью вещества), которое характеризует способность материала проводника противодействовать прохождению тока. То есть это такая же характеристика вещества, как и многие другие: удельная теплоемкость, плотность, температура плавления и т.д. Единица измерения удельного сопротивления 1 Ом·м. Удельное сопротивление вещества – табличная величина.

Сопротивление проводника зависит и от его температуры:

где: R0 – сопротивление проводника при 0°С, t – температура, выраженная в градусах Цельсия, α – температурный коэффициент сопротивления. Он равен относительному изменению сопротивления, при увеличении температуры на 1°С. Для металлов он всегда больше нуля, для электролитов наоборот, всегда меньше нуля.

Диод в цепи постоянного тока

Диод – это нелинейный элемент цепи, сопротивление которого зависит от направления протекания тока. Обозначается диод следующим образом:

Стрелка в схематическом обозначении диода показывает, в каком направлении он пропускает ток. В этом случае его сопротивление равно нулю, и диод можно заменить просто на проводник с нулевым сопротивлением. Если ток течет через диод в противоположном направлении, то диод обладает бесконечно большим сопротивлением, то есть не пропускает ток совсем, и является разрывом в цепи. Тогда участок цепи с диодом можно просто вычеркнуть, так как ток по нему не идет.

 

Закон Ома. Последовательное и параллельное соединение проводников

К оглавлению…

Немецкий физик Г.Ом в 1826 году экспериментально установил, что сила тока I, текущего по однородному металлическому проводнику (то есть проводнику, в котором не действуют сторонние силы) сопротивлением R, пропорциональна напряжению U на концах проводника:

Величину R принято называть электрическим сопротивлением. Проводник, обладающий электрическим сопротивлением, называется резистором. Это соотношение выражает закон Ома для однородного участка цепи: сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

Проводники, подчиняющиеся закону Ома, называются линейными. Графическая зависимость силы тока I от напряжения U (такие графики называются вольт-амперными характеристиками, сокращенно ВАХ) изображается прямой линией, проходящей через начало координат. Следует отметить, что существует много материалов и устройств, не подчиняющихся закону Ома, например, полупроводниковый диод или газоразрядная лампа. Даже у металлических проводников при достаточно больших токах наблюдается отклонение от линейного закона Ома, так как электрическое сопротивление металлических проводников растет с ростом температуры.

Проводники в электрических цепях можно соединять двумя способами: последовательно и параллельно. У каждого способа есть свои закономерности.

1. Закономерности последовательного соединения:

Формула для общего сопротивления последовательно соединенных резисторов справедлива для любого числа проводников. Если же в цепь последовательно включено n одинаковых сопротивлений R, то общее сопротивление R0 находится по формуле:

2. Закономерности параллельного соединения:

Формула для общего сопротивления параллельно соединенных резисторов справедлива для любого числа проводников. Если же в цепь параллельно включено n одинаковых сопротивлений R, то общее сопротивление R0 находится по формуле:

Электроизмерительные приборы

Для измерения напряжений и токов в электрических цепях постоянного тока используются специальные приборы – вольтметры и амперметры.

Вольтметр предназначен для измерения разности потенциалов, приложенной к его клеммам. Он подключается параллельно участку цепи, на котором производится измерение разности потенциалов. Любой вольтметр обладает некоторым внутренним сопротивлением RB. Для того чтобы вольтметр не вносил заметного перераспределения токов при подключении к измеряемой цепи, его внутреннее сопротивление должно быть велико по сравнению с сопротивлением того участка цепи, к которому он подключен.

Амперметр предназначен для измерения силы тока в цепи. Амперметр включается последовательно в разрыв электрической цепи, чтобы через него проходил весь измеряемый ток. Амперметр также обладает некоторым внутренним сопротивлением RA. В отличие от вольтметра, внутреннее сопротивление амперметра должно быть достаточно малым по сравнению с полным сопротивлением всей цепи.

 

ЭДС. Закон Ома для полной цепи

К оглавлению…

Для существования постоянного тока необходимо наличие в электрической замкнутой цепи устройства, способного создавать и поддерживать разности потенциалов на участках цепи за счет работы сил неэлектростатического происхождения. Такие устройства называются источниками постоянного тока. Силы неэлектростатического происхождения, действующие на свободные носители заряда со стороны источников тока, называются сторонними силами.

Природа сторонних сил может быть различной. В гальванических элементах или аккумуляторах они возникают в результате электрохимических процессов, в генераторах постоянного тока сторонние силы возникают при движении проводников в магнитном поле. Под действием сторонних сил электрические заряды движутся внутри источника тока против сил электростатического поля, благодаря чему в замкнутой цепи может поддерживаться постоянный электрический ток.

При перемещении электрических зарядов по цепи постоянного тока сторонние силы, действующие внутри источников тока, совершают работу. Физическая величина, равная отношению работы Aст сторонних сил при перемещении заряда q от отрицательного полюса источника тока к положительному к величине этого заряда, называется электродвижущей силой источника (ЭДС):

Таким образом, ЭДС определяется работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда. Электродвижущая сила, как и разность потенциалов, измеряется в вольтах (В).

Закон Ома для полной (замкнутой) цепи: сила тока в замкнутой цепи равна электродвижущей силе источника, деленной на общее (внутреннее + внешнее) сопротивление цепи:

Сопротивление r – внутреннее (собственное) сопротивление источника тока (зависит от внутреннего строения источника). Сопротивление R – сопротивление нагрузки (внешнее сопротивление цепи).

Падение напряжения во внешней цепи при этом равно (его еще называют напряжением на клеммах источника):

Важно понять и запомнить: ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока не меняются, при подключении разных нагрузок.

Если сопротивление нагрузки равно нулю (источник замыкается сам на себя) или много меньше сопротивления источника, то тогда в цепи потечет ток короткого замыкания:

Сила тока короткого замыкания – максимальная сила тока, которую можно получить от данного источника с электродвижущей силой ε и внутренним сопротивлением r. У источников с малым внутренним сопротивлением ток короткого замыкания может быть очень велик, и вызывать разрушение электрической цепи или источника. Например, у свинцовых аккумуляторов, используемых в автомобилях, сила тока короткого замыкания может составлять несколько сотен ампер. Особенно опасны короткие замыкания в осветительных сетях, питаемых от подстанций (тысячи ампер). Чтобы избежать разрушительного действия таких больших токов, в цепь включаются предохранители или специальные автоматы защиты сетей.

Несколько источников ЭДС в цепи

Если в цепи присутствует несколько ЭДС подключенных последовательно, то:

1. При правильном (положительный полюс одного источника присоединяется к отрицательному другого) подключении источников общее ЭДС всех источников и их внутреннее сопротивление может быть найдено по формулам:

Например, такое подключение источников осуществляется в пультах дистанционного управления, фотоаппаратах и других бытовых приборах, работающих от нескольких батареек.

2. При неправильном (источники соединяются одинаковыми полюсами) подключении источников их общее ЭДС и сопротивление рассчитывается по формулам:

В обоих случаях общее сопротивление источников увеличивается.

