Калькулятор расчета потерь напряжения
| Длина линии (м) / Материал кабеля: | МедьАлюминий | ||
| Сечение кабеля (мм²): | 0,5 мм²0,75 мм²1,0 мм²1,5 мм²2,5 мм²4,0 мм²6,0 мм²10,0 мм²16,0 мм²25,0 мм²35,0 мм²50,0 мм²70,0 мм²95,0 мм²120 мм² |
| |
| Мощность нагрузки (Вт) или ток (А): | |||
| Напряжение сети (В): | Мощность | 1 фаза | |
| Коэффициент мощности (cosφ): | 3 фазы | ||
| Температура кабеля (°C): | |||
| | |||
Результаты расчета | |||
Потери напряжения (В / %) | |||
Сопротивление провода (ом) | |||
Реактивная мощность (ВАр) | |||
Напряжение на нагрузке (В) | |||
При проектировании сетей электроснабжения и слаботочных систем часто необходим расчет потерь в кабеле.
При решении вопросов проектирования, данный расчет важен для выбора кабеля с оптимальной площадью сечения жилы. Неправильный выбор кабеля может привести к тому, что система быстро выйдет из строя или просто не запустится. Именно поэтому при проектировании необходимо производить расчет потерь в кабеле.
РАСЧЁТ ПОТЕРЬ НАПРЯЖЕНИЯ В КАБЕЛЕ.
Расчёт потерь напряжения в кабеле можно осуществить по следующей формуле:
ΔU=I*RL
Где ΔU – потери напряжения в линии,
I – ток потребления (определяется главным образом характеристиками потребителя),
RL — сопротивление кабеля (зависит от длины кабеля и площади сечения кабеля).
Потери мощности в кабеле в кабеле зависит так же главным образом от сопротивления кабеля. Излишнее рассеивание энергии в кабеле может привести к существенным потерям электроэнергии. Излишки тепла идут на нагрев кабеля, поэтому при больших нагрузках неправильный расчет потерь электроэнергии в кабеле может привести к сильному нагреву кабеля и повреждению изоляции, что небезопасно для жизни людей.
ПУТИ СНИЖЕНИЯ ПОТЕРЬ МОЩНОСТИ В КАБЕЛЕ.
Потери в кабеле можно снизить путем увеличения площади сечения кабеля, уменьшением длины кабеля или уменьшением нагрузки. Очень часто длину кабеля или нагрузку уменьшить невозможно, поэтому приходится увеличивать площадь сечения жилы кабеля, чтобы уменьшить его сопротивление.
С другой стороны использование кабеля у которого площадь сечения слишком большая приводит к увеличению затрат, т.к. кажущаяся небольшая разница между ценами на два кабеля с разной площадью сечения становится ощутимой при многокилометровых кабельных системах. Следовательно, при проектировании необходимо обязательно выбирать кабель нужного сечения, а для этого необходимо производить расчет потерь мощности в кабеле.
Расчет кабеля по нагрузке и длине калькулятор
Расчет сечения кабеля по мощности и длине с помощью калькулятора онлайн.
Кабели и провода являются основными средствами передачи электричества. С их помощью электроэнергия распределяется на светильники, плиты, розетки и к другим потребителям. Нормальная работа сетей полностью зависит от сечения используемых проводников. Одним из методов, позволяющих определить данную величину, является калькулятор расчета сечения кабеля.
Использование калькулятора для расчетов сечения
Отсутствие правильных расчетов сечения проводников, используемых в электрических сетях, очень быстро приводит к перегрузке кабельных линий. В результате, наступает перегрев, изоляция оплавляется и теряет свои качества. Подобная ситуация известна, как перегорание провода, вызывающее серьезные негативные последствия. Поэтому обеспечение безопасности напрямую связано с расчетным сечением, которое должно полностью соответствовать токовым нагрузкам.
Точные вычисления можно выполнить с помощью онлайн калькулятора. Прежде всего, нужно ввести все необходимые данные. Сюда входит длина кабельных линий и материал проводника, а также токовая нагрузка и сетевое напряжение.
Исходные данные дополняются коэффициентом мощности, допустимыми потерями напряжения, температурой кабеля и способом его прокладки.
В результатах расчетов отображается минимальное сечение кабеля, плотность тока в амперах на мм2, сопротивление проводника в омах. Одновременно выдаются данные о величине напряжения при нагрузке и процент потерь напряжения. Полученные результаты позволяют исключить ошибки в выборе кабелей и проводов, обеспечивают безопасную работу с электрической энергией.
Главные преимущества калькулятора
Калькулятор расчета сечения работает в режиме онлайн. Он позволяют практически безошибочно вычислять все необходимые параметры. Благодаря точным исходным данным, вводимым в программу, полностью исключается влияние так называемого человеческого фактора.
Приборы и оборудование с высокой мощностью применяются не только на производстве, но и в бытовых условиях дома или квартиры. Поэтому при выборе необходимого проводника, в первую очередь выполняются расчеты сечения по мощности.
Данный параметр, необходимый для исходных данных, можно обнаружить либо в паспорте изделия, либо на корпусе прибора. Достаточно ввести значение мощности в таблицу, и калькулятор самостоятельно выполнит все необходимые вычисления. В полученных расчетах не учитывается индуктивность сопротивления кабельной линии. Данное значение перекрывается допустимым спадом напряжения в размере 5%, заложенным в калькуляторе.
Другим положительным качеством калькулятора онлайн является возможность расчета сечения, в зависимости от длины кабеля. При наличии монтажной схемы с определенным масштабом, длина линий определяется путем измерения расстояний между основными точками – розетками, выключателями, распределительными коробками, электрощитками и другими элементами. К каждому участку прибавляется примерно 10 см на скрутки.
Работы по электрификации жилья всегда считались сложным и трудоемким процессом. В первую очередь это связано с возрастающим количеством бытовых приборов и оборудования, устанавливаемых в современных домах.
Применяя калькулятор, вы легко и безошибочно выполните все необходимые расчеты.
Как рассчитать кабель по току, напряжению и длине. Кабели, как известно, бывают разного сечения, материала и с разным количеством жил. Какой из них надо выбрать, чтобы не переплачивать, и одновременно обеспечить безопасную стабильную работу всех электроприборов в доме? Для этого необходимо произвести расчет кабеля. Расчет сечения проводят, зная мощность приборов, питающихся от сети, и ток, который будет проходить по кабелю. Необходимо также знать несколько других параметров проводки.
Основные правилаПри прокладке электросетей в жилых домах, гаражах, квартирах чаще всего используют кабель с резиновой или ПВХ изоляцией, рассчитанный на напряжение не более 1 кВ. Существуют марки, которые можно применять на открытом воздухе, в помещениях, в стенах (штробах) и трубах. Обычно это кабель ВВГ или АВВГ с разной площадью сечения и количеством жил.
Применяют также провода ПВС и шнуры ШВВП для подсоединения электрических приборов.
После расчета выбирается максимально допустимое значение сечения из ряда марок кабеля.
Основные рекомендации по выбору сечения находятся в Правилах устройства электроустановок (ПУЭ). Выпущено 6-е и 7-е издания, в которых подробно описывается, как прокладывать кабели и провода, устанавливать защиту, распределяющие устройства и другие важные моменты.
За нарушение правил предусмотрены административные штрафы. Но самое главное состоит в том, что нарушение правил может привести к выходу из строя электроприборов, возгоранию проводки и серьезным пожарам. Ущерб от пожара измеряется порой не денежной суммой, а человеческими жертвами.
Важность правильного выбора сеченияПочему расчет сечения кабеля так важен? Чтобы ответить, надо вспомнить школьные уроки физики.
Ток протекает по проводам и нагревает их. Чем сильнее мощность, тем больше нагрев. Активная мощность тока вычисляют по формуле:
P=UI cos φ=I²*R
R – активное сопротивление.
Как видно, мощность зависит от силы тока и сопротивления. Чем больше сопротивление, тем больше выделяется тепла, то есть тем сильнее провода нагреваются. Аналогично для тока. Чем он больше, тем больше греется проводник.
Сопротивление в свою очередь зависит от материала проводника, его длины и площади поперечного сечения.
R=ρ*l/S
ρ – удельное сопротивление;
l – длина проводника;
S– площадь поперечного сечения.
Видно, что чем меньше площадь, тем больше сопротивление. А чем больше сопротивление, тем проводник сильнее нагревается.
Если покупаете провод и замеряете его диаметр, то не забудьте, что площадь рассчитывается по формуле:
S=π*d²/4
d – диаметр.
Не стоит также забывать удельное сопротивление. Оно зависит от материала, из которого сделаны провода. Удельное сопротивление алюминия больше, чем меди. Значит, при одинаковой площади сильнее нагреваться будет алюминий.
Сразу становится понятно, почему алюминиевые провода рекомендуют брать большего сечения, чем медные.
Чтобы каждый раз не вдаваться в длинный расчет сечения кабеля, были разработаны нормы выбора сечения проводов в таблицах.
