Попов В.С., Николаев С.А. Общая электротехника с основами электроники (1972) (1095872), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Кроме трех рассмотренных элементов электрических цепей в них применяются: коммутационная аппаратура — рубильники, выключатели, контакторы; приборы защиты— млавкие предохранители, реле; измерительные приборы— амперметры, вольтметры, ваттметры и т. д. 2-3. Закон Омв Отношение силы тока 1 к площади поперечного сечения 5 провода, ио которому он проходит, называется плотностью тока, т,е. 6=--, (2-4) Следовательно, плотность тока в проводе определяется зарядом, проходящим через единицу поперечного сечения провода в секунду, который пропорционален скорости движения заряженных частиц вдоль провода. Скорость же движения частиц пропорциональна силам поля, действующим на эти частицы, т.
е. напряженности электрического поля. Таким образом, плотность тока ' в проводе пропорциональна напряженности электрического поля, т. е. 6=уй. (2-5) Коэффициент пропорциональности у = 6/ Ю называется удельной электрической яроводимо'ст ь ю. Приняв во внимание, что Ю = (//!, напишем: 6 = у(//!. Умножив правую и левую части последнего уравнения на площадь поперечного сечения провода, получим: то // (2-6) где величина г = !/(у5) (2-7) называется э л е к т р и ч ее к им со п р от и в л еиием п ро вода.
Из (2-6) следует, что сила тока в проводе прямо пропорциональна напряженито на его концах и обратно пропорциональна сопротивленшо провода. Выражение (2-6) представляет собой з а к о н О м а— один из основных законов электротехники, широко применяемый для расчета цепей. Если приемник энергии обладает сопротивлением (рис. 2-2), а источник питания — внутренним сопротивлением бн то для цепи, показанной на рис.
2-2, напишем (2-3): Е=(/+(/~=!г+Гг =!(г+го), (2-8) т Единицей плотности тока в системе СИ является 1 А!м' или кратная ей единица 1 А/мм' = 10' А/ма. откуда получаем выражение закона Ома для всей электрической цепи; /= (2-9) 'г'0' Напряжение на зажимах цепи (рис. 2-2) при нагрузке (/ = Š— (/„= — Š— /»,. (2-10) Напряжение на зажимах той же цепи при отключешюй нагрузке, т. е. при токе / = О, равно э. д. с. источника (/= Š— /㻠— — Е. 2-4. Электрические сопротивление и проводимость 1  — = 1 — =1 Ом. 1А Л Сопротивлением 1 Ом обладает проводник, в котором при напряжении 1 В проходит ток 1 А.
Величина, обратная удельной проводимости, называется удельным сопротивлением р,т.е, р= 1 т (2-12) Удельное сопротивление, так же как и удельная прово- димость, зависит от свойств материала и его температуры, Заменив в (2-7) удельную проводимость у удельным со- противлением, получим: г = 1/(75) = р//3, откуда удельное сопротивление р = 1/у = гЕ/1. (2-14) 31 При прохождении электрического тока по проводнику движущиеся свсбодныс электроны (ионы), сталкиваясь с атомами или молекулами проводника, испытывают при этом противодействие своему движсни1о, которое характеризует сопротивление проводника. Сопротивление согласно (2-6) оценивают отношением напряжения, приложен- нога к концам проводника, к силе тока в нем, т.
е. сопротивление г = (///. (2-1 1) Единицей измерения сопротивления в системе СИ служит ом (Ом): Величина, обратная сопротивлению, называется э л е к трической проводимостью й = [/ =ТЗ/[=//[/. Единицей проводимости является с и м е н с! [ См= [/Ом. [2-[ б) сименс См [7! = — = —. метр м ' Значения удельных сопротивлений ряда материалов при температуре 20' С даны в табл. 2-2. Таблица 2-2 Характеристики иекоторык проводннковык алектротекническик материалов Единицей удельного сопротивления в системе СИ яв- ляется Ом.м, так как [р)=РЯ[]=О мз/ =О Удельные сопротивления длн металлов при такой единице изме- рения выражаются очень маяыми числами, что неудобно. Позтому единицу удельного сопротивления определяют, измеряя длину про- вода в метрах, а сечение — в квадратных миллиметрах.
При этик усло- виях единица удельного сопротивления [р] = [гЮ/!] = Ом ° ыме/и, причем Ом мм'/м = 10' Ом м=! икОм и, Единица удельной проводимости, [у] = [ 1/р] = [!/[г5)] = м/Ом ° мма или в системе СИ Алюминий Бронза Вольфрам Константан Латунь Манганин . Медь Ни кром Сталь Фсхраль Хромаль 657 900 3 3!О 1 200 900 960 1 083 1 360 1 400 1 450 1 500 0,029 0,02! — 0,4 0,056 0,4 — 0,51 0,07 — 0,08 0,42 0,0! 75 1,! 0,13 — 0,25 1,4 1,3 0,004 0,004 0,00464 0,000005 0,002 0,000006 — 0,004 0,00015 0,006 0,00028 0,00004 1) диэлектриках (электроизоляциоиных материалах) ток может проходить как через.
толщу диэлектрика, т. е. через объем материала — объем н ы й ток 1ю так и по поверхности диэлектрика — п о в е р х н о с т н ы й т о к (з. ц соответствии с этим имеются два понятия: о б ъ е м н о е сопротивление гги поверхностное сопр отивлен не та, Объемный ток в диэлектрике ь и 1„= — =.— г г р г я [Рг] = Р ФЯ = Ом ~ м /м = Ом ' м.