При параллельном подключении имеет смысл соединять источники только c одинаковой ЭДС, иначе источники будут разряжаться друг на друга. Таким образом суммарное ЭДС будет таким же, как и ЭДС каждого источника, то есть при параллельном соединении мы не получим батарею с большим ЭДС. При этом уменьшается внутреннее сопротивление батареи источников, что позволяет получать большую силу тока и мощность в цепи:

В этом и состоит смысл параллельного соединения источников. В любом случае при решении задач сначала надо найти суммарную ЭДС и полное внутреннее сопротивление получившегося источника, а затем записать закон Ома для полной цепи.

 

Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца

К оглавлению. ..

Работа A электрического тока I, протекающего по неподвижному проводнику с сопротивлением R, преобразуется в теплоту Q, выделяющееся на проводнике. Эту работу можно рассчитать по одной из формул (с учетом закона Ома все они следуют друг из друга):

Закон преобразования работы тока в тепло был экспериментально установлен независимо друг от друга Дж.Джоулем и Э.Ленцем и носит название закона Джоуля–Ленца. Мощность электрического тока равна отношению работы тока A к интервалу времени Δt, за которое эта работа была совершена, поэтому она может быть рассчитана по следующим формулам:

Работа электрического тока в СИ, как обычно, выражается в джоулях (Дж), мощность – в ваттах (Вт).

 

Энергобаланс замкнутой цепи

К оглавлению…

Рассмотрим теперь полную цепь постоянного тока, состоящую из источника с электродвижущей силой ε и внутренним сопротивлением r и внешнего однородного участка с сопротивлением R. В этом случае полезная мощность или мощность, выделяемая во внешней цепи:

Максимально возможная полезная мощность источника достигается, если R = r и равна:

Если при подключении к одному и тому же источнику тока разных сопротивлений R1 и R2 на них выделяются равные мощности то внутреннее сопротивление этого источника тока может быть найдено по формуле:

Мощность потерь или мощность внутри источника тока:

Полная мощность, развиваемая источником тока:

КПД источника тока:

 

Электролиз

К оглавлению…

Электролитами принято называть проводящие среды, в которых протекание электрического тока сопровождается переносом вещества. Носителями свободных зарядов в электролитах являются положительно и отрицательно заряженные ионы. К электролитам относятся многие соединения металлов с металлоидами в расплавленном состоянии, а также некоторые твердые вещества. Однако основными представителями электролитов, широко используемыми в технике, являются водные растворы неорганических кислот, солей и оснований.

Прохождение электрического тока через электролит сопровождается выделением вещества на электродах. Это явление получило название электролиза.

Электрический ток в электролитах представляет собой перемещение ионов обоих знаков в противоположных направлениях. Положительные ионы движутся к отрицательному электроду (катоду), отрицательные ионы – к положительному электроду (аноду). Ионы обоих знаков появляются в водных растворах солей, кислот и щелочей в результате расщепления части нейтральных молекул. Это явление называется электролитической диссоциацией.

Закон электролиза был экспериментально установлен английским физиком М.Фарадеем в 1833 году. Закон Фарадея определяет количества первичных продуктов, выделяющихся на электродах при электролизе. Итак, масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна заряду Q, прошедшему через электролит:

Величину k называют электрохимическим эквивалентом. Он может быть рассчитан по формуле:

где: n – валентность вещества, NA – постоянная Авогадро, M – молярная масса вещества, е – элементарный заряд. Иногда также вводят следующее обозначение для постоянной Фарадея:

 

Электрический ток в газах и в вакууме

К оглавлению…

Электрический ток в газах

В обычных условиях газы не проводят электрический ток. Это объясняется электрической нейтральностью молекул газов и, следовательно, отсутствием носителей электрических зарядов. Для того чтобы газ стал проводником, от молекул необходимо оторвать один или несколько электронов. Тогда появятся свободные носителя зарядов — электроны и положительные ионы. Этот процесс называется ионизацией газов.

Ионизировать молекулы газа можно внешним воздействием — ионизатором. Ионизаторами может быть: поток света, рентгеновские лучи, поток электронов или α-частиц. Молекулы газа также ионизируются при высокой температуре. Ионизация приводит к возникновению в газах свободных носителей зарядов — электронов, положительных ионов, отрицательных ионов (электрон, объединившийся с нейтральной молекулой).

Если создать в пространстве, занятом ионизированным газом, электрическое поле, то носители электрических зарядов придут в упорядоченное движение – так возникает электрический ток в газах. Если ионизатор перестает действовать, то газ снова становится нейтральным, так как в нем происходит рекомбинация – образование нейтральных атомов ионами и электронами.

Электрический ток в вакууме

Вакуумом называется такая степень разрежения газа, при котором можно пренебречь соударением между его молекулами и считать, что средняя длина свободного пробега превышает линейные размеры сосуда, в котором газ находится.

Электрическим током в вакууме называют проводимость межэлектродного промежутка в состоянии вакуума. Молекул газа при этом столь мало, что процессы их ионизации не могут обеспечить такого числа электронов и ионов, которые необходимы для ионизации. Проводимость межэлектродного промежутка в вакууме может быть обеспечена лишь с помощью заряженных частиц, возникших за счет эмиссионных явлений на электродах.

Внутреннее сопротивление буква в физике

Внутреннее сопротивление источника тока — количественная характеристика источника тока, которая определяет величину энергетических потерь при прохождении через источник электрического тока.
Внутреннее сопротивление имеет размерность сопротивления и измеряется в Омах.
При прохождении электрического тока через источник происходят те же процессы диссипации энергии, и при прохождении через сопротивление нагрузки. Благодаря этим процессам напряжение на клеммах источника тока не равна электродвижущей силе, а зависит от величины тока, а, следовательно, от нагрузки. При небольших значениях силы тока эта зависимость линейная и ее можно представить в виде

,

где U — напряжение, — Электродвижущая сила, R i — внутреннее сопротивление.
Таким образом, каждый источник электрического тока характеризуется своим внутренним сопротивлением, который необходимо учитывать при расчете электрических цепей.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Сдача сессии и защита диплома — страшная бессонница, которая потом кажется страшным сном. 8811 — | 7169 — или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Как обозначается сопротивление

Автор Карла людовиковна задал вопрос в разделе Естественные науки

какой буквой обозначается электрическое сопротивление в физике? и получил лучший ответ

Ответ от Marina Crow[гуру]Сопротивлений много разных
Просто сопротивление (или активное) R
Внутреннее сопротивление источника тока r
Реактивное X(L) — индуктивное, X(C) — емкостное
Z — полное сопротивление
Добавляю
Сечение или площадь сечения S, тогда понятно, в таких задачах R — сопротивление

Литая сталь 1,3•10-7 Ом•м (при 20
подробнее.

Электрическое сопротивление — это физическая величина, характеризующая противодействие проводника или электрической цепи электрическому току.

Электрическое сопротивление определяется как коэффициент пропорциональности R между напряжением U и силой постоянного тока I в законе Ома для участка цепи.

Единица сопротивления называется омом (Ом) в честь немецкого ученого Г. Ома, который ввел это понятие в физику. Один ом (1 Ом) — это сопротивление такого проводника, в котором при напряжении 1 В сила тока равна 1 А.

Удельное сопротивление.