Расчет сечения провода по мощности и токуРасчет сечения провода зависит от суммарной мощности, потребляемой электрическими приборами в квартире. Ее можно рассчитать индивидуально, или воспользоваться средними характеристиками.
Для точности расчетов составляют структурную схему, на которой изображены приборы. Узнать мощность каждого можно из инструкции или прочитать на этикетке. Наибольшая мощность у электрических печек, бойлеров, кондиционеров. Суммарная цифра должна получиться в диапазоне приблизительно 5-15 кВт.
Зная мощность, по формуле определяют номинальную силу тока:
P – мощность в ваттах
U=220 Вольт
K=0,75 – коэффициент одновременного включения;
cos φ=1 для бытовых электроприборов;
Если сеть трехфазная, то применяют другую формулу:
I=P/(U√3cos φ)
U=380 Вольт
Рассчитав ток, надо воспользоваться таблицами, которые представлены в ПУЭ, и определить сечение провода.
В таблицах указан допустимый длительный ток для медных и алюминиевых проводов с изоляцией различного типа. Округление всегда производят в большую сторону, чтобы был запас.
Можно также обратиться к таблицам, в которых сечение рекомендуют определять только по мощности.
Разработаны специальные калькуляторы, по которым определяют сечение, зная потребляемую мощность, фазность сети и протяженность кабельной линии. Следует обращать внимание на условия прокладки (в трубе или на открытом воздухе).
Влияние длины проводки на выбор кабеляЕсли кабель очень длинный, то возникают дополнительные ограничения по выбору сечения, так как на протяженном участке происходят потери напряжения, которые в свою очередь приводят к дополнительному нагреву. Для расчета потерь напряжения используют понятие «момент нагрузки». Его определяют как произведение мощности в киловаттах на длину в метрах. Далее смотрят значение потерь в таблицах. Например, если потребляемая мощность составляет 2 кВт, а длина кабеля 40 м, то момент равняется 80 кВт*м. Для медного кабеля сечением 2,5 мм кв. это означает, что потери напряжения составляют 2-3%.
Если потери будут превышать 5%, то необходимо брать сечение с запасом, больше рекомендованного к использованию при заданном токе.
Расчетные таблицы предусмотрены отдельно для однофазной и трехфазной сети. Для трехфазной момент нагрузки увеличивается, так как мощность нагрузки распределяется по трем фазам. Следовательно, потери уменьшаются, и влияние длины уменьшается.
Потери напряжения важны для низковольтных приборов, в частности, газоразрядных ламп. Если напряжение питания составляет 12 В, то при потерях 3% для сети 220 В падение будет мало заметно, а для низковольтной лампы оно уменьшится почти вдвое. Поэтому важно размещать пускорегулирующие устройства максимально близко к таким лампам.
Расчет потерь напряжения выполняется следующим образом:
∆U = (P∙r0+Q∙x0)∙L/ Uн
P — активная мощность, Вт.
Q — реактивная мощность, Вт.
r0 — активное сопротивление линии, Ом/м.
x0 — реактивное сопротивление линии, Ом/м.
Uн – номинальное напряжение, В. (оно указывается в характеристиках электроприборов).
L — длинна линии, м.
Ну а если попроще для бытовых условий:
ΔU=I*R
R – сопротивление кабеля, рассчитывается по известной формуле R=ρ*l/S;
I – сила тока, находят из закона Ома;
Допустим, у нас получилось, что I=4000 Вт/220 В=18,2 А.
Сопротивление одной жилы медного провода длиной 20 м и площадью 1,5 мм кв. составило R=0,23 Ом. Суммарное сопротивление двух жил равняется 0,46 Ом.
Тогда ΔU=18,2*0,46=8,37 В
В процентном соотношении
На длинных линиях от перегрузок и коротких замыканий устанавливают автоматические выключатели с тепловыми и электромагнитными расцепителями.
Важность правильного расчета сечения кабеля неоднократно упоминалась в наших публикациях. С целью упростить эту задачу и исключить вероятность ошибки, на нашем сайте был запущен онлайн-калькулятор, при помощи которого не составит труда выбрать сечение провода в зависимости от силы тока или мощности нагрузки. В качестве альтернативы можно воспользоваться табличными данными, но учитывая современные реалии, Интернет более доступен, чем справочная литература.
Приведем краткую инструкцию, позволяющую быстро освоить навыки работы с данным ресурсом:
- Указываем длину линии и выбираем материал токопроводящих жил кабеля.
- Вводим расчетную мощность нагрузки (в качестве альтернативы можно указать силу тока) и напряжение электросети (отображается автоматически при выборе типа сети).
- Коэффициент мощности, процент допустимых потерь и температуру провода можно оставить по умолчанию (0,92, 5% и 35°С, соответственно).
- Выбираем тип проводки и нажимаем кнопку «Вычислить».
В результате расчетов выводится информация об оптимальном сечении провода, плотности тока, а также информация о потерях (сопротивление участка цепи, падение напряжения вольтах и процентах).
Калькулятор расчета сечения кабеля
Калькулятор сечения кабеля
Таблица сечения кабеля по мощности и току
Медные кабеля
| Сечение токопроводящей жилы мм2 | Кабеля и провода с медными жилами | |||
|---|---|---|---|---|
| Напряжение 220 В | Напряжение 380 В | |||
| Ток (А) | Мощность (кВт) | Ток (А) | Мощность (кВт) | |
| 1,5 | 19 | 4,1 | 16 | 10,5 |
| 2,5 | 27 | 5,9 | 25 | 16,5 |
| 4 | 38 | 8,3 | 30 | 19,8 |
| 6 | 46 | 10,1 | 40 | 26,4 |
| 10 | 70 | 15,4 | 50 | 33,0 |
| 16 | 85 | 18,7 | 75 | 49,5 |
| 25 | 115 | 25,3 | 90 | 59,4 |
| 35 | 135 | 29,7 | 115 | 75,9 |
| 50 | 175 | 38,5 | 145 | 95,7 |
| 70 | 215 | 47,3 | 180 | 118,8 |
| 95 | 260 | 57,2 | 220 | 145,2 |
| 120 | 300 | 66 | 260 | 171,6 |
Алюминиевые кабеля
| Сечение токопроводящей жилы мм 2 | Кабеля и провода с алюминиевыми жилами | |||
|---|---|---|---|---|
| Напряжение 220 В | Напряжение 380 В | |||
| Ток (А) | Мощность (кВт) | Ток (А) | Мощность (кВт) | |
| 2,5 | 20 | 4,4 | 19 | 12,5 |
| 4 | 28 | 6,1 | 23 | 15,1 |
| 6 | 36 | 7,9 | 30 | 19,8 |
| 10 | 50 | 11 | 39 | 25,7 |
| 16 | 60 | 13,2 | 55 | 36,3 |
| 25 | 85 | 18,7 | 70 | 46,2 |
| 35 | 100 | 22 | 85 | 56,1 |
| 50 | 135 | 29,7 | 110 | 72,6 |
| 70 | 165 | 36,3 | 140 | 92,4 |
| 95 | 200 | 44,0 | 170 | 112,2 |
| 120 | 230 | 50,6 | 200 | 132,0 |
Разнообразные электрокабели и провода – это важная часть энергетики.
Без них сегодня никуда. Провода окружают нас дома и на работе. Однако, если они подобраны неверно, это может привести к серьезным проблемам: перегреву шнура и даже замыканию.
Подбирая кабельно-проводниковую продукцию для дома или офиса, обратите должное внимание на диаметр кабеля, чтобы он подходил под возрастающую в процессе эксплуатации мощность.
Опытные электрики хорошо знают, какой проводник нужно выбирать в той или иной ситуации, а вот обычному покупателю на помощь придет наш онлайн-калькулятор расчета сечения кабеля. Проблема неправильного подбора проводов на самом деле сегодня достаточно высока, так как очень часто недобросовестные строители, желая сэкономить, ставят недорогой тонкий кабель, не учитывая мощность и напряжение.
Также современные гаджеты и бытовые приборы требуют особого подбора электрокабеля и его сечения. Учитывая это, сотрудники компании «Kabel-Energo» разработали специальный калькулятор расчета сечения кабеля, с помощью которого можно рассчитать допустимые нагрузки и мощность.
Что такое калькулятор сечения кабеля?
Представленный функционал дает возможность проводить расчет сечения провода, исходя из показателей максимальной нагрузки и входного напряжения. При этом учитывается не только материал жилы, но и условия прокладывания, критерии подбора и предположительная утечка напряжения.
Также программа дает возможность провести расчеты максимально допустимых нагрузок и тока на проводник с указанными параметрами. Пользоваться калькулятором просто, чтобы провести расчет сечения провода, стоит сделать следующее:
- Укажите данные для расчета: ток или мощность.
- Выставьте необходимое напряжение.
- Выберите, какая вас интересует жила – медная или алюминиевая.
- Учтите тип проводки – открытая или закрытая, а также количество проводов.
- В качестве дополнительных условий напишите длину провода.