Рис: 2.3. Резасгор Можно также определять удельное объемное сопротивление для кубика с ребром, рлвиым 1,см, тогда (рг! 1 Ом см = 10 ' Ом и. Значения удельных объемных' сопротивлений рг для ряда.мкюфриалов'даны в табл.'1=1. Поверхностный ток б ' У тасю к~ ! Рэ— (2-16) Удельное объемное ропротивление рг численно равно сопротивлению диэлектрика сечением 3 = 1 м' и длиной 1 = 1 м.
Таким образом, единицей объемного удельного сопротивления будет Ом~м, так как Удельное поверхностное сопротивление рз численно равно сопротивлению поверхности щириной д = 1 м и длиной'1 = 1 м. Таким образом, единицей удельного поверхностного сопротивления будет 1 Ом, тан как (рД=(гу(Я=Ом 'м!м=Ом, (2-17) откуда видно, что она не зависит от размеров.
Устройства, предназначенные для включения в электрическую цепь с целью ограничения или регулирования тока вней, называются р ез исто р а ми(рис. 2-3) или р еос т а т.а м и (рнс. 2-4). Они изготовляются проволочными и непроволочными с постоянным значением сопротивления и регулнруемымн (переменными). Термин чсопротивление» я попав В.
с., ннколвеа с. А. 33 иногда раньше применялся как название устройства для ограничения тока в цепи. Для нагревательных приборов, реостатов, резисторов применяется проволока из материалов с высоким удельным сопротивлением (табл. 2-2). Это позволяет при малой длине проволоки получить нужную величину сопротивления. Проволока в виде спирали накладывается на основание из керамики или другого изоляционного материала.
Применение Рис. 2.4. Реостат. подвижного контакта (1, рис. 2-4) позволяет изменять сопротивление, включенное в цепь (между контактами 1 и 2 нли 1 и 3 рис. 2-4). ' В непроволочных резисторах токоведущая часть выполняется в виде стержня нли в виде пленки, накладываемой на поверхность каркрса из изоляционного материала. Пример 2-1. Лампа накааивания с сопротивлением г= 440 Ом включена в сеть с напряжением У = 110 В. Определить силу тока в лампе. Решен не. ' По закону Ома сила тока ! = —,= 0,26 А. 110 440' Пример 2-2. Определить напряжение на зажимах нагревательного првбора с сопротивлением г = 44 Ом, если сила тока в нем ! = 6 А.
Р е ш е,н и е. Наприженне на зажимах прибора 4! !г=б ° 44=220 В. З-в. Зависимость сопротнвпеимя от температуры Прн повышении температуры проводника увеличивмтся число столкновений свободных электронов с ато-' мами. Следовательно, уменьшается средняя скорость направленного движения электронов, что соответствует увеличению сопротивления проводника.
С другой стороны, при повышении температуры возрастает число свободных электронов и ионов в единице объема проводника, что приводит к уменьшению сопротивления проводника. В зависимости от преобладания того или иного фактора при повышении температуры сопротивление или увеличивается (металлы), или уменьшается (уголь, электролиты), или остается почти неизменным (сплавы металлов, например мангаиин).
При незначительных изменениях температуры (Π†1'С) относительное приращение сопротивления Лг!г, соответствующее нагреванию иа 1' С, называемое т е м ц е р а т у рным коэффициентом сопротивления а, для большинства металлов остается постоянным. Обозначив г, и г, — сопротивления при температурах 6, н 6„можем написать выражение относительного приращения сопротивления при повышении температуры от 6, до 6,: — — '=а(6,— 8,), (2-18) откуда г,=г,+г,а(6,— 6,)=гг[1+а(6а — 6г)].
(2-19) Значения температурного коэффициента сопротивления для различных материалов даны в табл. 2-2. Из выражения (2-18) следует, что 6в — + бг. (2-20) гга Полученная формула (2-20) дает возможность определить температуру 6, провода (обмотки), если измерить его сопротивление г, при заданных или известных величинах г„ 8,иа. Пример 2-3. Определить сопротнвленне проводов воздушной лапин прн температурах+20 н — 10 'С, если длина лнннк 400 м, а сечение медных проводов 2 = 10 мма = 1О 1О е ме.
Решенне, Сопротнвленне проводов лнннн прн температуре +М' 0 гг=Р— =0,0175 ° 1О е — =1,4 Ом. 21 2 400 Б ' 10 10 ' Сопротнвленнв тех вге проводов прн температуре †' С ге=ге 11+а(Ва — Вг)1 1,411+0 004( — 30)1 1,232 Ом. Прнмер 2-4. Сопротнвленне медной обмотан влектродвнгателв пр«температуре В, = 20' С составляет гг = 1,2 Ом. После часовой работы сопротивление той же обмотан г, 1,4 Ом.
Опрелелнть температуру обмотки алентродвнгатела после часовой работы. Р е ш е н и е. ге — гт 1,4 в 1,2 Е,= — +Е,- +Хб-С К-С. ать 0,004 1,2 2-0. Прввемйиииевыв мвтврмвпы Электротехнические проводниковые материалы делятся на дне, группы. К первой группе относятся материалы с малым удельным сопротивлением. Они должны иметь малый температурный коэффициент сопротивления, достаточную механическую прочность и устойчивость в отношении коррозии.
. М е д ь широко применяется вследствие малого удельного сопротивления (см, табл. 2-2), достаточной механической прочности, хорошей обрабатываемости и стойкости к коррозии. Она применяется в виде проволоки, проводов различного назначения, шин, полос. Электролитнческая 'медь содержит не более 0,1 % примесей. - Кроме чистой меди, в электротехнике применяются ее сплавы с другими металлами (кадмий, бериллий, цинк)— бронзы, латунь. А л ю и и н н й, несмотря на худшие электрические и механические свойства (см. табл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