Сопротивление однородного проводника постоянного сечения зависит от материала проводника, его длины l и поперечного сечения S и может быть определено по формуле:

,

где ρ — удельное сопротивление вещества, из которого изготовлен проводник.

Удельное сопротивление вещества — это физическая величина, показывающая, каким сопротивлением обладает изготовленный из этого вещества проводник единичной длины и единичной площади поперечного сечения.

Из формулы следует, что

,

Величина, обратная ρ, называется удельной проводимостью σ:

.

Так как в СИ единицей сопротивления является 1 Ом. единицей площади 1 м 2 , а единицей длины 1 м, то единицей удельного сопротивления в СИ будет 1 Ом·м 2 /м, или 1 Ом·м. Единица удельной проводимости в СИ — Ом -1 м -1 .

На практике площадь сечения тонких проводов часто выражают в квадратных миллиметрах (мм 2 ). В этом случае более удобной единицей удельного сопротивления является Ом·мм 2 /м. Так как 1 мм 2 = 0,000001 м 2 , то 1 Ом·мм 2 /м = 10 -6 Ом·м. Металлы обладают очень малым удельным сопротивлением — порядка (1·10 -2 ) Ом·мм 2 /м, диэлектрики — в 10 15 -10 20 большим.

Зависимость сопротивлений от температуры.

С повышением температуры сопротивление металлов возрастает. Однако существуют сплавы, сопротивление которых почти не меняется при повышении температуры (например, константан, манганин и др.). Сопротивление же электролитов с повышением температуры уменьшается.

Температурным коэффициентом сопротивления проводника называется отношение величины изменения сопротивления проводника при нагревании на 1 °С к величине его сопротивления при 0 ºС:

.

Зависимость удельного сопротивления проводников от температуры выражается формулой:

.

В общем случае α зависит от температуры, но если интервал температур невелик, то температурный коэффициент можно считать постоянным. Для чистых металлов α = (1/273)К -1 . Для растворов электролитов α -1 . Для константана (сплава меди с никелем) α = 10 -5 К -1 .

Зависимость сопротивления проводника от температуры используется в термометрах сопротивления.

Поперечное сечение — Значение, рассеяние, физика площадей и ядерная физика

Поперечное сечение в физике, когда лучистое возбуждение (например, звуковая волна, пучок частиц, свет или рентгеновское излучение) пересекает локализованное явление, является мерой вероятности того, что произойдет конкретный процесс (например, частица или колебания плотности). Например, сечение Резерфорда в физике — это расчет вероятности того, что альфа-частица будет отклонена на определенный угол после столкновения с атомным ядром.В физике поперечное сечение обычно обозначается σ (сигма) и измеряется в единицах поперечной площади. Кроме того, его можно рассматривать как размер объекта, в который должно попасть возбуждение, чтобы процесс произошел, но точнее, это параметр случайного процесса.

[Изображение будет скоро загружено]

Сечение, означающее в физике, эта вероятность также сходится к детерминированной пропорции энергии возбуждения, участвующей в процессе, так что, когда свет рассеивается за пределами физики поперечного сечения частиц, поперечное сечение сечение определяет сумму оптических сил, рассеянных светом определенной освещенности.Стоит отметить, что, хотя поперечное сечение и площадь имеют одинаковые единицы, поперечное сечение не всегда соответствует реальному пространственному масштабу цели, определяемому другими методами. Нет ничего необычного в том, что фактическая физика площади поперечного сечения рассеивающего объекта намного больше или меньше, чем поперечное сечение относительно любой физической фазы.

В классической физике обратное сечение двух дискретных частиц — это поле, поперечное их относительному движению, внутри которого они должны пересекаться, чтобы разлететься друг от друга, поэтому частица называется физическим поперечным сечением частиц.

Например, плазмонные наночастицы могут иметь гораздо большее сечение рассеяния света для определенных частот, чем реальная площадь поперечного сечения в физике.

Обратное сечение в физике двух дискретных частиц — это поле, поперечное их относительному движению, в пределах которого они должны пересекаться, чтобы разойтись друг от друга.

Сечение рассеяния твердых неупругих сфер, которые соединяются только при соприкосновении, пропорционально их геометрическому размеру.

[Изображение будет скоро загружено]

Дифференциальное сечение — это такое сечение, которое определяется как дифференциальный предел функции любой переменной конечного состояния, такой как угол частицы или энергия. Полное сечение, также известное как оптимизированное полное сечение, представляет собой сечение, интегрированное по всем углам рассеяния (и, предположительно, другим переменным).

Например, интенсивность, рассеянная под прямым и обратным углами, больше, чем интенсивность, рассеянная по горизонтали при рэлеевском рассеянии, поэтому прямое дифференциальное сечение рассеяния больше, чем перпендикулярное дифференциальное сечение, и полное сечение можно найти, сложив все бесконечно малые сечения по всему спектру углов с использованием интегрального исчисления.

В ядерной, химической физике и физике элементарных частиц дифференциальные и абсолютные сечения рассеяния являются одними из наиболее важных наблюдаемых величин.

Площадь поперечного сечения Физика

Площадь двумерной формы, полученная при разрезании трехмерного объекта, такого как куб, перпендикулярно любой заданной оси в точке, известна как площадь поперечного сечения в физике.

[Изображение будет скоро загружено]

Поперечное сечение цилиндра, например, представляет собой окружность, разрезанную параллельно его центру.

Физическая формула площади поперечного сечения выводится как,

πR 2

Где

Π (пи) — постоянное значение, равное 3,14

R — радиус окружности.

В формуле площади поперечного сечения физический радиус возводится в квадрат, что означает умножение на себя.

Поперечное сечение ядерной физики

Сечение ядерной физики, ядро ​​- это термин, используемый для объяснения вероятности возникновения ядерной реакции. Теорию физики ядерного поперечного сечения можно количественно выразить в терминах характеристической области, где большая площадь означает большую вероятность взаимодействия.Стандартная единица измерения ядерной физики поперечного сечения обозначается как σ — амбар, который равен 10 −28 м² или 10 −24 см². Сечение может быть оценено для всех потенциальных процессов взаимодействия сразу, и в этом случае они называются полным сечением, или для отдельных процессов, таких как упругое и неупругое рассеяние последнего, сечение поглощения имеет особое значение среди нейтронных сечений. разделы.

[Изображение будет скоро загружено]

В ядерной физике поперечного сечения падающие частицы обычно рассматриваются как точечные частицы с малым диаметром.Сечение можно рассчитать для любого типа операции, включая рассеяние при захвате, генерацию нейтронов и т. Д. В некоторых случаях количество частиц, высвобождаемых или диспергированных в ядерных реакциях, специально не определяется; вместо этого измеряется затухание, вызванное наложением известной толщины данного вещества в параллельный пучок падающих частиц. Суммарное поперечное сечение, полученное таким образом, называется полным поперечным сечением и обычно обозначается σ или σT.