Нажмите «Расчет» и получите все необходимые параметры. Очень легко и удобно, а главное вы не ошибетесь и точно сможете купить нужный кабель. По результатам подсчета вы сможете сделать выбор подходящего товара у нас в каталоге.
Стоит учитывать, что представленный функционал носит только рекомендательный характер и перед тем как использовать провода в электрических системах, стоит посоветоваться с профессионалом. В зависимости от того, какое количество верных и нужных параметров вы введете, тем правильнее и точнее будет результат.
Таблица сечения кабеля по мощности и току – для чего она нужна?
Также чтобы определить нужное сечение кабеля по мощности и току, используется специальная таблица расчета мощности кабеля. Все внесенные данные в ней рассчитаны и прописаны ПУЭ (правила устройства электроустановок).
Таблица расчета сечения провода состоит из нескольких колонок, где указываются все известные сечения кабеля и показатели максимально допустимых мощности и тока для разного напряжения. Для медных и алюминиевых проводов приведены разные расчеты.
Что разобраться было легче, приведем пример: согласно таблице, для алюминиевого провода сечением 16 мм кв. максимально допустимая мощность составляет 13,2 кВт и ток 60 А при напряжении 220 В.
Приведенные в таблице данные весьма полезны при подборе стабилизаторов или прокладывании проводки в новых зданиях. Для удобства наших клиентов, таблица сечения проводов по току и мощности размещена у нас на сайте в разделе «Калькулятор сечения провода».
Потребляемый ток можно рассчитать по формуле I=P/U, где:
- I – сила тока;
- P – мощность;
- U – напряжение.
Заходите к нам на сайт, используйте для подсчетов любой из способов расчета сечения кабеля и покупайте нашу продукцию. При необходимости наши специалисты помогут вам и с выбором, и с подсчетами. Ждем вас с нетерпением.
Потери напряжения | Онлайн расчет в линии, в сети, в кабеле
Калькулятор расчета потери напряжения в кабеле. Расчет потери напряжения в линии для постоянного и переменного тока по заданным параметрам электросети.
Проблема с потерями напряжения в линии, сети или кабеле возникают обычно в следующих ситуациях:
- при значительной длине прокладываемой линии;
- в случае большой рассеиваемой мощности;
- при высоких токовых нагрузках.
Если при покупке кабельной продукции допущены ошибки в выборе сечения входящих в его состав проводных жил – они при протекании больших токов начинают перегреваться. А это приводит к повышению их внутреннего сопротивления и увеличению потерь напряжения на распределенных элементах цепи.
Дополнительная информация: Для того чтобы понять, за счет чего в линейных проводах происходят потери, следует вспомнить о том, что они также обладают внутренним погонным сопротивлением.
За счет этого каждый участок кабеля определенной длины может быть представлен как резистор с некоторой удельной проводимостью (величиной, обратной сопротивлению). Так что на данном участке по закону Ома будет падать определенная часть приложенного ко всему кабелю напряжения. Это значение вычисляется по следующей формуле:
U=I*R провода
При обследовании цепей постоянного тока учитывается только активное распределенное сопротивление, обозначаемое просто R. В линиях с действующим переменным напряжением к активной составляющей добавляется реактивная часть, так что обе они составляют полный импеданс Z. Величина этих потерь обязательно учитывается при расчетах цепей переменного тока, поскольку они нередко достигают 20 процентов от всей расходуемой мощности.
Как при ручном, так и при онлайн расчете для определения распределенного сопротивления проводника используется следующая формула:
R=p*L/S
где:
p – удельное сопротивление, приходящееся на единицу длины;
L – общая длина измеряемого участка;
S – площадь сечения.
Из формулы видно, что сопротивление, а, следовательно, и падение напряжения определяется длинной данного участка и площадью его поперечного сечения. Длинный и тонкий проводник обладает большим сопротивлением R. Чтобы его снизить – нужны толстые жилы со значительным поперечным сечением.
Производим расчет потери напряжения линии в случае с активной нагрузкой с помощью следующего выражения:
dU=I*R пров
Для того чтобы учесть комплексные потери на импедансе цепей переменного тока вводится поправка в виде коэффициента реактивности.
Обратите внимание: Все эти выкладки справедливы лишь для одной жилы.
В реальной ситуации кабель содержит несколько проводников, каждый из которых должен учитываться при калькуляции. При пользовании онлайн калькулятором потерь напряжения в предложенные формы потребуется ввести следующие параметры:
- Общую длину провода.
- Площадь сечения каждой из жил;
- Значение потребляемой мощности;
- Общее количество проводников;
- Средний показатель температуры.
Также следует указать значение комплексного коэффициента COS Ф (он, как правило, выбирается из диапазона 0,94-0,98).
| Длина линии (м) / Материал кабеля: | МедьАлюминий | ||
| Сечение кабеля (мм²): | 0,5 мм²0,75 мм²1,0 мм²1,5 мм²2,5 мм²4,0 мм²6,0 мм²10,0 мм²16,0 мм²25,0 мм²35,0 мм²50,0 мм²70,0 мм²95,0 мм²120 мм² |
| |
| Мощность нагрузки (Вт) или ток (А): | |||
| Напряжение сети (В): | Мощность | 1 фаза | |
| Коэффициент мощности (cosφ): | Ток | 3 фазы | |
| Температура кабеля (°C): | |||
| Потери напряжения (В / %) | |||
| Сопротивление провода (ом) | |||
| Реактивная мощность (ВАр) | |||
| Напряжение на нагрузке (В) | |||
В результате вычислений онлайн калькулятор потерь напряжения выдаст следующие рабочие показатели:
- Величину потерь напряжения и мощности.
- Сопротивление участка кабеля.
- Реактивные потери в нем.
Также в итоговой форме должно появиться значение остаточного напряжения на комплексной нагрузке.
Акустический кабель – как правильно рассчитать и выбрать
В многочисленных рекомендациях и отзывах меломанов по выбору акустического кабеля даны советы и озвучены субъективные мнения, не имеющие ничего общего с реальным положением вещей.
По мнению авторов, верящих рекламе производителей кабеля, на качество звука существенно влияет чистота и структура кристаллов меди, внешнее покрытие проводов, шаг скрутки и количество жил, материал изоляции и многое другое, что не подтверждено математическими расчетами. Физика наука точная и голословные утверждения не являются доказательством.
Физические характеристики аудио кабеля, влияющие на качество звуковоспроизведения
Рассмотрим степень влияния на качество аудио кабеля чистоты меди жилы, скин-эффекта, экранирующей оплетки, шероховатости, покрытия жил и изоляции.
Влияние на звуковой сигнал чистоты меди
Согласно ГОСТ 859-2001 для изготовления проводов кабелей используется медь чистотой более 99%, в которой максимальная доля примесей в худшем случае не превышает 1%, что практически не влияет на ее проводимость.
Присутствующий в меди кислород обладает вентильным эффектом, работает как диод, выпрямляя синусоиду. В бескислородной меди марки М0 количество кислорода не превышает 0,001%. В раскисленной марки М1 – 0,01%, что теоретически может добавлять нелинейные искажения в звуковой сигнал не более, чем на эту величину.
На практике вносимые искажения многократно меньше, так как диоды шунтируются чистой медью. Таким образом, наличие кислорода в меди не влияет на естественность звучания.
Для справки. Ученые В. М. Большов и В. И. Гукин установили, что человеческое ухо не фиксирует нелинейные искажения величиной менее 3%.
Влияние скин-эффекта
При прохождении переменного тока через проводник вокруг него возникает переменное электромагнитное поле, которое создает электрическое индукционное поле, нелинейно взаимодействующее с электромагнитным полем. В результате плотность тока от центра оси провода смещается к его поверхности. Это поведение переменного тока назвали скин-эффектом.
Скин-эффект начинает проявляться на частотах более 100 Гц в проводах сечением более чем 0,75 мм2. Таким образом на низкие частоты (басы) влияния не оказывает. С увеличением частоты начинается плавное проявление скин-эффекта, и на частоте 20 кГц потери увеличиваются до 0,25 дБ, что заметить практически невозможно. Но даже если имеется идеальный слух, то всегда можно скомпенсировать потери в высокочастотном диапазоне с помощью эквалайзера.
На проводах сечением менее 0,75 мм2 скин-эффект в звуковом диапазоне отсутствует. Поэтому, для получения кабеля без скин-эффекта для подключения звуковых колонок к усилителю, например, сечением 1,5 мм2, достаточно свить два изолированных провода сечением 0,75 мм2. Так делают многие производители аудиокабелей.
Об экранирующей оплетке кабеля
Применяемая в дорогостоящих аудио кабелях экранирующая оплетка из цветных металлов не защищает от низкочастотных электромагнитных полей, а высокочастотные поля, от которых экранирование может защитить, в нормальных условиях создают ЭДС в проводах кабеля величиной несколько микровольт.
Уровень влияния такого поля составляет сотые доли дБ, что услышать, даже когда сигнал на колонки не поступает, невозможно.
О количестве жил и их диаметре в проводах акустического кабеля
Количество и сечение жил в проводах кабеля на качество звука не влияет. Чем больше жил и меньше их диаметр, тем эластичнее будет кабель. Вопрос актуален для случая, если необходимо часто транспортировать аудиосистему и свивать кабель.
Влияние шероховатости и покрытия проводов кабеля
Согласно Закону Ома, сила тока в замкнутой цепи зависит только от ее сопротивления, поэтому даже большая шероховатость проводов снизит на 0,1% сечение провода, что практического влияния не окажет.
Покрытие проводов благородными металлами оправдано только для снижения влияния скин-эффекта на частотах выше 100 кГц. Поэтому для аудио кабеля значения не имеет. Изоляционное покрытие вполне справляется с защитой меди от внешних воздействий. Оправданным может быть покрытие только клемм на концах проводов.
Влияние материала изоляции проводов кабеля
Любые электрические провода, в том числе и для подключения звуковых колонок, для защиты от короткого замыкания и внешних воздействий окружающей среды покрываются изоляцией. Изоляция делается из диэлектрического материала и в прохождении тока по кабелю участия не принимает. Так как напряжение, подаваемое с усилителя на колонки, не превышает сотни вольт, то материал изоляции значения не имеет.
Вывод
Качество акустического кабеля определяется только его поперечным сечением. Чистота и структура кристаллов меди, внешнее покрытие проводов, шаг скрутки, сечение жил в проводе и их количество, материал изоляции – практически не оказывает влияние на естественность воспроизведения музыкальных произведений.
При недостаточном сечении проводов часть мощности будет рассеиваться на них и в моменты максимальной громкости низкие частоты (басы) будут звучать без искажений, но несколько тише, потому что в общей звуковой мощности они составляют более 70%.
Расчет сечения акустического кабеля для подключения
звуковой колонки
Согласно рекомендациям, сопротивление провода для подключения звуковой колонки не должно превышать 5% ее сопротивления. В таблице представлено максимально допустимое сопротивление проводов кабеля в зависимости от величины сопротивления звуковой колонки.
При расчете следует учесть, что общее сопротивление кабеля будет в два раза больше, так как он состоит из двух проводников. Чем сопротивление кабеля меньше, тем лучше.
Метр длины медного провода любого сечения имеет известное сопротивление. Поэтому зная допустимое сопротивление кабеля и его длину по таблице можно выбрать подходящий.
Например, нужно выбрать кабель длиной 2 метра для подключения звуковой колонки сопротивлением 4 Ома. Из таблицы «Допустимое сопротивление кабеля для подключения звуковой колонки» определяем, что сопротивление проводов кабеля не должно превышать 0,2 Ом. Кабель имеет два провода, значит, значение нужно поделить на два, получается 0,1 Ом. В столбце 2 метра подходящим значением является 0,08 Ом, перемещая взгляд влево по горизонтали видим, что подойдет кабель с сечением провода 0,5 мм2 (диаметр 0,8 мм).
Как видите, по вышеприведенным таблицам выбирать сечение провода для динамика неудобно. Поэтому обе таблицы были сведены в одну, что позволит быстро и безошибочно выбрать кабель.
Теперь достаточно по сопротивлению динамика узнать необходимое сечение провода в столбце длины кабеля. Например, для подключения звуковой колонки сопротивлением 4 Ом, удаленной от усилителя на 3 метра понадобится кабель с сечением провода 0,54 мм2.
ГОСТ 22483-2012 предписывает стандартный ряд сечений проводов кабелей для производителей и провод выбранного сечения в продаже может отсутствовать.
Поэтому решил сделать таблицу, с помощью которой выбор сечения провода для акустического кабеля можно сделать с учетом стандартного ряда сечений.
Выбирается сечение провода по этой таблице, так же, как и с помощью предыдущей, только в результате вы получите сразу стандартное значение.
Если у вас есть в наличии отрезки медного кабеля достаточной длины, то можно узнать, подойдет ли он для использования в качестве акустического.
Сечение провода измерять приборами невозможно, но его можно вычислить по диаметру, измеренному штангенциркулем или микрометром.
Для акустического кабеля подойдет любой многожильный медный провод для электропроводки. Для того, чтобы узнать сечение многожильного провода необходимо определить сечение одной проволочки сосчитать число и умножить сечение одной проволочки на их количество.
Факторы влияющие
на естественность звучания аудиосистемы
Стоит отметить, что акустический кабель является предпоследним звеном в цепи, которое влияет на качество звука.
Если хотя бы одно из устройств в цепи – источник сигнала, усилитель, кабели или звуковые колонки по своим характеристикам не обеспечит Hi-Fi, то параметры других устройств не будут иметь значения.
Качество работы всей аудиосистемы будет определяться устройством с худшими техническими характеристиками.
В заключение о самом главном – помещении для прослушивания музыкальных произведений. Даже имея в распоряжении самую лучшую Hi-Fi или даже Hi-End звуковоспроизводящую аппаратуру невозможно добиться естественного звука в не приспособленном для этих целей помещении.
Звук распространяется волнами за счет изменения плотности воздуха динамиком со скоростью 334 метра в секунду, как и световые волны. От твердых поверхностей, как световой луч от зеркальных, звуковая волна отражается, но хорошо поглощается пористыми.
Если аудиосистема размещена в помещении, в котором большая часть поверхностей твердая (стены, пол, потолок, мебель) то возникают такие явления как реверберация (эхо в горах), резонансные волны (моды), аксиальные резонансы, которые создают пики и провалы в частотной характеристике излучаемого колонками звукового сигнала.
Таким образом получить естественное звучание в помещениях даже значительных по объему, в которых большая часть поверхностей твердая, без покрытия звукопоглощающим материалом невозможно.
Поэтому перед покупкой дорогостоящей аудиотехники стоит задуматься, подходит ли помещение, в котором планируется ее размещение.
Меня всегда удивляют рассуждения о качестве звука в автомобиле. Салон автомобиля объемом пару кубометров на половину состоит из ветровых стекол и пластмассовых панелей, которые отлично отражают звуковые волны. Поэтому естественным звук в салоне автомобиля не может быть по определению. Любая китайская аудиосистема в авто будет работать с таким же успехом, как и брендовая по цене в десятки раз дороже.
То же самое относится и к помещениям в квартире. Существенно можно улучшить звуковоспроизведение, если в комнате будет установлена мягкая мебель, а стены и полы покрыты коврами, окна завешаны плотными шторами.
Истинные аудиофилы и меломаны знают это, и чтобы насладиться естественным звучанием отправляются в концертный зал или оперный театр, где шепот артиста на сцене слышен без усиления в любой точке зала.
Калькулятор расчета потерь напряжения
С помощью данного калькулятора можно вычислить потери напряжения (мощности) и подобрать необходимое поперечное сечения кабеля.
Для этого необходимо знать рабочее напряжение, протекающий ток и длину кабеля. Ниже приведен пример расчета.
Расcчитать
| Мощность, Вт: |
|
||
| Напряжение с учетом потерь, В: |
|
||
| Потери напряжения, В: |
|
или |
|
| Потери мощности, Вт: |
|
||
| Мощность с учетом потерь, Вт: |
|
||
Сброс
* Общая длина кабелей плюса и минуса
Удельное сопротивление меди в формулах 0,0175 Ом*мм2/м (при 20 Со)
Для примера подберем сечение кабеля от солнечных батарей до контроллера на примере солнечной электростанции для дома, состоящую из следующих компонентов:
- Монокристаллическая солнечная батарея Suoyang SY-200WM — 4 шт.;
- Контроллер заряда ITracer IT6415ND — 1 шт.;
- Инвертор PI 2000Вт/12В (чистый синус) — 1 шт.;
- Гелевый аккумулятор 200Ач — 2 шт.
Итак, напряжение в точке максимальной мощности у монокристаллической солнечной батареи Suoyang SY-200WM составляет 37,2В, а ток в максимальной мощности 5,38А, именно эти значения мы будем использовать в расчетах. Но для начала нам нужно определиться, как соединить между собой солнечные батареи.
В состав нашего комплекта входит контроллер заряда Epsolar на 60А, с функцией поиска максимальной мощности (MPPT). Максимальное входное напряжение от солнечных батарей в данный контроллер составляет 150В, а выходное напряжение на аккумулятор будет составлять 12/24/36 или 48В, автоматически в зависимости от напряжения аккумулятора, который мы подключили. В нашем случае это два 12 вольтовых гелевых аккумулятора Delta 12-200, соединенных параллельно.
Имея четыре солнечные батареи SY-200 и выше описанный контроллер мы можем подключить солнечные батареи двумя способами:
1. Параллельное соединение (все четыре штуки параллельно между собой). При этом напряжение у нас останется 37,2В, а максимальный ток от солнечных батарей составит 5,38А * 4 = 21,52А
.
2. Последовательно – параллельное соединение (две последовательных цепочки по две штуки). При этом напряжение будет составлять 37,2В * 2=74,4В, а ток 5,38 * 2 = 10,76А.