Сечение рассеяния

Сечение рассеяния в ядерной физике, изменение направления движения частицы, вызванное столкновением с другой частицей. Столкновение может происходить между отталкивающими друг друга частицами, такими как два положительных (или отрицательных) иона, и не требует прямого физического взаимодействия между частицами, как описано в физике. Эксперименты с субатомными частицами показывают, что электрическая сила отталкивания между ними подчиняется теореме Кулона, которая гласит, что сила изменяется как обратный квадрат расстояния между частицами, т.е.е. сила увеличивается в четыре раза, когда расстояние уменьшается вдвое.

[Изображение скоро будет загружено]

16.3: Дифференциальное сечение

В реальном эксперименте по рассеянию информацию о рассеивателе можно получить из разных скоростей рассеяния на разные углы. Детекторы расположены под разными углами \ ((\ theta, \ phi) \). Конечно, физический детектор собирает рассеянные частицы над некоторым ненулевым телесным углом. Обычно бесконечно малый телесный угол обозначается как \ (d \ Omega = \ sin \ theta d \ theta d \ phi \).Полный телесный угол (все возможные рассеяния) равен \ (\ int d \ Omega = 4 \ pi \) площади сферы единичного радиуса. ( Примечание : Ландау использует dο для приращения телесного угла, но \ (d \ Omega \) стало стандартом.)

Дифференциальное сечение, записанное \ (d \ sigma / d \ Omega \), представляет собой долю от общего числа рассеянных частиц, которые попадают в телесный угол \ (d \ Omega \), поэтому скорость рассеяния частиц равна этот детектор представляет собой \ (nd \ sigma / d \ Omega, \ text {with} n \) интенсивность луча, как определено выше.

Теперь предположим, что потенциал сферически симметричен. Представьте себе линию, параллельную входящим частицам, проходящую через центр атома. Для данной входящей частицы ее прицельный параметр определяется как расстояние ее входящей линии полета от этой центральной линии. Ландау называет это \ (\ rho \), мы будем следовать современному использованию и назовем это \ (b \).

Влетающая частица с прицельным параметром между \ (b \) и \ (b + db \) будет рассеиваться под углом между \ (\ chi \) и \ (\ chi + d \ chi \), где мы собирается вычислить \ (\ chi (b) \), решив уравнение движения отдельной частицы в силе обратных квадратов отталкивания.

Примечание : по этому случаю мы переключились с \ (\ theta \ text {на} \ chi \) для угла, рассеянного по, потому что мы хотим сохранить \ (\ theta \) для \ ((r, \ theta) \) координаты, описывающие полную траекторию или орбиту рассеянной частицы.

Итак, входящее сечение \ (d \ sigma = 2 \ pi bdb \) рассеивает частицы в исходящую сферическую область (с центром на рассеивателе) \ (2 \ pi R \ sin \ chi R d \ chi \), что есть телесный угол \ (d \ Omega = 2 \ pi \ sin \ chi d \ chi \)

Следовательно, рассеяние дифференциальное сечение

\ begin {equal} \ frac {d \ sigma} {d \ Omega} = \ frac {b (\ chi)} {\ sin \ chi} \ left | \ frac {db} {d \ chi} \ right | \ end {Equation}

(Обратите внимание, что \ (d \ chi / d b \) явно отрицательное значение — увеличение b означает увеличение расстояния от рассеивателя, поэтому уменьшение \ (\ chi \))

Сечение рассеяния — обзор

2.5 Временная задержка

Сечения рассеяния для химических реакций могут иметь структуру из-за резонанса или из-за других динамических эффектов, таких как интерференция или пороговые явления. Полезно иметь методы, которые могут идентифицировать резонансное поведение в теоретическом моделировании и отличать его от других видов динамики [67]. Поскольку резонанс связан с динамическим захватом, концепция задержки времени столкновения оказывается весьма полезной в этом отношении. Конечно, поскольку время задержки столкновения для химических реакций обычно находится в субпикосекундной области, этот подход в настоящее время полезен только при анализе теоретических результатов рассеяния.Тем не менее, временная задержка является ценным инструментом для теоретической идентификации реактивных резонансов.

Есть два общих определения задержки времени столкновения: одно предложено Вигнером и Эйзенбудом [68], а другое — Смитом [69]. Хотя эти два определения идентичны для одноканального рассеяния, они могут давать очень разные результаты при многоканальном рассеянии, таком как химически реактивные столкновения. Оба определения были сформулированы для рассеяния одиночной парциальной волны (одиночные значения J ), но для полного рассеяния возможно расширение модели Вигнера – Эйзенбуда (см. Ниже).Подход Вигнера – Эйзенбуда основан на смещении центра пространственно локализованного волнового пакета относительно динамики в отсутствие потенциала взаимодействия. В ранние времена, задолго до столкновения, волновой пакет, начавшийся в n -м внутреннем канале парциальной волны J , представлен как

(21) Ψ = ϕ (R − vnt) χn ,

, где ϕ имеет широкий пик при R − vnt = 0 в пространстве позиций, но узкий пик в пространстве поступательных импульсов при μvn, R — координата столкновения, v n — скорость канала , χn — волновая функция начального внутреннего состояния.Затем, спустя много времени после столкновения, n -я компонента волнового пакета принимает вид

(22) Ψ = Cϕ (R − vn′t + vn′τn.n ′) χn ′,

, где величина τn, n ′ — это временная задержка столкновения между состояниями, определенная как

(23) τn, n ′ = Re −iℏSn.n ′ (E) dSn.n ′ (E) dE.

Определение Вигнера – Эйзенбуда физически эквивалентно идее временной задержки сигнала. Ясно, что каждый канал будет отображать разные значения этой величины, хотя для каждого INR каждый приближается к 2ℏ ℏ Γ при E = ER.Определение времени задержки Смит основано на другой концепции, а именно на времени пребывания в зоне взаимодействия при столкновении, называемом временем жизни столкновения. Можно показать, что для многомерной задачи рассеяния время пребывания (относительно свободного движения частиц) внутри большой сферы, охватывающей взаимодействие, дается в терминах эрмитовой матрицы времени жизни,

(24) Qn, n ′ = — iℏ∑jdSn, j (E) dESn ′, j * (E).

Средняя задержка по времени для частицы, инжектируемой в n -й канал, но появляющейся в любом конечном канале, задается диагональным элементом Qn, n.Ожидается, что резонансный вклад во временную задержку будет более отчетливо проявляться на фоне при диагонализации Q . В этом случае самое большое собственное значение должно показывать пик по сравнению с энергией вблизи резонансной энергии.

Определения временной задержки Вигнера – Эйзенбуда или Смита требуют в качестве входных данных значений S , вычисленных на достаточно мелкой сетке энергий для вычисления dS ∕ dE. Однако версия Смита обычно требует гораздо больших вычислений, поскольку для определения собственных значений Q требуется полная S -матрица между всеми открытыми каналами при энергии E , в то время как теория Вигнера – Эйзенбуда требует только одного элемент.

Мы ожидаем, что каждый резонанс приведет к дополнительной временной задержке при энергиях около E R . Однако интерпретировать всю резкую структуру в функции τn, n ′ (E) как следствие резонанса крайне опасно [67]. Например, легко увидеть, что если Sn, n ′ (E) случайно пройдет около нуля при энергии E 0 , то τ покажет положительный или отрицательный всплеск при E = E0, который равен не обязательно связано с каким-либо резонансным состоянием. Если пик временной задержки происходит около минимума вероятности реакции, следует проявлять большую осторожность, прежде чем делать вывод о том, что пик вызван резонансом.Кроме того, вблизи энергетических порогов известно, что упругий фазовый сдвиг для J = 0 имеет особенность вида δ∼√EC. Это приводит к (эластичным) временным задержкам, которые расходятся на пороге. Поскольку пороговые значения довольно плотны по энергии для типичной химической реакции, это может привести к очень неустойчивому поведению матрицы времени жизни Смита и, следовательно, собственных значений.

Поскольку временная задержка, как определено выше, применяется непосредственно только к рассеянию одиночной парциальной волны, ее нельзя использовать для вычисления временной задержки с разрешением по углу рассеяния, τn, n ‘(E, θ).Эта величина, которая является теоретически наблюдаемой при расчете волновых пакетов [70], измеряет задержку сигнала плоской волны как функцию конечного угла рассеяния центра масс. С этой целью Голдбергер и Ватсон [71] обобщили временную задержку Вигнера – Эйзенбуда, используя амплитуду рассеяния Fn, n ′ (E, θ) вместо матрицы S . Было обнаружено, что величина

(25) τn, n′E, θ = ℏddEArgFn, n′E, θ

обеспечивает разумное распространение концепции временной задержки сигнала на рассеяние с угловым разрешением.Купперманн и Ву [72] использовали несколько иное определение, основанное на том же подходе, для реакции H + D2. Отметим, что временная задержка с угловым разрешением может оказаться весьма полезной для реактивных резонансов, поскольку резонансное рассеяние может происходить гораздо сильнее на определенные углы рассеяния, такие как прямое направление.

Определение сечения в физике.

Примеры поперечного сечения в следующих топиках:

  • Поглощение

    • Феноменологически вы можете представить, что в пучке есть много независимых поглотителей, каждый с поперечным сечением сечением $ \ sigma_ \ nu $ и плотностью числа $ n $.
    • Вы можете представить это как сечение сечение на единицу массы поглотителей.
  • Физическая сторона: коэффициенты Эйнштейна

    • Золотое правило Ферми связывает перекрестие раздела для процесса с квантово-механическим матричным элементом и фазовым пространством, доступным для продуктов.
    • Поскольку квантовая механика по большей части обратима во времени, пересечение , , участок для прямой и обратной реакций взаимосвязаны.
  • Входы

    • Основные входные данные для прогнозирования включают временные ряды, кросс секционные и продольные данные или с использованием оценочных методов.
    • Оба могут относиться к формальным статистическим методам, использующим временные ряды, перекрестным секционным или продольным данным или менее формальным оценочным методам.
    • Анализ перекрестных секционных данных обычно состоит из сравнения различий между испытуемыми.
    • Эта перекрестная секционная выборка предоставляет нам моментальный снимок этой совокупности на тот момент времени.
    • Cross секционные данные отличаются от данных временных рядов, также известных как продольные данные, которые следуют за изменениями одного субъекта с течением времени.
  • Управляемый гармонический осциллятор

    • Давайте представим, что наш гармонический осциллятор приводится в движение входящей электромагнитной волной.2 $, чтобы получить сечение рассеяния сечение
    • Вблизи резонанса крест участок имеет такой же профиль при спонтанном излучении.
  • Расход и уравнение непрерывности

    • где Q — скорость потока, v — скорость жидкости, а a — площадь поперечного сечения пространства пространства, через которое движется жидкость.
    • Скорость увеличивается, когда пересекает площадь сечения уменьшается, и скорость уменьшается, когда пересекает площадь сечения увеличивается.
  • Том

    • Объем цилиндра: поперечное поперечное сечение площади, умноженной на высоту цилиндра.
    • Измерительные стаканы

    • , как показано на, работают, беря известную поперечную площадь сечения чашки и умножая ее на переменную высоту.
    • Поскольку жидкость всегда будет покрывать крест секцию (если жидкости достаточно), добавление большего количества жидкости увеличит высоту внутри контейнера.
  • CAM и C4 Фотосинтез

    • Пересечение секции растения CAM (метаболизм крассулоидной кислоты), в частности листа агавы.
    • Поперечное сечение участка растения C4, в частности листа кукурузы.
  • Методы исследования человеческого развития

    • К ним относятся продольные, поперечные , секционные , последовательные и микрогенетические конструкции.
    • В ходе перекрестного перекрестного секционного исследования исследователь одновременно наблюдает за различиями между людьми разного возраста.
    • Cross — последовательные конструкции сочетают в себе как продольные, так и поперечные секционные методики проектирования .
    • В отличие от продольных и поперечных секционных дизайнов , которые дают общие очертания процесса изменений, микрогенетические дизайны обеспечивают углубленный анализ поведения детей в то время, когда оно меняется.
  • Контроль мышечного напряжения

    • На напряжение мышц влияет количество поперечных -мостиков, которые могут быть образованы.
    • В отдельных мышечных волокнах величина создаваемого напряжения зависит в первую очередь от количества образованных поперечных -мостов, на которые влияет площадь поперечного сечения мышечного волокна и частота нервной стимуляции.
    • Количество пересекающих -мостиков, образованных между актином и миозином, определяет величину напряжения, которое может производить мышечное волокно.
    • Cross -мостики могут образовываться только там, где перекрываются толстые и тонкие филаменты, позволяя миозину связываться с актином.
    • Если образуется больше пересекающих -мостиков, большее количество миозина будет притягивать актин и будет производиться большее напряжение.
  • Что такое конические сечения?

    • Фокус — это точка, вокруг которой построено коническое сечение .
    • Эти свойства, которые разделяют конические секции , часто представлены в виде следующего определения, которое будет развиваться далее в следующей секции .
    • Каждый тип конической секции более подробно описан ниже.
    • Шейки и четыре конических профиля .
    • Опишите части конической секции и то, как конические секции можно рассматривать как поперечные секции двойного конуса

Сечения рассеяния и поглощения атмосферных газов в ультрафиолетовом и видимом диапазоне длин волн (307–725 нм)

Статус проверки : этот препринт в настоящее время находится на рассмотрении журнала ACP.


Цюаньфу Хэ 1 , Чжэн Фанг 1 , Офир Шошамин 2 , Стивен С. Браун 3,4 и Йинон Рудич 1


Quanfu He et al.
Цюаньфу Хэ 1 , Чжэн Фанг 1 , Офир Шошамин 2 , Стивен С. Браун 3,4 и Йинон Рудич 1

  • 1 Отделение наук о Земле и планетах, Институт Вейцмана, Реховот 76100, Израиль
  • 2 Отдел физики окружающей среды, Институт биологических исследований, Нес-Циона 74100, Израиль
  • 3 Отделение химических наук , Лаборатория исследования системы Земли, Национальное управление океанических и атмосферных исследований, 325, Бродвей, Боулдер, Колорадо 80305, США
  • 4 Химический факультет, Университет Колорадо, 216 UCB, Боулдер, Колорадо 80309, США
  • 1 Отделение наук о Земле и планетах, Институт Вейцмана, Реховот 76100, Израиль
  • 2 Отдел физики окружающей среды, Институт биологических исследований, Нес-Циона 74100, Израиль
  • 3 Отделение химических наук , Лаборатория исследования системы Земли, Национальное управление океанических и атмосферных исследований, 325, Бродвей, Боулдер, Колорадо 80305, США
  • 4 Химический факультет, Университет Колорадо, 216 UCB, Боулдер, Колорадо 80309, США

Скрыть сведения об авторе


Получено: 8 сентября 2020 г. — Принято к рассмотрению: 5 ноября 2020 г. — Начало обсуждения: 6 ноября 2020 г.