Нужно понимать, что мощность в двух случаях будет ОДИНАКОВАЯ. Разность только в токе и напряжении — в первом случае у нас больше ток, но меньше напряжение, а во втором – наоборот. Если мы подключим все четыре солнечные батареи последовательно, то напряжение будет выше, чем допустимое максимальное входное напряжение контроллера заряда, которое составляет 150В, более того нужно учитывать температурный коэффициент и напряжение холостого хода, но сейчас не об этом.
Сечение кабеля подбирается по току, чем больше ток – тем больше сечение!
Подставим в калькулятор расчета потерь напряжения данные первого способа подключения (параллельно все четыре штуки), расстояние от солнечных батарей до контроллера примем равным 15 метров (15 плюс и 15 минус), соответственно общая длина кабеля составит 30 метров, сечение кабеля возьмем равным 6мм²:
- Напряжение: 37,2В
- Сечение кабеля: 6мм²
- Длина: 30м
- Максимальный ток: 21,52А
Получаем потери напряжения и мощности более 5% (потери напряжения: 1,88В, потери мощности: 40,45Вт).
Подставим второй способ подключения (Две последовательных цепочки по две штуки):
- Напряжение: 74,4В
- Сечение кабеля: 6мм²
- Длина: 30м
- Максимальный ток: 10,76А
Получаем куда лучший результат, благодаря увеличенному напряжению и меньшему току: потери напряжения и мощности 1,26% (потери напряжения: 0,94В, потери мощности: 10,11Вт)
Выводы: Как видно, благодаря возможности увеличения напряжения, путем последовательно – параллельного соединения солнечных батарей, нам удалось уменьшить ток и при использовании кабеля одного и того же сечения уменьшить потери в нем в 4 раза!
Читайте также:
Расчет сечения кабеля (провода)
Расчет потери напряжения в кабеле
В качестве примера расчёта потерь в кабеле рассмотрим схему трансляционной линии с ответвлением:
Рисунок 1. Пример трансляционной линииРасстояние между громкоговорителями основной линии составляет 10 м, на ответвлении — 7 м. Расчет осуществляется для кабеля сечением 1 мм2.
Прежде чем начать расчет мощности на громкоговорителях, ответвление линии необходимо заменить эквивалентной нагрузкой.
Рисунок 2. Расчет эквивалента ответвленияКак следует из расчетов, эквивалентом ответвления будет громкоговоритель, имеющий сопротивление 833,54 Ом или мощность 11,99 Вт (P = U2/R, U=100 В).
С учетом эквивалентной нагрузки рассчитаем напряжение на громкоговорителях главной ветви.
Рисунок 3. Потери в кабеле главной ветви линииМы получили значения напряжения на всех громкоговорителях главной ветви. Вычисленные значения для эквивалентной нагрузки позволяют произвести дальнейшие расчёты для громкоговорителей, расположенных на ответвлении.
Рисунок 4. Расчет потерь в кабеле ответвленияДля расчёта любой трансляционной линии необходимо учитывать потери, связанные с протяженностью кабеля подключения громкоговорителей. Поскольку соединительный кабель имеет конечное, пусть и малое, сопротивление, то часть мощности, подводимой от усилителя, будет рассеиваться в виде тепла. В проектируемых системах оповещения для расчёта уровня звукового давления принципиально важно знать точную величину мощности, поступающей на громкоговорители.
Предлагаемая программа позволяет предельно точно построить 100-вольтную трансляционную линию, учитывая мощность громкоговорителей и характеристики кабеля. По результатам программы оценивается уровень потерь для разного типа применяемого кабеля, а также рассчитывается напряжение в точках подсоединения громкоговорителей и мощность их фактического использования.
Калькулятор сопротивления— Инструменты для электротехники и электроники
Этот калькулятор рассчитывает удельное сопротивление компонента на основе его значения сопротивления, длины и площади поперечного сечения.
Обзор
Наш калькулятор удельного сопротивления поможет вам рассчитать удельное сопротивление материала, которое является функцией его значения сопротивления, длины и площади поперечного сечения.
Уравнение
$$ \ rho = \ frac {RA} {L} $$
Где:
$$ \ rho $$ = удельное сопротивление материала в Ом-м (Ом-м)
$$ R $$ = сопротивление материала в Ом (Ом).
$$ L $$ = длина материала в метрах (м).
$$ A $$ = площадь поперечного сечения материала в квадратных метрах (м 2 ).
Удельное сопротивление материала — это сопротивление, которое он может оказывать току в зависимости от его размеров. На самом деле это присуще конкретному материалу, поскольку каждый тип имеет свои собственные значения удельного сопротивления. Обычно мы рассчитываем сопротивление материала R с учетом его удельного сопротивления и размеров.
Из приведенной выше формулы можно сказать, что удельное сопротивление прямо пропорционально площади поперечного сечения материала и обратно пропорционально его длине.Это означает, что материал с большим поперечным сечением или меньшей длиной будет иметь более высокое значение удельного сопротивления. И наоборот, материал с меньшим поперечным сечением или большей длиной будет иметь меньшее значение удельного сопротивления. Сопротивление материала также является важным фактором и прямо пропорционально его удельному сопротивлению.
Проводники имеют низкое удельное сопротивление, а изоляторы — высокое.
Электропроводность, обычно обозначаемая $$ \ sigma $$, является обратной величиной удельного сопротивления $$ \ sigma = \ frac {1} {\ rho} $$.
Банкноты
- Удельное сопротивление графена, специального углеродного материала, составляет 1 x 10 -8 Ом-м
- Удельное сопротивление тефлона, используемого в антипригарных сковородах, составляет 1 x 10 25 Ом-м
- Полупроводники имеют удельное сопротивление между проводниками и изоляторами
- Удельное сопротивление материала зависит от температуры. Его можно рассчитать по формуле:
$$ \ rho = \ rho_ {0} [1 + \ alpha (T — T_ {0})] $$
Дополнительная литература
Учебник — Удельное сопротивление
Рабочий лист — Удельное сопротивление проводников
Сопротивление провода — Электроника — Таблицы Basic
Сопротивление провода определяется материалом, длиной и поперечным сечением провода.Вы можете рассчитать сопротивление провода с помощью калькулятора ниже или рассчитать его самостоятельно по формулам.
Формулы
R — это обозначение сопротивления, которое измеряется в омах (Ом).
A — это обозначение площади, которое измеряется в квадратных метрах ( 2 м).
ρ является символом удельного сопротивления и измеряется в ом-метре (Ом⋅м).
l обозначает длину и измеряется в метрах (м).
Калькулятор
Введите три значения для расчета оставшегося.
| материал | удельное сопротивление ρ 10 Ом · м |
|---|---|
| серебро | 15,9 |
| медь | 16,8 |
| алюминий | 26,5 |
| вольфрам | 56 |
| железо | 97,1 |
| платина | 106 |
| манганин | 482 |
| свинец | 220 |
| ртуть | 980 |
| нихром | 1000 |
| константан | 490 |
| AWG | диаметр (дюйм) | диаметр (мм) | площадь (тыс. Мил) | площадь (мм 2 ) | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0000 (4/0) | 0.46 | 11,684 | 211,6 | 107,219 | |||||||
| 000 (3/0) | 0,40964 | 10,4049 | 167.806 | 85,0288 | |||||||
| 00 (2/0) | 0,3648 | 9,26583 | 0,3648 | 9,26583 133,077 | 67,4309 | ||||||
| 0 (1/0) | 0,32486 | 8,25146 | 105,534 | 53,4751 | |||||||
| 1 | 0.2893 | 7,34814 | 83,6927 | 42,4077 | |||||||
| 2 | 0,25763 | 6,54371 | 66,3713 | 33,6308 | |||||||
| 3 | 0,22942 | 0,22942 | 52,6348 4,82734 | 52,6348 | 0,20431 | 5,1894 | 41,7413 | 21,1506 | |||
| 5 | 0,18194 | 4.62129 | 33,1024 | 16,7732 | |||||||
| 6 | 0,16202 | 4,11538 | 26,2514 | 13,3018 | |||||||
| 7 | 0,14429 | 3,66485 | 20,8183 | 10,54887 | 3,26364 | 16,5097 | 8,36556 | ||||
| 9 | 0,11442 | 2, | |||||||||
| 13.0928 | 6,63419 | ||||||||||
| 10 | 0,1019 | 2,58819 | 10,383 | 5,26115 | |||||||
| 11 | 0,09074 | 2,30485 | 8,23411 | 4,17229 | |||||||
| 0,087 | 6,52995 | 3,30877 | |||||||||
| 13 | 0,07196 | 1,82783 | 5,17848 | 2.62398 | |||||||
| 14 | 0,06408 | 1,62773 | 4,10672 | 2,08091 | |||||||
| 15 | 0,05707 | 1,44953 | 3,25678 | 1,65023 | |||||||
| 16 | 0,09 | 1,3087 | |||||||||
| 17 | 0,04526 | 1,14953 | 2,04821 | 1,03784 | |||||||
| 18 | 0.0403 | 1,02369 | 1,6243 | 0,82305 | |||||||
| 19 | 0,03589 | 0, | 1,28813 | 0,65271 | |||||||
| 20 | 0,03196 | 0,81182 | 1,02173 | 0,5870,02846 | 0,72295 | 0,81011 | 0,41049 | ||||
| 22 | 0,02535 | 0.6438 | 0,64245 | 0,32553 | |||||||
| 23 | 0,02257 | 0,57332 | 0,50949 | 0,25816 | |||||||
| 24 | 0,0201 | 0,51056 | 0,40404 | 0,2047803 | 0,45467 | 0,32042 | 0,16236 | ||||
| 26 | 0,01594 | 0,40489 | 0.2541 | 0,12876 | |||||||
| 27 | 0,0142 | 0,36057 | 0.20151 | 0,10211 | |||||||
| 28 | 0,01264 | 0,32109 | 0,15981 | 0,08098 | 0,15981 | 0,08098 | |||||
| 0,29 | 0,12673 | 0,06422 | |||||||||
| 30 | 0,01003 | 0,25464 | 0,1005 | 0.05093 | |||||||
| 31 | 0,00893 | 0,22676 | 0,0797 | 0,04039 | |||||||
| 32 | 0,00795 | 0,20194 | 0,06321 | 0,03203 | |||||||
| 33 | 0,03203 | ||||||||||
| 33 | 0,03 | 0,0254 | |||||||||
| 34 | 0,0063 | 0,16014 | 0,03975 | 0,02014 | |||||||
| 35 | 0.00561 | 0,14261 | 0,03152 | 0,01597 | |||||||
| 36 | 0,005 | 0,127 | 0,025 | 0,01267 | |||||||
| 37 | 0,00445 | 0,1131 | 0,01983 | 0,010080 | 0,00397 | 0,10072 | 0,01572 | 0,00797 | |||
| 39 | 0,00353 | 0.08969 | 0,01247 | 0,00632 | |||||||
| 40 | 0,00314 | 0,07987 | 0,00989 | 0,00501 |
Сопротивление провода, онлайн-калькулятор и формула
Онлайн-калькуляторы и формулы для расчета сопротивления проводов
Расчет сопротивления провода онлайн
На этой странице электрическое сопротивление рассчитывается исходя из длины и поперечного сечения провода.Необходимо знать удельное сопротивление или проводимость материала провода.