Точные сечения рэлеевского рассеяния и поглощения атмосферных газов необходимы для понимания распространения электромагнитного излучения в планетных атмосферах.Точные сечения экстинкции также важны для калибровки высокоточных оптических резонаторов и дифференциальной спектроскопии оптического поглощения, а также для точного дистанционного зондирования. В этом исследовании мы измерили сечения рассеяния и поглощения диоксида углерода, закиси азота, гексафторида серы, кислорода и метана в непрерывном диапазоне длин волн 307–725 нм с использованием расширенной спектроскопии широкополосной полости (BBCES). Экспериментально полученные сечения рэлеевского рассеяния для CO 2 , N 2 O, SF 6 , O 2 и CH 4 согласуются с расчетами на основе показателя преломления с разницей в 1.В среднем 5% и 1,1%, 1,5%, 2,9% и 1,4% соответственно. Поглощение и поглощение метаном, вызванное столкновениями O 2 -O 2 , получены с высокой точностью при разрешении 0,8 нм нашего прибора BBCES в диапазоне длин волн 307–725 нм. Новые дисперсионные соотношения для N 2 O, SF 6 и CH 4 были получены с использованием данных в УФ-видимом диапазоне длин волн. В этом исследовании представлены улучшенные дисперсионные зависимости показателя преломления, сечения рэлеевского рассеяния на основе n и сечения поглощения для этих газов.

Quanfu He et al.

Просмотрено

Всего просмотров статьи: 285 (включая HTML, PDF и XML)

HTML PDF XML Всего Приложение BibTeX EndNote
165 117 3 285 32 7 8
  • HTML: 165
  • PDF: 117
  • XML: 3
  • Всего: 285
  • Дополнение: 32
  • BibTeX: 7
  • EndNote: 8

Просмотры и загрузки (рассчитано с 06 ноя 2020)

Месяц HTML PDF XML Всего
ноя 2020 29 30 0 59
декабрь 2020 30 13 1 44
янв.2021 г. 19 6 0 25
фев 2021 г. 14 7 0 21
март 2021 г. 12 14 1 27
Апрель 2021 года 20 16 0 36
Май 2021 года 16 14 1 31
июнь 2021 20 9 0 29
июл 2021 5 8 0 13

Общее количество просмотров и загрузок
(рассчитано с 06.11.2020)

Месяц HTML просмотров PDF загрузок XML загрузок
ноя 2020 29 30 0
декабрь 2020 59 43 1
янв.2021 г. 78 49 1
февраль 2021 г. 92 56 1
март 2021 г. 104 70 2
Апрель 2021 года 124 86 2
Май 2021 года 140 100 3
июнь 2021 160 109 3
июл 2021 165 117 3

Просмотрено (географическое распределение)

Всего просмотров статьи: 370 (включая HTML, PDF и XML)

Из них 370 с географическим определением
и 0 с неизвестным происхождением.

Всего: 0
HTML: 0
PDF: 0
XML: 0

Последнее обновление: 18 июл 2021 г.

Сопротивление и удельное сопротивление | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Объясните понятие удельного сопротивления.
  • Используйте удельное сопротивление для расчета сопротивления материала указанной конфигурации.
  • Используйте термический коэффициент удельного сопротивления для расчета изменения сопротивления в зависимости от температуры.

Зависимость сопротивления от материала и формы

Сопротивление объекта зависит от его формы и материала, из которого он сделан. Цилиндрический резистор на Рисунке 1 легко анализировать, и таким образом мы можем получить представление о сопротивлении более сложных форм.Как и следовало ожидать, электрическое сопротивление цилиндра R прямо пропорционально его длине L , подобно сопротивлению трубы потоку жидкости. Чем длиннее цилиндр, тем больше зарядов соударяется с его атомами. Чем больше диаметр цилиндра, тем больше тока он может пропускать (аналогично потоку жидкости по трубе). Фактически, R обратно пропорционален площади поперечного сечения цилиндра A .

Рисунок 1.Однородный цилиндр длиной L и площадью поперечного сечения A. Его сопротивление потоку тока аналогично сопротивлению, оказываемому трубой потоку жидкости. Чем длиннее цилиндр, тем больше его сопротивление. Чем больше площадь его поперечного сечения A, тем меньше его сопротивление.

Для данной формы сопротивление зависит от материала, из которого состоит объект. Различные материалы обладают разным сопротивлением потоку заряда. Мы определяем удельное сопротивление ρ вещества так, чтобы сопротивление R объекта было прямо пропорционально ρ .Удельное сопротивление ρ — это внутреннее свойство материала , независимо от его формы или размера. Сопротивление R однородного цилиндра длиной L , площадью поперечного сечения A , изготовленного из материала с удельным сопротивлением ρ , составляет

.

[латекс] R = \ frac {\ rho L} {A} \\ [/ латекс].

В таблице 1 приведены репрезентативные значения ρ . Материалы, перечисленные в таблице, разделены на категории проводников, полупроводников и изоляторов на основе широких групп удельных сопротивлений.У проводников наименьшее удельное сопротивление, а у изоляторов наибольшее; полупроводники имеют промежуточное удельное сопротивление. Проводники имеют различную, но большую плотность свободных зарядов, тогда как большинство зарядов в изоляторах связаны с атомами и не могут двигаться. Полупроводники являются промежуточными, имеют гораздо меньше свободных зарядов, чем проводники, но обладают свойствами, из-за которых количество свободных зарядов сильно зависит от типа и количества примесей в полупроводнике. Эти уникальные свойства полупроводников находят применение в современной электронике, о чем мы поговорим в следующих главах.

Таблица 1. Удельное сопротивление ρ различных материалов при 20º C
Материал Удельное сопротивление ρ ( Ом м )
Проводники
Серебристый 1. 59 × 10 −8
Медь 1. 72 × 10 −8
Золото 2. 44 × 10 −8
Алюминий 2.65 × 10 −8
Вольфрам 5. 6 × 10 −8
Утюг 9. 71 × 10 −8
Платина 10. 6 × 10 −8
Сталь 20 × 10 −8
Свинец 22 × 10 −8
Манганин (сплав Cu, Mn, Ni) 44 × 10 −8
Константан (сплав Cu, Ni) 49 × 10 −8
Меркурий 96 × 10 −8
Нихром (сплав Ni, Fe, Cr) 100 × 10 −8
Полупроводники
Углерод (чистый) 3.5 × 10 5
Углерод (3,5 — 60) × 10 5
Германий (чистый) 600 × 10 −3
Германий (1−600) × 10 −3
Кремний (чистый) 2300
Кремний 0,1–2300
Изоляторы
Янтарь 5 × 10 14
Стекло 10 9 — 10 14
Люцит > 10 13
Слюда 10 11 — 10 15
Кварц (плавленый) 75 × 10 16
Резина (твердая) 10 13 — 10 16
Сера 10 15
Тефлон > 10 13
Дерево 10 8 — 10 11

Пример 1.Расчет диаметра резистора: нить накала фары

Нить накала автомобильной фары изготовлена ​​из вольфрама и имеет сопротивление холоду 0,350 Ом. Если нить представляет собой цилиндр длиной 4,00 см (ее можно свернуть в бухту для экономии места), каков ее диаметр?