Обратите внимание, что сопротивление указанной простой длины рассчитывается. Если вы хотите рассчитать общее сопротивление двухполюсного кабеля, например кабель громкоговорителя, вы должны умножить значение на 2. Общее сопротивление = прямая линия + обратная линия.
Удельные значения проводимости наиболее распространенных кабелей:
Материал
Электропроводность
Медь 56.0 Серебро 62,5 Алюминий 35,0
Для просмотра списка других значений удельного сопротивления и проводимости щелкните здесь.
|
Легенда
\ (\ displaystyle A \) Площадь поперечного сечения (мм 2 )
\ (\ displaystyle l \) Длина провода (м)
\ (\ displaystyle R \) Сопротивление провода
\ (\ Displaystyle S \) Проводимость провода
\ (\ Displaystyle ρ \) Удельное сопротивление
\ (\ Displaystyle σ \) Удельная проводимость
Формулы сопротивления проводов
| Сопротивление провода | \ (\ Displaystyle R = \ гидроразрыва {ρ · l} {A} \) \ (\ displaystyle = \ frac {l} {σ · A} \) |
| Длина провода | \ (\ Displaystyle л = \ гидроразрыва {R · A} {ρ} \) \ (\ Displaystyle = р · А · σ \) |
| Площадь поперечного сечения провода | \ (\ Displaystyle А = \ гидроразрыва {l} {R · σ} \) \ (\ Displaystyle = \ гидроразрыва {л · ρ} {R} \) |
|
Сопротивление и удельное сопротивление | Физика
Цели обучения
К концу этого раздела вы сможете:
- Объясните понятие удельного сопротивления.
- Используйте удельное сопротивление для расчета сопротивления материалов 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 (опять же, как поток 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 изготовлен 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.
| Материал | Удельное сопротивление ρ ( Ом м ) |
|---|---|
| Проводники | |
| Серебро | 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?
СтратегияМы 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].
ОбсуждениеДиаметр чуть меньше десятой миллиметра. Он состоит только из двух цифр, потому что ρ известен только с двумя цифрами.
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 увеличением 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 менее) удельное сопротивление ρ изменяется с изменением температуры Δ T , как выражается 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 измениться, 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 (к трем цифрам на шкале в таблице 2), поэтому его удельное сопротивление незначительно меняется с температурой.Это полезно, например, для создания не зависящего от температуры эталона сопротивления.
| Материал | Коэффициент (1 / ° C) |
|---|---|
| Проводники | |
| Серебро | 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 повышением температуры.Они становятся лучшими проводниками при более высоких температурах, 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 сопротивление вольфрамовой нити в предыдущем примере, если ее температура повышается с комнатной температуры (20ºC) до типичной рабочей температуры 2850ºC?
СтратегияЭто прямое применение 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] .
ОбсуждениеЭто значение соответствует примеру сопротивления фары в Законе Ома: сопротивление и простые цепи.
Исследования PhET: сопротивление в проводеУзнайте 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 — проводники, полупроводники и изоляторы .
- 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 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 сечения — 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 изготовлена 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 сопротивляемость?
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 может не 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 Значения сильно зависят от количества и типа примесей
- 2 значения при 20 ° C.
Глоссарий
- удельное сопротивление:
- внутреннее свойство материала, независимо от его формы или размера, прямо пропорциональное сопротивлению, обозначенное 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%
Калькуляторы сопротивления медного провода, падения напряжения и сечения проводника
AWG означает «Американский калибр проводов» и является стандартизированная система калибра проволоки, используемая в США с 1857 г. для диаметры круглой, цветной, электропроводящей проволоки. Площадь поперечного сечения провода определяет его сопротивление и допустимая нагрузка по току. Чем больше диаметр проволоки, тем меньшее сопротивление он имеет потоку электронов, а тем больше ток его можно носить без перегрева. В таблице ниже перечислены сопротивление медной проволоки для медной проволоки различного калибра. Это должно быть используется в качестве практического правила, поскольку есть и другие факторы, которые влияют на номинальные токи провода, включая температуру окружающей среды, изоляцию ограничение температуры, конвекция воздуха и т. д.Вам следует проконсультироваться с Национальный электротехнический кодекс (NEC) для конкретных рекомендаций.
AWG Размеры и сопротивление проводов| Калибр AWG | Диаметр проводника, дюймы | Диаметр проводника мм | Ом на 1000 футов | ||
| 0000 | 0.46 | 11,684 | 0,049 | ||
| 000 | 0,4096 | 10,40384 | 0,0618 | ||
| 00 | 0,3648 | 9.26592 | 0,0779 | ||
| 0 | 0,3249 | 8,25246 | 0,0983 | ||
| 1 | 0,2893 | 7.34822 | 0,1239 | ||
| 2 | 0,2576 | 6.54304 | 0,1563 | ||
| 3 | 0,2294 | 5,82676 | 0,197 | ||
| 4 | 0,2043 | 5,18922 | 0,2485 | ||
| 5 | 0,1819 | 4.62026 | 0.3133 | ||
| 6 | 0,162 | 4,1148 | 0,3951 | ||
| 7 | 0,1443 | 3,66522 | 0,4982 | ||
| 8 | 0,1285 | 3,2639 | 0,6282 | ||
| 9 | 0,1144 | 2, | |||
| 0,7921 | |||||
| 10 | 0.1019 | 2,58826 | 0,9989 | ||
| 11 | 0,0907 | 2.30378 | 1,26 | ||
| 12 | 0,0808 | 2,05232 | 1,588 | ||
| 13 | 0,072 | 1,8288 | 2,003 | ||
| 14 | 0,0641 | 1,62814 | 2.525 | ||
| 15 | 0,0571 | 1,45034 | 3,184 | ||
| 16 | 0,0508 | 1,29032 | 4,016 | ||
| 17 | 0,0453 | 1,15062 | 5,064 | ||
| 18 | 0,0403 | 1.02362 | 6,385 | ||
| 19 | 0.0359 | 0, | 8,051 | ||
| 20 | 0,032 | 0,8128 | 10,15 | ||
| 21 | 0,0285 | 0,7239 | 12,8 | ||
| 22 | 0,0254 | 0,64516 | 16,14 | ||
| 23 | 0,0226 | 0,57404 | 20.36 | ||
| 24 | 0,0201 | 0,51054 | 25,67 | ||
| 25 | 0,0179 | 0,45466 | 32,37 | ||
| 26 | 0,0159 | 0,40386 | 40,81 | ||
| 27 | 0,0142 | 0,36068 | 51,47 | ||
| 28 | 0.0126 | 0,32004 | 64,9 | ||
| 29 | 0,0113 | 0,28702 | 81,83 | ||
| 30 | 0,01 | 0,254 | 103,2 | ||
| 31 | 0,0089 | 0,22606 | 130,1 | ||
| 32 | 0,008 | 0,2032 | 164.1 |
В На диаграмме ниже показаны многие из стандартных размеров медных проводов, используемых при проводка дома. Также перечислены общие номинальные значения допустимой нагрузки, но для получения более точной информации о допустимой нагрузке обратитесь к таблицам ниже. рейтинги. На этой иллюстрации показаны относительные размеры обычные калибры проволоки.