Стратегия

Мы можем переписать уравнение [латекс] R = \ frac {\ rho L} {A} \\ [/ latex], чтобы найти площадь поперечного сечения A нити на основе данной информации. Тогда его диаметр можно определить, предположив, что он имеет круглое поперечное сечение.{-5} \ text {m} \ end {array} \\ [/ latex].

Обсуждение

Диаметр чуть меньше десятой миллиметра. Он состоит только из двух цифр, потому что ρ известен только из двух цифр.

Температурное изменение сопротивления

Удельное сопротивление всех материалов зависит от температуры. Некоторые даже становятся сверхпроводниками (нулевое сопротивление) при очень низких температурах. (См. Рисунок 2.)

Рис. 2. Сопротивление образца ртути равно нулю при очень низких температурах — это сверхпроводник примерно до 4.2 К. Выше этой критической температуры его сопротивление делает резкий скачок, а затем почти линейно увеличивается с температурой.

И наоборот, удельное сопротивление проводников увеличивается с повышением температуры. Поскольку атомы колеблются быстрее и на больших расстояниях при более высоких температурах, электроны, движущиеся через металл, совершают больше столкновений, эффективно увеличивая удельное сопротивление. При относительно небольших изменениях температуры (около 100 ° C или меньше) удельное сопротивление ρ изменяется с изменением температуры Δ T , как выражено в следующем уравнении

ρ = ρ 0 (1 + α Δ T ),

, где ρ 0 — исходное удельное сопротивление, а α — температурный коэффициент сопротивления .(См. Значения α в Таблице 2 ниже.) Для более значительных изменений температуры α может изменяться или может потребоваться нелинейное уравнение, чтобы найти ρ . Обратите внимание, что α положительно для металлов, что означает, что их удельное сопротивление увеличивается с температурой. Некоторые сплавы были разработаны специально, чтобы иметь небольшую температурную зависимость. У манганина (который состоит из меди, марганца и никеля), например, α близок к нулю (до трех цифр на шкале в таблице 2), и поэтому его удельное сопротивление незначительно меняется с температурой.Это полезно, например, для создания не зависящего от температуры эталона сопротивления.

Таблица 2. Температурные коэффициенты удельного сопротивления α
Материал Коэффициент (1 / ° C)
Проводники
Серебристый 3,8 × 10 −3
Медь 3,9 × 10 −3
Золото 3.4 × 10 −3
Алюминий 3,9 × 10 −3
Вольфрам 4,5 × 10 −3
Утюг 5,0 × 10 −3
Платина 3,93 × 10 −3
Свинец 3,9 × 10 −3
Манганин (сплав Cu, Mn, Ni) 0,000 × 10 −3
Константан (сплав Cu, Ni) 0.002 × 10 −3
Меркурий 0,89 × 10 −3
Нихром (сплав Ni, Fe, Cr) 0,4 × 10 −3
Полупроводники
Углерод (чистый) −0,5 × 10 −3
Германий (чистый) −50 × 10 −3
Кремний (чистый) −70 × 10 −3

Также обратите внимание, что α отрицательно для полупроводников, перечисленных в Таблице 2, что означает, что их удельное сопротивление уменьшается с увеличением температуры.Они становятся лучшими проводниками при более высокой температуре, потому что повышенное тепловое перемешивание увеличивает количество свободных зарядов, доступных для переноса тока. Это свойство уменьшения ρ с температурой также связано с типом и количеством примесей, присутствующих в полупроводниках. Сопротивление объекта также зависит от температуры, поскольку R 0 прямо пропорционально ρ . Для цилиндра мы знаем, что R = ρL / A , и поэтому, если L и A не сильно изменяются с температурой, R будет иметь такую ​​же температурную зависимость, как ρ .(Исследование коэффициентов линейного расширения показывает, что они примерно на два порядка меньше типичных температурных коэффициентов удельного сопротивления, поэтому влияние температуры на L и A примерно на два порядка меньше, чем на ρ .) Таким образом,

R = R 0 (1 + α Δ T )

— это температурная зависимость сопротивления объекта, где R 0 — исходное сопротивление, а R — сопротивление после изменения температуры Δ T .Многие термометры основаны на влиянии температуры на сопротивление. (См. Рис. 3.) Одним из наиболее распространенных является термистор, полупроводниковый кристалл с сильной температурной зависимостью, сопротивление которого измеряется для определения его температуры. Устройство небольшое, поэтому быстро приходит в тепловое равновесие с той частью человека, к которой прикасается.

Рис. 3. Эти знакомые термометры основаны на автоматическом измерении сопротивления термистора в зависимости от температуры.(Источник: Biol, Wikimedia Commons)

Пример 2. Расчет сопротивления: сопротивление горячей нити

Хотя следует соблюдать осторожность при применении ρ = ρ 0 (1 + α Δ T ) и R = R 0 (1 + α Δ T ) для изменений температуры более 100 ° C, для вольфрама уравнения достаточно хорошо работают при очень больших изменениях температуры. Каково же тогда сопротивление вольфрамовой нити в предыдущем примере, если ее температура повышается с комнатной температуры (20ºC) до типичной рабочей температуры 2850ºC?

Стратегия

Это прямое приложение R = R 0 (1 + α Δ T ), поскольку исходное сопротивление нити было задано равным R 0 = 0.{-3} / º \ text {C} \ right) \ left (2830º \ text {C} \ right) \ right] \\ & = & {4.8 \ Omega} \ end {array} \\ [/ latex] .

Обсуждение

Это значение соответствует примеру сопротивления фары в Законе Ома: сопротивление и простые цепи.

Исследования PhET: сопротивление в проводе

Узнайте о физике сопротивления в проводе. Измените его удельное сопротивление, длину и площадь, чтобы увидеть, как они влияют на сопротивление провода. Размеры символов в уравнении меняются вместе со схемой провода.

Щелкните, чтобы запустить моделирование.

Сводка раздела

  • Сопротивление R цилиндра длиной L и площадью поперечного сечения A составляет [латекс] R = \ frac {\ rho L} {A} \ [/ латекс], где ρ — удельное сопротивление материала.
  • Значения ρ в таблице 1 показывают, что материалы делятся на три группы — проводников, полупроводников и изоляторов .
  • Температура влияет на удельное сопротивление; для относительно небольших изменений температуры Δ T удельное сопротивление равно [латекс] \ rho = {\ rho} _ {0} \ left (\ text {1} + \ alpha \ Delta T \ right) \\ [/ latex], где ρ 0 — исходное удельное сопротивление, а [латекс] \ text {\ alpha} [/ latex] — температурный коэффициент удельного сопротивления.
  • В таблице 2 приведены значения для α , температурного коэффициента удельного сопротивления.
  • Сопротивление R объекта также зависит от температуры: [латекс] R = {R} _ {0} \ left (\ text {1} + \ alpha \ Delta T \ right) \\ [/ latex], где R 0 — исходное сопротивление, а R — сопротивление после изменения температуры.