Обычные размеры медных проводов
В этой таблице приведены значения силы тока для обычных изолированных дирижеры, включая Romex.Изолированные жилы должны иметь номинал температуры и тип (например, THWN 75ºC), напечатанные на внешней стороне кабель. Затем вы можете следить за таблицей ниже, чтобы узнать, сколько ток можно пропустить через проводник. Этот таблица предполагает не более трех проводов в кабельной канавке или кабеле. или земля (непосредственно закопанная) и зависит от температуры окружающей среды 30ºC (86ºF).
Сечения изолированных проводников
| Размер | Температурный рейтинг проводника | Размер | |||||
| AWG | 60ºC | 75ºC | 90ºC | 60ºC | 75ºC | 90ºC | AWG |
| (140ºF) | (167ºF) | (194ºF) | (140ºF) | (167ºF) | (194ºF) | ||
| Типы | Типы | Типы | Типы | Типы | Типы | ||
| Т TW UF | THW THWN XHHW ИСПОЛЬЗОВАТЬ | RHH THHN XHHW | T TW UF | THW THWN XHHW ИСПОЛЬЗОВАТЬ | RHH THHN XHHW | ||
| 0 | Медь | Алюминий | |||||
| 14 | 20 | 20 | 25 | —- | —- | —- | —- |
| 12 | 25 | 25 | 30 | 20 | 20 | 25 | 12 |
| 10 | 30 | 35 | 40 | 25 | 30 | 35 | 10 |
| 8 | 40 | 50 | 55 | 30 | 40 | 45 | 8 |
| 6 | 55 | 65 | 75 | 40 | 50 | 60 | 6 |
| 4 | 70 | 85 | 95 | 55 | 65 | 75 | 4 |
| 3 | 85 | 100 | 110 | 65 | 75 | 85 | 3 |
| 2 | 95 | 115 | 130 | 75 | 90 | 100 | 2 |
| 1 | 110 | 130 | 150 | 85 | 100 | 115 | 1 |
| 0 | 125 | 150 | 170 | 100 | 120 | 135 | 0 |
| 00 | 145 | 175 | 195 | 115 | 135 | 150 | 00 |
| 000 | 165 | 200 | 225 | 130 | 155 | 175 | 000 |
| 0000 | 195 | 230 | 260 | 150 | 180 | 205 | 0000 |
| 250 | 215 | 255 | 290 | 170 | 205 | 230 | 250 |
| 300 | 240 | 285 | 320 | 190 | 230 | 255 | 300 |
| 350 | 260 | 310 | 350 | 210 | 250 | 280 | 350 |
| 400 | 280 | 335 | 380 | 225 | 270 | 305 | 400 |
| 500 | 320 | 380 | 430 | 260 | 310 | 350 | 500 |
В таблице ниже указано максимальное количество проводников THNN, которые вы можете вставить кабелепровод заданного размера.Коэффициенты коррекции должны использоваться, если в дорожку кабельного ввода помещается более 3 проводов.
Максимальное количество проводников THNN в кабелепроводе
| Размер кабелепровода (дюймы) | ||||||||||||
| AWG | 1/2 | 3/4 | 1 | 1 1/4 | 1 1/2 | 2 | 2 1/2 | 3 | 3 1/2 | 4 | 5 | 6 |
| 14 | 13 | 24 | 39 | 69 | 94 | 154 | ||||||
| 12 | 10 | 18 | 29 | 51 | 70 | 114 | 164 | |||||
| 10 | 6 | 11 | 18 | 32 | 44 | 73 | 104 | 160 | ||||
| 8 | 3 | 5 | 9 | 16 | 22 | 36 | 51 | 51 | 106 | 136 | ||
| 6 | 1 | 4 | 6 | 11 | 15 | 26 | 37 | 37 | 76 | 98 | 154 | |
| 4 | 1 | 2 | 4 | 7 | 9 | 16 | 22 | 22 | 47 | 60 | 94 | 137 |
| 3 | 1 | 1 | 3 | 6 | 8 | 13 | 19 | 29 | 39 | 51 | 80 | 116 |
| 2 | 1 | 1 | 3 | 5 | 7 | 11 | 16 | 25 | 33 | 43 | 67 | 97 |
| 1 | 1 | 1 | 3 | 5 | 8 | 12 | 18 | 25 | 32 | 50 | 72 | |
| 0 | 1 | 1 | 3 | 4 | 7 | 10 | 15 | 21 | 27 | 42 | 61 | |
| 00 | 1 | 1 | 2 | 3 | 6 | 8 | 13 | 17 | 22 | 35 | 51 | |
| 000 | 1 | 1 | 1 | 3 | 5 | 7 | 11 | 14 | 18 | 29 | 42 | |
| 0000 | 1 | 1 | 1 | 2 | 4 | 6 | 9 | 12 | 15 | 24 | 35 | |
| 250 | 1 | 1 | 1 | 3 | 4 | 7 | 10 | 12 | 20 | 28 | ||
| 300 | 1 | 1 | 1 | 3 | 4 | 6 | 8 | 11 | 17 | 24 | ||
| 350 | 1 | 1 | 1 | 2 | 3 | 5 | 7 | 9 | 15 | 21 | ||
| 400 | 1 | 1 | 1 | 3 | 5 | 6 | 8 | 13 | 19 | |||
| 500 | 1 | 1 | 1 | 2 | 4 | 5 | 7 | 11 | 16 | |||
Поправочные коэффициенты амплитуды для более 3 проводов в Дорожка Raceway
| Нет.Проводники | 4–6 | от 7 до 9 | от 10 до 20 | 21–30 | 31-40 |
| Фактор | 0,8 | 0,7 | 0,5 | 0,45 | 0,4 |
Зачем мне нужен провод большего сечения, чтобы пропускать больше тока?
Чем больше размер медного провода, тем меньше сопротивление и, следовательно, больше тока он может проводить без перегрева.Сопротивление мешает к потоку электронов и вызывает падение напряжения на проводе. Вы хотите, чтобы напряжение в вашей проводке не падало, насколько это возможно. потому что они выделяют тепло и расходуют энергию. Калькулятор ниже поможет определить, какое падение напряжения вы получите с учитывая медный провод и связанное с ним сопротивление.
Калькулятор падения напряженияЭтот калькулятор определяет падение напряжения для алюминиевый или медный провод любого калибра.Ты обычно должна быть меньше 3% падение напряжения в данной цепи. Сопротивления проводов равны на основе NEC 2008, таблица 8 при 75 o C. |
Калькулятор падения напряжения Скачать
Следующая таблица Excel представляет собой калькулятор падения напряжения, который немного более продвинутый. Его можно использовать для определения рекомендуемые калибры проводов, максимальные расстояния или максимальная сила тока.
Расчет падения напряжения (.xls, 650 КБ)
Калькулятор сечения заземляющего проводника
Калькулятор потерь кабеляот Electro-Voice
Вот руководство по использованию этого бесплатного программного инструмента. Сначала введите информацию о ваших кабелях, усилителе и громкоговорителях в левой части калькулятора. Вам нужно будет выяснить, какой калибр (или диаметр) проводов в вашем кабеле динамика.Вы можете найти калибр провода на упаковке, на этикетке на катушке с проволокой или, в некоторых случаях, на изоляции. Если вы видите аббревиатуру AWG, это означает American Wire Gauge, и вам следует выбрать «Имперскую» систему единиц из раскрывающегося списка в верхнем левом углу интерфейса. Если калибр провода имеет цифры после десятичной точки, например 2,08, выберите «Метрическая» в качестве системы единиц. Если размер провода указан как IEC Gage, установите флажок IEC, который заменяет раскрывающийся переключатель.
Затем введите информацию о вашем усилителе. Эти характеристики должны быть напечатаны в руководстве пользователя или на листе данных. Убедитесь, что вы ввели правильную выходную мощность и сопротивление нагрузки (Выходная мощность…). Эти два значения всегда указываются парами. Затем введите коэффициент демпфирования усилителя. Затем введите номинальное сопротивление вашего громкоговорителя. Наконец, выберите калибр провода в раскрывающемся переключателе, введите длину кабеля между усилителем и громкоговорителем и введите емкость на единицу длины в пикофарадах.Вы должны найти характеристическую емкость кабеля в документации производителя.
Самая важная информация на правой стороне калькулятора — это чистые потери мощности в кабеле. Это показатель того, какая часть мощности усилителя рассеивается в кабеле, прежде чем она попадет в громкоговоритель. Чем меньше потери мощности, тем больше мощности уходит на создание звука. Для громкоговорителя с сопротивлением 8 Ом, подключенного к 40-футовому кабелю с застежкой-молнией 18 калибра, потеря мощности составляет около ½ дБ, что не является ни слышимым, ни значительным, особенно для усилителя с высокой выходной мощностью.Таким образом, с точки зрения передачи энергии провод 18 калибра подходит для многих домашних применений. Но для более длинных кабелей потери могут быть больше, и вам следует подумать о переходе на кабель большего диаметра.
Еще один результат, который следует отметить, заключается в том, что для многих кабелей частота спада значительно превышает 20 кГц, верхний предел слышимого диапазона частот. Если частота спада ниже 80 кГц, вы можете подумать о замене кабеля на кабель большего диаметра.
Resistivity and Resistance — University Physics Volume 2
Теперь рассмотрим сопротивление провода или компонента. Сопротивление — это мера того, насколько сложно пропустить ток через провод или компонент. Сопротивление зависит от удельного сопротивления. Удельное сопротивление является характеристикой материала, используемого для изготовления провода или другого электрического компонента, тогда как сопротивление является характеристикой провода или компонента.
Чтобы рассчитать сопротивление, рассмотрим участок проводящего провода с площадью поперечного сечения A , длиной L и удельным сопротивлением. Батарея подключается к проводнику, обеспечивая разность потенциалов на нем ((рисунок)).Разность потенциалов создает электрическое поле, пропорциональное плотности тока, согласно.
Величина электрического поля на сегменте проводника равна напряжению, деленному на длину,, а величина плотности тока равна току, деленному на площадь поперечного сечения. Используя эту информацию и вспомнив что электрическое поле пропорционально удельному сопротивлению и плотности тока, мы можем видеть, что напряжение пропорционально току:
Единицей измерения сопротивления является ом,.Для заданного напряжения чем выше сопротивление, тем ниже ток.
Резисторы
Обычным компонентом электронных схем является резистор. Резистор можно использовать для уменьшения протекания тока или обеспечения падения напряжения. (Рисунок) показывает символы, используемые для резистора в принципиальных схемах цепи. Два обычно используемых стандарта для принципиальных схем предоставлены Американским национальным институтом стандартов (ANSI, произносится как «AN-см.») И Международной электротехнической комиссией (IEC).Обе системы обычно используются. Мы используем стандарт ANSI в этом тексте для его визуального распознавания, но отметим, что для более крупных и сложных схем стандарт IEC может иметь более четкое представление, что упрощает чтение.
Обозначения резистора, используемого в принципиальных схемах. (а) символ ANSI; (б) символ IEC.
Зависимость сопротивления материала и формы от формы
Резистор можно смоделировать как цилиндр с площадью поперечного сечения A и длиной L , сделанный из материала с удельным сопротивлением ((Рисунок)).Сопротивление резистора составляет.
Модель резистора в виде однородного цилиндра длиной L и площадью поперечного сечения A . Его сопротивление потоку тока аналогично сопротивлению трубы потоку жидкости. Чем длиннее цилиндр, тем больше его сопротивление. Чем больше его площадь поперечного сечения A , тем меньше его сопротивление.
Наиболее распространенным материалом для изготовления резистора является углерод. Углеродная дорожка намотана на керамический сердечник, к нему прикреплены два медных провода.Второй тип резистора — это металлопленочный резистор, который также имеет керамический сердечник. Дорожка сделана из материала оксида металла, который имеет полупроводниковые свойства, аналогичные углеродным. Опять же, в концы резистора вставляются медные провода. Затем резистор окрашивается и маркируется для идентификации. Резистор имеет четыре цветные полосы, как показано на (Рисунок).
Многие резисторы имеют вид, показанный на рисунке выше. Четыре полосы используются для идентификации резистора. Первые две цветные полосы представляют собой первые две цифры сопротивления резистора.{5} \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ text {Ω} Ошибка пакета inputenc: символ Юникода ± (U + 00B1) начальный текст: … ext {Ω} \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ text {±} Файл завершился при сканировании использования \ text @. Экстренная остановка..
Сопротивление может быть разным. Некоторые керамические изоляторы, например те, которые используются для поддержки линий электропередач, имеют сопротивление или более. Сухой человек может иметь сопротивление руки к ноге, тогда как сопротивление человеческого сердца составляет около.Кусок медного провода большого диаметра длиной в метр может иметь сопротивление, а сверхпроводники вообще не имеют сопротивления при низких температурах. Как мы видели, сопротивление связано с формой объекта и материалом, из которого он состоит.
Плотность тока, сопротивление и электрическое поле для токоведущего провода. Рассчитайте плотность тока, сопротивление и электрическое поле медного провода длиной 5 м и диаметром 2,053 мм (калибр 12), по которому проходит ток с током 0,5 м.
СтратегияМы можем рассчитать плотность тока, сначала найдя площадь поперечного сечения провода, которая есть, и определение плотности тока. Сопротивление можно найти, используя длину провода, площадь и удельное сопротивление меди, где. Удельное сопротивление и плотность тока можно использовать для определения электрического поля.
Решение Сначала мы вычисляем плотность тока:
Сопротивление провода
Наконец, мы можем найти электрическое поле:
Значимость Исходя из этих результатов, неудивительно, что медь используется для проводов, проводящих ток, потому что сопротивление довольно мало.Обратите внимание, что плотность тока и электрическое поле не зависят от длины провода, но напряжение зависит от длины.
Сопротивление объекта также зависит от температуры, поскольку оно прямо пропорционально. Мы знаем, что для цилиндра L и A не сильно изменяются с температурой, R имеет ту же температурную зависимость, что и (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
— это температурная зависимость сопротивления объекта, где — исходное сопротивление (обычно принимается равным, а R — сопротивление после изменения температуры. Цветовой код показывает сопротивление резистора при температуре.
Многие термометры основаны на влиянии температуры на сопротивление ((Рисунок)). Один из наиболее распространенных термометров основан на термисторе, полупроводниковом кристалле 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.
Эти знакомые термометры основаны на автоматическом измерении сопротивления термистора в зависимости от температуры.
Проверьте свои знания Тензодатчик — это электрическое устройство для измерения деформации, как показано ниже. Он состоит из гибкой изолирующей основы, поддерживающей рисунок из проводящей фольги. Сопротивление фольги изменяется по мере растяжения основы. Как меняется сопротивление тензодатчика? Влияет ли тензодатчик на изменение температуры?
Рисунок фольги растягивается по мере растяжения основы, а дорожки фольги становятся длиннее и тоньше.Поскольку сопротивление рассчитывается как, сопротивление увеличивается по мере того, как дорожки из фольги растягиваются. При изменении температуры меняется и удельное сопротивление дорожек фольги, изменяя сопротивление. Один из способов борьбы с этим — использовать два тензодатчика, один используется в качестве эталона, а другой — для измерения деформации. Два тензодатчика поддерживаются при постоянной температуре
Сопротивление коаксиального кабеля Длинные кабели иногда могут действовать как антенны, улавливая электронные шумы, которые являются сигналами от другого оборудования и приборов.Коаксиальные кабели используются во многих случаях, когда требуется устранение этого шума. Например, их можно найти дома через кабельное телевидение или другие аудиовизуальные соединения. Коаксиальные кабели состоят из внутреннего проводника с радиусом, окруженного вторым, внешним концентрическим проводником с радиусом ((Рисунок)). Пространство между ними обычно заполнено изолятором, например полиэтиленовым пластиком. Между двумя проводниками возникает небольшой ток радиальной утечки. Определите сопротивление коаксиального кабеля длиной L .
Коаксиальные кабели состоят из двух концентрических жил, разделенных изоляцией. Они часто используются в кабельном телевидении или других аудиовизуальных средствах связи.
Стратегия Мы не можем использовать уравнение напрямую. Вместо этого мы смотрим на концентрические цилиндрические оболочки толщиной dr и интегрируем.
Решение Сначала мы находим выражение для dR , а затем проинтегрируем от до,
Значение Сопротивление коаксиального кабеля зависит от его длины, внутреннего и внешнего радиусов, а также удельного сопротивления материала, разделяющего два проводника.Поскольку это сопротивление не бесконечно, между двумя проводниками возникает небольшой ток утечки. Этот ток утечки приводит к ослаблению (или ослаблению) сигнала, передаваемого по кабелю.
Проверьте свое понимание Сопротивление между двумя проводниками коаксиального кабеля зависит от удельного сопротивления материала, разделяющего два проводника, длины кабеля и внутреннего и внешнего радиуса двух проводников. Если вы разрабатываете коаксиальный кабель, как сопротивление между двумя проводниками зависит от этих переменных?
Чем больше длина, тем меньше сопротивление.Чем больше удельное сопротивление, тем выше сопротивление. Чем больше разница между внешним радиусом и внутренним радиусом, то есть чем больше соотношение между ними, тем больше сопротивление. Если вы пытаетесь максимизировать сопротивление, выбор значений для этих переменных будет зависеть от приложения. Например, если кабель должен быть гибким, выбор материалов может быть ограничен.
.