Концептуальные вопросы

1. В каком из трех полупроводниковых материалов, перечисленных в Таблице 1, примеси дают свободные заряды? (Подсказка: изучите диапазон удельного сопротивления для каждого из них и определите, имеет ли чистый полупроводник большую или меньшую проводимость.)

2. Зависит ли сопротивление объекта от пути тока, проходящего через него? Рассмотрим, например, прямоугольный стержень — одинаково ли его сопротивление по длине и по ширине? (См. Рисунок 5.)

Рис. 5. Встречается ли ток, проходящий двумя разными путями через один и тот же объект, с разным сопротивлением?

3. Если алюминиевый и медный провода одинаковой длины имеют одинаковое сопротивление, какой из них имеет больший диаметр? Почему?

4. Объясните, почему [латекс] R = {R} _ {0} \ left (1+ \ alpha \ Delta T \ right) \\ [/ latex] для температурного изменения сопротивления R объекта равен не так точен, как [латекс] \ rho = {\ rho} _ {0} \ left ({1} + \ alpha \ Delta T \ right) \\ [/ latex], что дает температурное изменение удельного сопротивления ρ .

Задачи и упражнения

1. Каково сопротивление отрезка медного провода 12-го калибра длиной 20,0 м и диаметром 2,053 мм?

2. Диаметр медного провода нулевого калибра 8,252 мм. Найдите сопротивление такого провода длиной 1,00 км, используемого для передачи энергии.

3. Если вольфрамовая нить накала диаметром 0,100 мм в лампочке должна иметь сопротивление 0,200 Ом при 20 ° C, какой длины она должна быть?

4. Найдите отношение диаметра алюминиевого провода к медному, если они имеют одинаковое сопротивление на единицу длины (как в бытовой электропроводке).

5. Какой ток протекает через стержень из чистого кремния диаметром 2,54 см и длиной 20,0 см при приложении к нему 1,00 × 10 3 В? (Такой стержень может быть использован, например, для изготовления детекторов ядерных частиц.)

6. (a) До какой температуры нужно нагреть медный провод, изначально равный 20,0 ° C, чтобы удвоить его сопротивление, не обращая внимания на любые изменения в размерах? (б) Происходит ли это в бытовой электропроводке при обычных обстоятельствах?

7. Резистор из нихромовой проволоки используется там, где его сопротивление не может изменяться более чем на 1.00% от его значения при 20,0ºC. В каком температурном диапазоне его можно использовать?

8. Из какого материала изготовлен резистор, если его сопротивление на 40,0% больше при 100 ° C, чем при 20,0 ° C?

9. Электронное устройство, предназначенное для работы при любой температуре в диапазоне от –10,0 ° C до 55,0 ° C, содержит резисторы из чистого углерода. В какой степени их сопротивление увеличивается в этом диапазоне?

10. (a) Из какого материала сделана проволока, если она имеет длину 25,0 м, диаметр 0,100 мм и сопротивление 77.7 Ом при 20,0 ° C? (б) Каково его сопротивление при 150 ° C?

11. При условии постоянного температурного коэффициента удельного сопротивления, каков максимальный процент уменьшения сопротивления константановой проволоки, начиная с 20,0 ° C?

12. Через матрицу протягивают проволоку, растягивая ее в четыре раза по сравнению с исходной длиной. По какому фактору увеличивается его сопротивление?

13. Медный провод имеет сопротивление 0,500 Ом при 20,0 ° C, а железный провод имеет сопротивление 0,525 Ом при той же температуре.При какой температуре их сопротивления равны?

14. (a) Цифровые медицинские термометры определяют температуру путем измерения сопротивления полупроводникового устройства, называемого термистором (который имеет α = –0,0600 / ºC), когда он находится при той же температуре, что и пациент. Какова температура пациента, если сопротивление термистора при этой температуре составляет 82,0% от его значения при 37,0 ° C (нормальная температура тела)? (b) Отрицательное значение для α не может поддерживаться при очень низких температурах.Обсудите, почему и так ли здесь. (Подсказка: сопротивление не может стать отрицательным.)

15. Integrated Concepts (a) Повторите упражнение 2 с учетом теплового расширения вольфрамовой нити. Вы можете принять коэффициент теплового расширения 12 × 10 −6 / ºC. б) На какой процент ваш ответ отличается от приведенного в примере?

16. Необоснованные результаты (a) До какой температуры нужно нагреть резистор из константана, чтобы удвоить его сопротивление, при условии постоянного температурного коэффициента удельного сопротивления? б) разрезать пополам? (c) Что необоснованного в этих результатах? (d) Какие предположения необоснованны или какие посылки несовместимы?

Сноски

  1. 1 Значения сильно зависят от количества и типа примесей
  2. 2 значения при 20 ° C.

Глоссарий

удельное сопротивление:
внутреннее свойство материала, независимо от его формы или размера, прямо пропорциональное сопротивлению, обозначаемое как ρ
температурный коэффициент удельного сопротивления:
эмпирическая величина, обозначенная как α , которая описывает изменение сопротивления или удельного сопротивления материала при температуре

Избранные решения проблем и упражнения

1.0,104 Ом

3. 2,8 × 10 −2 м

5. 1,10 × 10 −3 A

7. от −5ºC до 45ºC

9. 1.03

11. 0,06%

13. −17ºC

15. (a) 4,7 Ом (всего) (b) уменьшение на 3,0%


Состояние деятельности физики реакторов по созданию и функционализации сечения призматического реактора с очень высокой температурой, а также разработка пространственно-неоднородных кодов. (Технический отчет)


Ли Ч., Чжун, З., Тайво, Т. А., Янг, В. С., Смит, М. А., и Пальмиотти, Г. Состояние деятельности физики реакторов по созданию и функционализации сечения призматического реактора сверхвысоких температур, а также разработка пространственно-неоднородных кодов. . США: Н. П., 2006.
Интернет. DOI: 10,2172 / 895666.


Lee, CH, Zhong, Z, Taiwo, TA, Yang, WS, Smith, MA, & Palmiotti, G. Состояние деятельности в области физики реактора по созданию поперечного сечения и функционализации призматического реактора с очень высокой температурой, а также разработка пространственно-неоднородных кодов .. Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2172/895666


Ли Ч., Чжун, З., Тайво, Т. А., Янг, В. С., Смит, М. А., и Пальмиотти, Г. Пт.
«Состояние деятельности реакторной физики по созданию и функционализации сечения призматического реактора с очень высокой температурой, а также разработка пространственно-неоднородных кодов». Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2172/895666.https://www.osti.gov/servlets/purl/895666.

@article {osti_895666,
title = {Состояние деятельности физики реактора по созданию и функционализации сечения призматического реактора с очень высокой температурой, а также разработка пространственно-неоднородных кодов.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *