Адрес: 105678, г. Москва, Шоссе Энтузиастов, д. 55 (Карта проезда)
Время работы: ПН-ПТ: с 9.00 до 18.00, СБ: с 9.00 до 14.00

Зависимость диаметра провода от силы тока: Зависимость диаметра провода от силы тока

Содержание

Как выбрать сечение кабеля зная ток. Расчет суммарной мощности

Стандартная квартирная электропроводка рассчитывается на максимальный ток потребления при длительной нагрузке 25 ампер (на такую силу тока выбирается и автоматический выключатель , который устанавливается на вводе проводов в квартиру) выполняется медным проводом сечением 4,0 мм 2 , что соответствует диаметру провода 2,26 мм и мощности нагрузки до 6 кВт .

Согласно требований п 7.1.35 ПУЭ сечение медной жилы для квартирной электропроводки должно быть не менее 2,5 мм 2 , что соответствует диаметру проводника 1,8 мм и силе тока нагрузки 16 А. К такой электропроводке можно подключать электроприборы суммарной мощностью до 3,5 кВт.

Что такое сечение провода и как его определить

Чтобы увидеть сечение провода достаточно его перерезать поперек и посмотреть на срез с торца. Площадь среза и есть сечение провода. Чем оно больше, тем большую силу тока может передать провод.

Как видно из формулы, сечение провода легко по его диаметру. Достаточно величину диаметра жилы провода умножить саму на себя и на 0,785. Для сечения многожильного провода нужно вычислить сечение одной жилы и умножить на их количество.

Диаметр проводника можно определить с помощью штангенциркуля с точностью до 0,1 мм или микрометра с точностью до 0,01 мм. Если нет под рукой приборов, то в таком случае выручит обыкновенная линейка .

Выбор сечения


медного провода электропроводки по силе тока

Величина электрического тока обозначается буквой «А » и измеряется в Амперах . При выборе действует простое правило, чем сечение провода больше, тем лучше, по этому округляют результат в большую сторону.

Таблица для выбора сечения и диаметра медного провода в зависимости от силы тока
Максимальный ток, А 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 10,0 16,0
20,0
25,0 32,0 40,0 50,0 63,0
Стандартное сечение, мм 2 0,35 0,35 0,50 0,75 1,0 1,2 2,0 2,5 3,0 4,0 5,0 6,0 8,0 10,0
Диаметр, мм 0,67 0,67 0,80 0,98 1,1 1,2 1,6 1,8 2,0 2,3 2,5 2,7 3,2 3,6

Приведенные мною данные в таблице основаны на личном опыте и гарантируют надежную работу электропроводки при самых неблагоприятных условиях ее прокладки и эксплуатации. При выборе сечения провода по величине тока не имеет значение, переменный это ток или постоянный. Не имеют значения также величина и частота напряжения в электропроводке, это может быть бортовая сеть автомобиля постоянного тока на 12 В или 24 В, летательного аппарата на 115 В частотой 400 Гц, электропроводка 220 В или 380 В частотой 50 Гц, высоковольтная линия электропередачи на 10000 В.

Если не известен ток потребления электроприбором, но известны напряжение питания и мощность, то рассчитать ток можно с помощью приведенного ниже онлайн калькулятора.

Следует отметить, что на частотах более 100 Гц в проводах при протекании электрического тока начинает проявляться скин-эффект, заключающийся в том, что с увеличением частоты ток начинает «прижиматься» к внешней поверхности провода и фактическое сечение провода уменьшается. Поэтому выбор сечения провода для высокочастотных цепей выполняется по другим законам.

Определение нагрузочной способности электропроводки 220 В


выполненной из алюминиевого провода

В давно построенных домах электропроводка, как правило, выполнена из алюминиевых проводов. Если соединения в распределительных коробках выполнены правильно, срок службы алюминиевой проводки может составлять и сто лет. Ведь алюминий практически не окисляется, и срок службы электропроводки будет определяться только сроком службы пластмассовой изоляции и надежностью контактов в местах присоединения.

В случае подключения дополнительных энергоемких электроприборов в квартире с алюминиевой электропроводкой необходимо определить по сечению или диаметру жил проводов способность ее выдержать дополнительную мощность. По приведенной ниже таблице это легко сделать.

Если у Вас проводка в квартире выполнена из алюминиевых проводов и возникла необходимость подключить вновь установленную розетку в распределительной коробке медными проводами, то такое соединение выполняется в соответствии с рекомендациями статьи Соединение алюминиевых проводов .

Расчет сечения провода электропроводки


по мощности подключаемых электроприборов

Для выбора сечения жил провода кабеля при прокладке электропроводки в квартире или доме нужно проанализировать парк имеющихся электробытовых приборов с точки зрения одновременного их использования.

В таблице представлен перечень популярных бытовых электроприборов с указанием потребляемого тока в зависимости от мощности. Вы можете узнать потребляемую мощность своих моделей самостоятельно из этикеток на самих изделиях или паспортам, часто параметры указывают на упаковке.

В случае если сила потребляемого тока электроприбором не известна, то ее можно измерять с помощью амперметра .

Таблица потребляемой мощности и силы тока бытовыми электроприборами


при напряжении питания 220 В

Обычно мощность потребления электроприборов указывается на корпусе в ваттах (Вт или VA) или киловаттах (кВт или кVA). 1 кВт=1000 Вт.

Таблица потребляемой мощности и силы тока бытовыми электроприборами
Бытовой электроприбор Потребляемая мощность, кВт (кBA) Потребляемая сила тока, А Режим потребления тока
Лампочка накаливания 0,06 – 0,25 0,3 – 1,2 Постоянно
Электрочайник 1,0 – 2,0 5 – 9 До 5 минут
Электроплита 1,0 – 6,0 5 – 60 Зависит от режима работы
Микроволновая печь 1,5 – 2,2 7 – 10 Периодически
Электромясорубка 1,5 – 2,2 7 – 10 Зависит от режима работы
Тостер 0,5 – 1,5 2 – 7 Постоянно
Гриль 1,2 – 2,0 7 – 9 Постоянно
Кофемолка 0,5 – 1,5 2 – 8 Зависит от режима работы
Кофеварка 0,5 – 1,5 2 – 8 Постоянно
Электродуховка 1,0 – 2,0 5 – 9 Зависит от режима работы
Посудомоечная машина 1,0 – 2,0 5 – 9
Стиральная машина 1,2 – 2,0 6 – 9 Максимальный с момента включения до нагрева воды
Сушильная машина 2,0 – 3,0 9 – 13 Постоянно
Утюг 1,2 – 2,0 6 – 9 Периодически
Пылесос 0,8 – 2,0 4 – 9 Зависит от режима работы
Обогреватель 0,5 – 3,0 2 – 13 Зависит от режима работы
Фен для волос 0,5 – 1,5 2 – 8 Зависит от режима работы
Кондиционер 1,0 – 3,0 5 – 13 Зависит от режима работы
Стационарный компьютер 0,3 – 0,8 1 – 3 Зависит от режима работы
Электроинструмент (дрель, лобзик и т. п.) 0,5 – 2,5 2 – 13 Зависит от режима работы

Ток потребляют еще холодильник, осветительные приборы, радиотелефон, зарядные устройства, телевизор в дежурном состоянии. Но в сумме эта мощность составляет не более 100 Вт и при расчетах ее можно не учитывать.

Если Вы включите все имеющиеся в доме электроприборы одновременно, то необходимо будет выбрать сечение провода, способное пропустить ток 160 А. Провод понадобится толщиной в палец! Но такой случай маловероятен. Трудно представить, что кто-то способен одновременно молоть мясо, гладить утюгом, пылесосить и сушить волосы.

Пример расчета. Вы встали утром, включили электрочайник, микроволновую печь, тостер и кофеварку. Потребляемый ток соответственно составит 7 А + 8 А + 3 А + 4 А = 22 А. С учетом включенного освещения, холодильника и в дополнение, например, телевизора, потребляемый ток может достигнуть 25 А.


для сети 220 В

Выбрать сечение провода можно не только по силе тока но и по величине потребляемой мощности.

Для этого нужно составить перечень всех планируемых для подключения к данному участку электропроводки электроприборов, определить, какую мощность потребляет каждый из них по отдельности. Далее сложить полученные данные и воспользоваться ниже приведенной таблицей.


для сети 220 В
Мощность электроприбора, кВт (кBA) 0,1 0,3 0,5 0,7 0,9 1,0 1,2 1,5 1,8 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 6,0
Стандартное сечение, мм 2 0,35 0,35 0,35 0,5 0,75 0,75 1,0 1,2 1,5 1,5 2,0 2,5 2,5 3,0 4,0 4,0
5,0
Диаметр, мм 0,67 0,67 0,67 0,5 0,98 0,98 1,13 1,24 1,38 1,38 1,6 1,78 1,78 1,95 2,26 2,26 2,52

Если имеется несколько электроприборов и для некоторых известен ток потребления, а для других мощность, то нужно определить из таблиц сечение провода для каждого из них, а затем полученные результаты сложить.

Выбор сечения медного провода по мощности


для с бортовой сети автомобиля 12 В

Если при подключении к бортовой сети автомобиля дополнительного оборудования известна только его мощность потребления, то определить сечение дополнительной электропроводки можно с помощью ниже приведенной таблицы.

Таблица выбора сечения и диаметра медного провода по мощности
для бортовой сети автомобиля 12 В
Мощность электроприбора, ватт (BA) 10 30 50 80 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200
Стандартное сечение, мм 2 0,35 0,5 0,75 1,2 1,5 3,0 4,0 6,0 8,0 8,0 10 10 10 16 16 16
Диаметр, мм 0,67 0,5 0,8 1,24 1,38 1,95 2,26 2,76 3,19 3,19 3,57 3,57 3,57 4,51 4,51 4,51

Выбор сечения провода для подключения электроприборов


к трехфазной сети 380 В

При работе электроприборов, например, электродвигателя, подключенных к трехфазной сети, потребляемый ток протекает уже не по двум проводам, а по трем и, следовательно, величина протекающего тока в каждом отдельном проводе несколько меньше. Это позволяет использовать для подключения электроприборов к трехфазной сети провод меньшего сечения.

Для подключения электроприборов к трехфазной сети напряжением 380 В, например электродвигателя, сечение провода для каждой фазы берется в 1,75 раза меньше, чем для подключения к однофазной сети 220 В.

Внимание , при выборе сечения провода для подключения электродвигателя по мощности следует учесть, что на шильдике электродвигателя указывается максимальная механическая мощность, которую двигатель может создать на валу, а не потребляемая электрическая мощность. Потребляемая электрическая мощность электродвигателем с, учетом КПД и сos φ приблизительно в два раза больше, чем создаваемая на валу, что необходимо учитывать при выборе сечения провода исходя из мощности двигателя, указанной в табличке.

Например, нужно подключить электродвигатель потребляющий мощность от сети 2,0 кВт. Суммарный ток потребления электродвигателем такой мощности по трем фазам составляет 5,2 А. По таблице получается, что нужен провод сечением 1,0 мм 2 , с учетом вышеизложенного 1,0 / 1,75 = 0,5 мм 2 . Следовательно, для подключения электродвигателя мощностью 2,0 кВт к трехфазной сети 380 В понадобится медный трехжильный кабель с сечением каждой жилы 0,5 мм 2 .


Гораздо проще выбрать сечение провода для подключения трехфазного двигателя, исходя из величины тока его потребления, который всегда указывается на шильдике. Например, в шильдике приведенном на фотографии, ток потребления двигателя мощностью 0,25 кВт по каждой фазе при напряжении питания 220 В (обмотки двигателя подключены по схеме «треугольник») составляет 1,2 А, а при напряжении 380 В (обмотки двигателя подключены по схеме «звезда») всего 0,7 А. Взяв силу тока, указанную на шильдике, по таблице для выбора сечения провода для квартирной электропроводки выбираем провод сечением 0,35 мм 2 при подключении обмоток электродвигателя по схеме «треугольник» или 0,15 мм 2 при подключении по схеме «звезда».

О выборе марки кабеля для домашней электропроводки

Делать квартирную электропроводку из алюминиевых проводов на первый взгляд кажется дешевле, но эксплуатационные расходы из-за низкой надежности контактов со временем многократно превысят затраты на электропроводку из меди. Рекомендую делать проводку исключительно из медных проводов! Алюминиевые провода незаменимы при прокладке воздушной электропроводки, так как они легкие и дешевые и при правильном соединении служат надежно продолжительное время.

А какой провод лучше использовать при монтаже электропроводки, одножильный или многожильный? С точки зрения способности проводить ток на единицу сечения и монтажа, одножильный лучше. Так что для домашней электропроводки нужно использовать только одножильный провод. Многожильный допускает многократные изгибы, и чем тоньше в нем проводники, тем он более гибкий и долговечнее. Поэтому многожильный провод применяют для подключения к электросети нестационарных электроприборов, таких как электрофен, электробритва, электроутюг и все остальных.

После принятия решения по сечению провода встает вопрос о марке кабеля для электропроводки. Тут выбор не велик и представлен всего несколькими марками кабелей: ПУНП, ВВГнг и NYM.

Кабель ПУНП с 1990 года, в соответствии с решением Главгосэнергонадзора «О запрете применения проводов типа АПВН, ППБН, ПЕН, ПУНП и др. , выпускаемых по ТУ 16-505. 610-74 вместо проводов АПВ, АППВ, ПВ и ППВ по ГОСТ 6323-79*» к применению запрещен.

Кабель ВВГ и ВВГнг – медные провода в двойной поливинилхлоридной изоляции, плоской формы. Предназначен для работы при температуре окружающей среды от −50°С до +50°С, для выполнения проводки внутри зданий, на открытом воздухе, в земле при прокладке в тубах. Срок службы до 30 лет. Буквы «нг» в обозначении марки говорят о негорючести изоляции провода. Выпускаются двух-, трех- и четырехжильные с сечением жил от 1,5 до 35,0 мм 2 . Если в обозначении кабеля перед ВВГ стоит буква А (АВВГ), то жилы в проводе алюминиевые.

Кабель NYM (его российский аналог — кабель ВВГ), с медными жилами, круглой формы, с негорючей изоляцией, соответствует немецкому стандарту VDE 0250. Технические характеристики и область применения, практически одинаковые с кабелем ВВГ. Выпускаются двух-, трех- и четырехжильные с сечением жил от 1,5 до 4,0 мм 2 .

Как видите, выбор для прокладки электропроводки не велик и определяется в зависимости от того, какой формы кабель более подходит для монтажа, круглой или плоской. Кабель круглой формы удобнее прокладывается через стены, особенно если делается ввод с улицы в помещение. Понадобится просверлить отверстие чуть больше диаметра кабеля, а при большей толщине стены это становится актуальным. Для внутренней проводки удобнее применять плоский кабель ВВГ.

Параллельное соединение проводов электропроводки

Бывают безвыходные ситуации, когда срочно нужно проложить проводку, а провода требуемого сечения в наличии нет. В таком случае, если есть провод меньшего, чем необходимо, сечения, то можно проводку сделать из двух и более проводов, соединив их параллельно. Главное, чтобы сумма сечений каждого из них была не меньше расчетной.

Например, есть три провода сечением 2, 3 и 5 мм 2 , а нужен по расчетам 10 мм 2 . Соединяете их все параллельно, и проводка будет выдерживать ток до 50 ампер. Да Вы и сами многократно видели параллельное соединение большего количества тонких проводников для передачи больших токов. Например, для сварки используется ток до 150 А и для того, чтобы сварщик мог управлять электродом, нужен гибкий провод. Его и делают из сотен параллельно соединенных тонких медных проволочек. В автомобиле аккумулятор к бортовой сети тоже подключают с помощью такого же гибкого многожильного провода, так как во время пуска двигателя стартер потребляет от аккумулятора ток до 100 А. А при установке и снятии аккумулятора необходимо провода отводить в сторону, то есть провод должен быть достаточно гибким.

Способ увеличения сечения электропровода путем параллельного соединения нескольких проводов разного диаметра можно использовать только в крайнем случае. При прокладке домашней электропроводки допустимо соединять параллельно только провода одинакового сечения, взятые из одной бухты.

Онлайн калькуляторы для вычисления сечения и диаметра провода

С помощью онлайн калькулятора, представленного ниже можно решить обратную задачу – определить по сечению диаметр проводника.

Как вычислить сечение многожильного провода

Многожильный провод, или как его называют еще многопроволочный или гибкий, представляет собой свитые вместе одножильные проволочки. Для вычисления сечения многожильного провода нужно сначала вычислить сечение одной проволочки, а затем полученный результат умножить на их число.


Рассмотрим пример. Есть многожильный гибкий провод, в котором 15 жил диаметром 0,5 мм. Сечение одной жилы равно 0,5 мм×0,5 мм×0,785 = 0,19625 мм 2 , после округления получим 0,2 мм 2 . Так как у нас в проводе 15 проволочек, то для определения сечения кабеля нужно перемножить эти числа. 0,2 мм 2 ×15=3 мм 2 . Осталось по таблице определить, что такой многожильный провод выдержит ток 20 А.

Можно оценить нагрузочную способность многожильного провода без замера диаметра отдельного проводника, измеряв общий диаметр всех свитых проволочек. Но так как проволочки круглые, то между ними находятся воздушные зазоры. Для исключения площади зазоров нужно полученный по формуле результат сечения провода умножить на коэффициент 0,91. При замере диаметра надо проследить, чтобы многожильный провод не сплющился.

Рассмотрим на примере. В результате измерений многожильный провод имеет диаметр 2,0 мм. Рассчитаем его сечение: 2,0 мм×2,0 мм×0,785×0,91 = 2,9 мм 2 . По таблице (смотри ниже) определяем, что данный многожильный провод выдержит ток величиной до 20 А.

Правильный подбор электрического кабеля важен для того чтобы обеспечить достаточный уровень безопасности, экономически эффективно использовать кабель и полноценно применить все возможности кабеля. Грамотно рассчитанное сечение должно быть способно постоянно работать под полной нагрузкой, без повреждений, выдерживать короткие замыкания в сети, обеспечивать нагрузку с соответствующим напряжением тока (без чрезмерного падения напряжения тока) и обеспечивать работоспособность защитных приспособлений во время недостатка заземления. Именно поэтому производится скрупулёзный и точный расчёт сечения кабеля по мощности, что сегодня можно сделать при помощи нашего онлайн-калькулятора достаточно быстро.

Вычисления делаются индивидуально по формуле расчёта сечения кабеля отдельно для каждого силового кабеля, для которого нужно подобрать определённое сечение, или для группы кабелей со схожими характеристиками. Все методы определения размеров кабеля в той или иной степени следуют основным 6 пунктам:

  • Сбор данных о кабеле, условиях его установки, нагрузки, которую он будет нести, и т. д
  • Определение минимального размера кабеля на основе расчёта силы тока
  • Определение минимального размера кабеля основанные на рассмотрении падения напряжения тока
  • Определение минимального размера кабеля на основе повышении температуры короткого замыкания
  • Определение минимального размера кабеля на основе импеданса петли при недостатке заземления
  • Выбор кабеля самых больших размеров на основе расчётов пунктов 2, 3, 4 и 5

Онлайн калькулятор расчета сечения кабеля по мощности

Чтобы применить онлайн калькулятор расчёта сечения кабеля необходимо произвести сбор информации, необходимой для выполнения расчёта размеров. Как правило, необходимо получить следующие данные:

  • Детальную характеристику нагрузки, которую будет поставлять кабель
  • Назначение кабеля: для трёхфазного, однофазного или постоянного тока
  • Напряжение тока системы и (или) источника
  • Полный ток нагрузки в кВт
  • Полный коэффициент мощности нагрузки
  • Пусковой коэффициент мощности
  • Длина кабеля от источника к нагрузке
  • Конструкция кабеля
  • Метод прокладки кабеля

Таблицы сечения медного и алюминиевого кабеля


Таблица сечения медного кабеля
Таблица сечения алюминиевого кабеля

При определении большинства параметров расчётов пригодится таблица расчёта сечения кабеля, представленная на нашем сайте. Так как основные параметры рассчитываются на основании потребности потребителя тока все исходные могут быть достаточно легко посчитаны. Однако так же важную роль влияет марка кабеля и провода, а также понимание конструкции кабеля.

Основными характеристиками конструкции кабеля являются:

  • Материал-проводника
  • Форма проводника
  • Тип проводника
  • Покрытие поверхности проводника
  • Тип изоляции
  • Количество жил

Ток, протекающий через кабель создаёт тепло за счёт потерь в проводниках, потерь в диэлектрике за счёт теплоизоляции и резистивных потерь от тока. Именно поэтому самым основным является расчёт нагрузки, который учитывает все особенности подвода силового кабеля, в том числе и тепловые. Части, которые составляют кабель (например, проводники, изоляция, оболочка, броня и т. д.), должны быть способны выдержать повышение температуры и тепло, исходящее от кабеля.

Пропускная способность кабеля — это максимальный ток, который может непрерывно протекать через кабель без повреждения изоляции кабеля и других компонентов. Именно этот параметр и является результатом при расчёте нагрузки, для определения общего сечения.

Кабели с более большими зонами поперечного сечения проводника имеют более низкие потери сопротивления и могут рассеять тепло лучше, чем более тонкие кабели. Поэтому кабель с 16 мм2 сечения будет иметь большую пропускную способность тока, чем 4 мм2 кабель.

Однако такая разница в сечении — это огромная разница в стоимости, особенно когда дело касается медной проводки. Именно поэтому следует произвести очень точный расчёт сечения провода по мощности, чтобы его подвод был экономически целесообразным.

Для систем переменного тока обычно используется метод расчёта перепадов напряжения на основе коэффициента мощности нагрузки. Как правило, используются полные токи нагрузки, но если нагрузка была высокой при запуске (например, двигателя), то падение напряжения на основе пускового тока (мощность и коэффициент мощности, если это применимо), должны также быть просчитаны и учтены, так как низкое напряжение так же является причиной выхода из строя дорогостоящего оборудования, несмотря на современные уровни его защиты.

Видео-обзоры по выбору сечения кабеля

Воспользуйтесь другими онлайн калькуляторами.

Вид электрического тока

Вид тока зависит от системы электроснабжения и подключаемого оборудования.

Выберите вид тока : Выбрать Переменный ток Постоянный ток

Материал проводников кабеля

Материал проводников определяет технико-экономические показатели кабельной линии.

Выберите материал проводников:

Выбрать Медь (Cu) Алюминий (Al)

Суммарная мощность подключаемой нагрузки

Мощность нагрузки для кабеля определяется как сумма потребляемых мощностей всех электроприборов, подключаемых к этому кабелю.

Введите мощность нагрузки: кВт

Номинальное напряжение

Введите напряжение: В

Только для переменного тока

Система электроснабжения: Выбрать Однофазная Трехфазная

Коэффициент мощности cosφ определяет отношение активной энергии к полной. Для мощных потребителей значение указано в паспорте устройства. Для бытовых потребителей cosφ принимают равным 1.

Коэффициент мощности cosφ:

Способ прокладки кабеля

Способ прокладки определяет условия теплоотвода и влияет на максимальную допустимую нагрузку на кабель.

Выберите способ прокладки:

Выбрать Открытая проводка Скрытая проводка

Количество нагруженных проводов в пучке

Для постоянного тока нагруженными считаются все провода, для переменного однофазного — фазный и нулевой, для переменного трехфазного — только фазные.

Выберите количество проводов:

Выбрать Два провода в раздельной изоляции Три провода в раздельной изоляции Четыре провода в раздельной изоляции Два провода в общей изоляции Три провода в общей изоляции

Минимальное сечение кабеля: 0

Кабель с рассчитанным сечением не будет перегреваться при заданной нагрузке. Для окончательного выбора сечения кабеля необходимо проверить падение напряжения на токонесущих жилах кабельной линии.

Длина кабеля

Введите длину кабеля: м

Допустимое падение напряжения на нагрузке

Введите допустимое падение: %

Минимальное сечение кабеля с учетом длины: 0

Рассчитанное значение сечения кабеля является ориентировочным и не может использоваться в проектах систем электроснабжения без профессиональной оценки и обоснования в соответствии с нормативными документами!

Таблица сечения кабеля по мощности и току

Сечение

Медные жилы проводов и кабелей

Токопроводящие жилы

Напряжение 220В Напряжение 380В

мм. кв.

Мощность, кВт

Мощность, кВт

Сечение

Алюминиевые жилы, проводов и кабелей

токопроводящие жилы

Напряжение, 220В Напряжение, 380В

мм. кв.

ток, А

Мощность, кВт

Ток, А

Мощность, кВт

Для чего нужен расчет сечения?

Электрические кабели и провода – основа энергетической системы, если они подобраны неправильно, это сулит множество неприятностей. Делая ремонт в доме или квартире, а особенно при возведении новой конструкции, уделите должное внимание схеме проводки и выбору корректного сечения кабеля для питания мощности, которая в процессе эксплуатации может возрастать.

Специалисты нашей компании при монтаже стабилизаторов напряжения и систем резервного электропитания сталкиваются с халатным отношением электриков и строителей к организации проводки в частных домах, в квартирах и на промышленных объектах. Плохая проводка может быть не только в тех помещениях, где длительное время не было капитального ремонта, а также когда дом проектировался одним владельцем под однофазную сеть, а новый владелец решил «завести» трехфазную сеть, но уже не имел возможности подключить нагрузку равномерно к каждой из фаз. Нередко провод сомнительного качества и недостаточного сечения встречается в тех случаях, когда строительный подрядчик решил сэкономить на стоимости провода, а также возможны любые другие ситуации, когда рекомендуется делать энергоаудит.

Современный набор бытовых приборов требует индивидуального подхода для расчета сечения кабеля, поэтому нашими инженерами был разработан этот онлайн калькулятор по расчету сечения кабеля по мощности и току. Проектируя свой дом или выбирая стабилизатор напряжения, вы всегда можете проверить, какое сечение кабеля требуется для этой задачи. Все что от вас требуется, это внести корректные значения соответствующие вашей ситуации.

Обращаем ваше внимание, что недостаточное сечение кабеля ведет к перегреванию провода, тем самым существенно повышая возможность возникновения короткого замыкания в электрической сети, выходу из строя подключенного оборудования и возникновению пожара. Качество силовых кабелей и корректность выбора их сечения гарантирует долгие годы службы и безопасность эксплуатации.

Расчет сечения кабеля для постоянного тока

Данный калькулятор хорош также тем, что позволяет корректно рассчитать сечение кабеля для сетей постоянного тока. Это особенно актуально для систем резервного питания на основе мощных инверторов, где применяются аккумуляторы большой емкости, а разрядный постоянный ток может достигать 150 Ампер и более. В таких ситуациях учитывать сечение провода для постоянного тока крайне важно, поскольку при заряде аккумуляторов важна высокая точность напряжения, а при недостаточном сечении кабеля могут возникать ощутимые потери и, соответственно, аккумулятор будет получать недостаточный уровень напряжения заряда постоянного тока. Подобная ситуация может послужить ощутимым фактором сокращения срока службы батареи.

Каждый мастер желает знать… как рассчитать сечение кабеля для той или иной нагрузки. С этим приходится сталкиваться при проведении проводки в доме или гараже, даже при подключении станков — нужно быть уверенным, что выбранный сетевой шнур не задымится при включении станка…

Я решил создать калькулятор расчета сечения кабеля по мощности, т.е. калькулятор считает потребляемый ток, а затем определяет требуемое сечение провода, а также рекомендует ближайший по значению автоматический выключатель.

Силовые кабели ГОСТ 31996-2012

Расчет сечения кабеля по мощности производится в соответствии с таблицами нормативного документа ГОСТ 31996-2012 «Кабели силовые с пластмассовой изоляцией». При этом сечение указывается с запасом по току во избежания нагрева и возгорания провода, работающего на максимальном токе. А также я ввел коэффициент 10%, т.е. к максимальному току добавляется еще 10% для спокойной работы кабеля 🙂

Например, берем мощность нагрузки 7000 Вт при напряжении 250 Вольт, получаем ток 30.8 Ампер (добавив про запас 10%), будем использовать медный одножильный провод с прокладкой по воздуху, в результате получим сечение: 4 кв.мм., т.е. кабель с максимальным током 39 Ампер. Кабель сечением 2.5 кв.мм. на ток 30 Ампер использовать не рекомендуется, т.к. провод будет эксплуатироваться на максимально допустимых значениях силы тока, что может привести к нагреву провода с последующим разрушением электро изоляции.

Таблица сечения кабеля по току и мощности для медного провода

Ознакомьтесь также с этими статьями

Сечение жилы мм 2 Для кабеля 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

Данные в таблицах приведены для ОТКРЫТОЙ проводки!!!

Таблица сечения алюминиевого провода по потребляемой мощности и силе тока

Сечение жилы мм 2 Для кабеля 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

Калькулятор расчета сечения кабеля


Онлайн калькулятор предназначен для расчета сечения кабеля по мощности.

Вы можете выбрать требуемые электроприборы, отметив их галочкой, для автоматического определения их мощности, либо ввести мощность в ватах (не в киловатах!) в поле ниже, затем выбрать остальные данные: напряжение сети, металл проводника, тип кабеля, где прокладывается и калькулятор произведет расчет сечения провода по мощности и подскажет какой автоматический выключатель поставить.

Надеюсь, мой калькулятор поможет многим мастерам.


Расчет сечения кабеля по мощности:

Требуемая мощность (выберите потребителей из таблицы):

Для того чтобы правильно проложить электропроводку, обеспечить бесперебойную работу всей электросистемы и исключить риск возникновения пожара, необходимо перед закупкой кабеля осуществить расчет нагрузок на кабель для определения необходимого сечения.

Существует несколько видов нагрузок, и для максимально качественного монтажа электросистемы необходимо производить расчет нагрузок на кабель по всем показателям. Сечение кабеля определяется по нагрузке, мощности, току и напряжению.

Расчет сечения по мощности

Для того чтобы произвести , необходимо сложить все показатели электрооборудования, работающего в квартире. Расчет электрических нагрузок на кабель осуществляется только после этой операции.

Расчет сечения кабеля по напряжению

Расчет электрических нагрузок на провод обязательно включает в себя . Существует несколько видов электрической сети — однофазная на 220 вольт, а также трехфазная — на 380 вольт. В квартирах и жилых помещениях, как правило, используется однофазная сеть, поэтому в процессе расчета необходимо учитывать данный момент — в таблицах для расчета сечения обязательно указывается напряжение.

Расчет сечения кабеля по нагрузке

Таблица 1. Установленная мощность (кВт) для кабелей, прокладываемых открыто

Сечение жил, мм 2 Кабели с медными жилами Кабели с алюминиевыми жилами
220 В 380 В 220 В 380 В
0,5 2,4
0,75 3,3
1 3,7 6,4
1,5 5 8,7
2 5,7 9,8 4,6 7,9
2,5 6,6 11 5,2 9,1
4 9 15 7 12
5 11 19 8,5 14
10 17 30 13 22
16 22 38 16 28
25 30 53 23 39
35 37 64 28 49

Таблица 2. Установленная мощность (кВт) для кабелей, прокладываемых в штробе или трубе

Сечение жил, мм 2 Кабели с медными жилами Кабели с алюминиевыми жилами
220 В 380 В 220 В 380 В
0,5
0,75
1 3 5,3
1,5 3,3 5,7
2 4,1 7,2 3 5,3
2,5 4,6 7,9 3,5 6
4 5,9 10 4,6 7,9
5 7,4 12 5,7 9,8
10 11 19 8,3 14
16 17 30 12 20
25 22 38 14 24
35 29 51 16

Каждый электроприбор, установленный в доме, имеет определенную мощность — данный показатель указывается на шильдиках приборов или в техническом паспорте оборудования. Чтобы осуществить , необходимо подсчитать общую мощность. Производя расчет сечения кабеля по нагрузке, необходимо переписать все электрооборудование, а также нужно продумать, какое оборудование может добавиться в будущем. Поскольку монтаж производится на долгий срок, необходимо позаботиться о данном вопросе, чтобы резкое увеличение нагрузки не привело к аварийной ситуации.

Например, у вас получилась сумма общего напряжения 15 000 Вт. Поскольку в подавляющем большинстве жилых помещений напряжение составляет 220 В, мы рассчитаем систему электроснабжения с учетом однофазной нагрузки.

Далее необходимо продумать, какое количество оборудования может работать одновременно. В итоге у вас получится значительная цифра: 15 000 (Вт) х 0,7 (коэффициент одновременности 70 %) = 10 500 Вт (или 10,5 кВт) — на эту нагрузку должен быть рассчитан кабель.

Также вам необходимо определить, из какого материала будут выполнены жилы кабеля, поскольку разные металлы имеют разные проводящие свойства. В жилых помещениях в основном используют медный кабель, поскольку его проводящие свойства намного превышают показатели алюминия.

Стоит учитывать, что кабель обязательно должен иметь три жилы, поскольку в помещениях для системы электроснабжения требуется заземление. Кроме того, необходимо определить, какой вид монтажа вы будете использовать — открытый или скрытый (под штукатуркой или в трубах), поскольку от этого также зависит расчет сечения кабеля. После того как вы определились с нагрузкой, материалом жилы и видом монтажа, вы можете посмотреть нужное сечение кабеля в таблице.

Расчет сечения кабеля по току

Сначала необходимо осуществить расчет электрических нагрузок на кабель и выяснить мощность. Допустим, что мощность получилась 4,75 кВт, мы решили использовать медный кабель (провод) и прокладывать его в кабель-канале. производится по формуле I = W/U, где W — мощность, а U — напряжение, которое составляет 220 В. В соответствии с данной формулой, 4750/220 = 21,6 А. Далее смотрим по таблице 3, у нас получается 2,5 мм.

Таблица 3. Допустимые токовые нагрузки для кабеля с медными жилами прокладываемого скрыто

Сечение жил, мм Медные жилы, провода и кабели
Напряжение 220 В Напряжение 380 В
1,5 19 16
2,5 27 25
4 38 30
6 46 40
10 70 50
16 85 75
25 115 90
35 135 115
50 175 145
70 215 180
95 260 220
120 300 260

по мощности, силе тока, длине

В зависимости от потребляемой мощности оборудования, рассчитывается сечение кабеля, которое зависит от силы тока, напряжения и длине самого кабеля. Производители кабельной продукции предлагают рынку богатый ассортимент, разобраться в котором и выбрать то, что нужно не просто.

От правильного выбора зависит не только его стоимость, но и электробезопасность при эксплуатации электрооборудования. Если сечение кабеля рассчитано неправильно и оно значительно ниже требуемого, то это может привести к перегреву изоляции, короткому замыканию и возможному возгоранию, что приведет к пожару.

Затраты на устранение последствий от такой ситуации несоизмеримы с теми, которые нужны чтобы выполнить грамотный расчет проводки, даже с привлечением специалиста.

В этой статье предлагается простая методика расчета сечения проводника, которая окажет методическую помощь, желающим самим правильно рассчитать и смонтировать кабельную проводку.

Содержание статьи

Расчет по мощности электроприборов

Любой кабель или провод, в зависимости от материала из которого он изготовлен, может выдержать определенную (номинальную) силу тока, а она имеет прямую зависимость от его сечения и длины. Определить общую потребляемую мощность всех установленных приборов не сложно. Для этого составляется перечень всего оборудования с указанием потребляемой мощности каждой единицы. Все указанные значения суммируются.

Этот расчет выполняется по следующей формуле:
Pобщ = (P1+P2+P3+…+Pn)×0.8

Где:

  • Pобщ – общая сумма всех нагрузок.
  • (P1+P2+P3+…+Pn) – потребляемая мощность каждого оборудования.
  • 0,8 – это поправочный коэффициент, который характеризует степень загрузки всех приборов. Обычно приборы редко когда используются одновременно. Такие, как фен, пылесос или электрокамин, используются довольно редко

Полученная сумма будет использоваться для дальнейшего расчета.

Таблицы, по которым выбирается сечение кабеля

Расчет для алюминиевого проводаРасчет для медного провода

Выбрать нужное сечение по данным таблицы не так, сложно. По установленной мощности, величине напряжения и тока, выбирается размер сечения кабеля для закрытой и открытой проводки. Так же подбирается и материал, из которого изготовлен кабель.

На примере это будет выглядеть так: допустим общая потребляемая мощность электроэнергии в доме составила 13 кВт. Если это значение умножить на поправочный коэффициент 0.8, то номинальная потребляемая мощность составит 10.4 кВт. По таблице выбирается близкая по значению величина мощности. В данном случае для однофазной сети будет число 10.1 кВт, а для трехфазной 10.5 кВт. Для этих значений потребляемой мощности, выбирается сечение 6 мм2 и 1.5 мм2 соответственно.

Расчет сечения кабеля по силе тока

Если расчет по мощности не такой уж точный, то расчет по силе тока может дать самые оптимальные размеры сечения кабеля, что довольно важно, если используется медный кабель и в большом количестве.

Для начала необходимо определить токовую нагрузку на всю электропроводку. Она складывается из такой нагрузки для каждого из приборов и рассчитываются по таким формулам.

Для однофазной сети применяется следующая формула: I= P:(Uˑcos), а для трехфазной I=P÷√3×Uˑcos

Где:

  • I- сила тока
  • U – напряжение в сети
  • Cos – коэффициент мощности

Полученные таким способом расчета данные суммируются, и определяется токовая нагрузка на всю проводку. Из таблицы подбираются точные размеры сечения для всей сети. В таблице имеются значения для открытой и закрытой проводки. Они значительно отличаются друг от друга.

Таблица по выбору сечения кабеля в зависимости от силы тока.

Соотношения диаметра жил к токовым нагрузкам

Расчет по длине кабеля

В любом проводнике, сопротивление тока зависит от его длины. На этом свойстве и основан третий способ расчета сечения кабеля. Чем длиннее проводник, тем больше потери в сети. Если они превышают более 5%, то выбирают кабель с большим сечением.

Для определения сечения кабеля определяют суммарную мощность всех установленных приборов и силу тока, который будет протекать по проводнику. Для этого можно использовать, выше приведенную форму расчета. Далее выполняется расчет сопротивления проводки по следующей формуле:

  • R=(p×L)÷S, где p — удельное сопротивление проводника, которое приводится в специальных таблицах;
  • L – длина проводника в метрах, умножается на два, так как ток течет по фазному и нулевому проводу;
  • S- площадь поперечного сечения кабеля.

Далее производится расчет потери напряжения, где сила тока умножается на сопротивление, полученное при расчете. Полученное значение делится на величину напряжение в сети и умножается на 100%.

Если итоговое значение меньше 5%, то сечение кабеля выбрано правильно. В противном случае необходимо подобрать проводник большего сечения.

В любом случае при расчете сечения проводки, необходимо делать соответствующие поправки на перспективу. Возможно, появится желание приобрести более современные дополнительные бытовые приборы, которые будут потреблять больше электроэнергии. Поэтому желательно увеличить сечение проводки хотя бы на одну ступень. При этом вся проводка должна быть выполнена из медного провода.

Видео по расчету сечения кабеля

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:

Справочные материалы о кондиционерах

Приложение для телефона

Для телефонов на Android:

CuCalc — расчёт сечения кабеля

Возможности программы:

  • расчёт мощности для однофазного и 3-х фазного переменного тока, постоянного тока
  • расчёт силы тока по мощности нагрузки
  • выбор сечений электрических проводов, кабелей с учётом нагрева
  • отдельно выбор сечения кабеля с бумажной пропитанной изоляцией
  • подбор кабеля с учётом потери напряжения
  • расчёт сопротивления провода — активного и индуктивного

Скриншоты программы:

Скачать можно в Гугл Плей

Для iPhone, iPad:

ElectCalculator

Программа поможет быстро, «на ходу» рассчитать необходимые параметры кабеля.

Программа имеет удобный интерфейс — значения не надо вводить с клавиатуры, достаточно просто передвинуть слайдер — ползунок.

Подробнее ознакомиться и скачать можно здесь. Стоимость 33 р.

Таблица зависимости сечения

Внимание! Мощность указана электрическая.

При подборе кабеля для кондиционера ориентируйтесь на ток или электрическую мощность

(указаны на шильдике кондиционера)

Кабель проложен открыто

Кабель проложен в трубе

Сечение

Ток

Мощность

Ток

Мощность

мм2

А

кВт

А

кВт

220 В

380 В

220 В

380 В

0,5

11

2,4

0,75

15

3,3

1,0

17

3,7

6,4

14

3,0

5,3

1,5

23

5,0

8,7

15

3,3

5,7

2,0

26

5,7

9,8

19

4,1

7,2

2,5

30

6,6

11

21

4,6

7,9

4,0

41

9,0

15

27

5,9

10,0

6,0

50

11,0

19

34

7,4

12,0

10,0

80

17,0

30

50

11,0

19,0

,16,0

100

22

38

80

17,0

30,0

25,0

140

30

53

100

22,0

38,0

35,0

170

37

64

135

29

51,0

Расчет мощности от сечения провода.

Как рассчитать необходимое сечение провода по мощности нагрузки

В теории и практике, выбору площади поперечного сечения провода по току (толщине) уделяется особое внимание. В данной статье, анализируя справочные данные, познакомимся с понятием «площадь сечения».

Расчет сечения проводов.

В науке не используется понятие «толщина» провода. В литературных источниках используется терминология — диаметр и площадь сечения. Применимо к практике, толщина провода характеризуется площадью сечения .

Довольно легко рассчитывается на практике сечение провода . Площадь сечения вычисляется с помощью формулы, предварительно измерив его диаметр (можно измерить с помощью штангенциркуля):

S = π (D/2)2 ,

  • S — площадь сечения провода, мм
  • D- диаметр токопроводящей жилы провода. Измерить его можно с помощью штангенциркуля.

Более удобный вид формулы площади сечения провода:

S=0,8D.

Небольшая поправка — является округленным коэффициентом. Точная расчетная формула:

В электропроводке и электромонтаже в 90 % случаях применяется медный провод. Медный провод по сравнению с алюминиевым проводом, имеет ряд преимуществ. Он более удобен в монтаже, при такой же силе токе имеет меньшую толщину, более долговечен. Но чем больше диаметр (площадь сечения ), тем выше цена медного провода. Поэтому, несмотря на все преимущества, если сила тока превышает значение 50 Ампер, чаще всего используют алюминиевый провод. В конкретном случае используется провод, имеющий алюминиевую жилу 10 мм и более.

В квадратных миллиметрах измеряют площадь сечения проводов . Наиболее чаще всего на практике (в бытовой электрике), встречаются такие площади сечения: 0,75; 1,5; 2,5; 4 мм.

Существует иная система измерения площади сечения (толщины провода) — система AWG, которая используется, в основном в США. Ниже приведена таблица сечений проводов по системе AWG, а так же перевод из AWG в мм.

Рекомендовано прочитать статью про выбор сечения провода для постоянного тока. В статье приведены теоретические данные и рассуждения о падении напряжения, о сопротивлении проводов для разных сечений. Теоретические данные сориентируют, какое сечение провода по току наиболее оптимально, для разных допустимых падений напряжения. Также на реальном примере объекта, в статье о падении напряжения на трехфазных кабельных линиях большой длины, приведены формулы, а также рекомендации о том, как уменьшить потери. Потери на проводе прямо пропорциональны току и длине провода. И являются обратно пропорциональными сопротивлению.

Выделяют, три основные принципа, при выборе сечения провода .

1. Для прохождения электрического тока, площадь сечения провода (толщина провода), должна быть достаточной. Понятие достаточно означает, что когда проходит максимально возможный, в данном случае, электрический ток, нагрев провода будет допустимый (не более 600С).

2. Достаточное сечение провода, что бы падение напряжения не превышало допустимого значения. В основном это относится к длинным кабельным линиям (десятки, сотни метров) и токам большой величины.

3. Поперечное сечение провода, а также его защитная изоляция, должна обеспечивать механическую прочность и надежность.

Для питания, например люстры, используют в основном лампочки с суммарной потребляемой мощностью 100 Вт (ток чуть более 0,5 А).

Выбирая толщину провода, необходимо ориентироваться на максимальную рабочую температуру. Если температура будет превышена, провод и изоляция на нем будут плавиться и соответственно это приведет к разрушению самого провода. Максимальный рабочий ток для провода с определенным сечением ограничивается только максимально его рабочей температурой. И временем, которое сможет проработать провод в таких условиях.

Далее приведена таблица сечения проводов, при помощи которой в зависимости от силы тока , можно подобрать площадь сечения медных проводов. Исходные данные — площадь сечения проводника.

Максимальный ток для разной толщины медных проводов. Таблица 1.

Сечение токопроводящей жилы, мм 2

Ток, А, для проводов, проложенных

открыто

в одной трубе

одного двух жильного

одного трех жильного

Выделены номиналы проводов, которые используются в электрике. «Один двужильный» — провод, имеющий два провода. Один Фаза, второй — Ноль — это считается однофазное питание нагрузки. «Один трехжильный» — используется при трехфазном питании нагрузки.

Таблица помогает определиться, при каких токах, а также в каких условиях эксплуатируется провод данного сечения .

Например, если на розетке написано «Мах 16А», то к одной розетке можно проложить провод сечением 1,5мм. Необходимо защитить розетку выключателем на ток не более чем 16А, лучше даже 13А, или 10 А. Эту тему раскрывает статья «Про замену и выбор защитного автомата».

Из данных таблицы видно, что одножильный провод — означает, что вблизи (на расстоянии менее 5 диаметров провода), не проходит более никаких проводов. Когда два провода рядом, как правило, в одной общей изоляции — провод двужильный. Здесь более тяжелый тепловой режим, поэтому меньше максимальный ток. Чем больше собрано в проводе или пучке проводов, тем меньше должен быть максимальный ток отдельно для каждого проводника, из-за возможности перегрева.

Однако, эта таблица не совсем удобна с практической стороны. Зачастую исходный параметр — это мощность потребителя электроэнергии, а не электрический ток. Следовательно, нужно выбирать провод.

Определяем ток, имея значение мощности. Для этого, мощность Р (Вт) делим на напряжение (В) — получаем ток (А):

I=P/U.

Для определения мощности, имея показатель тока, необходимо ток (А) умножить на напряжение (В):

P=IU

Данные формулы используют в случаях активной нагрузки (потребители в жилых помещениях, лампочки, утюги). Для реактивной нагрузки в основном используется коэффициент от 0,7 до 0,9 (для работы мощных трансформаторов, электродвигателей, обычно в промышленности).

В следующей таблице предложены исходные параметры — потребляемый ток и мощность, а определяемые величины — сечение провода и ток отключения защитного автоматического выключателя.

Исходя из потребляемой мощности и тока — выбор площади поперечного сечения провода и автоматического выключателя.

Зная мощность и ток, в нижеприведенной таблице можно выбрать сечение провода .

Таблица 2.

Макс. мощность,
кВт

Макс. ток нагрузки,
А

Сечение
провода, мм 2

Ток автомата,
А

Критические случаи в таблице выделены красным цветом, в этих случаях лучше перестраховаться, не экономя на проводе, выбрав более толстый провод, нежели указано в таблице. А ток автомата наоборот поменьше.

По таблице можно без труда выбрать сечение провода по току , или сечение провода по мощности . Под заданную нагрузку выбрать автоматический выключатель.

В данной таблице все данные приведены для следующего случая.

  • Одна фаза, напряжение 220 В
  • Температура окружающей среды +300С
  • Прокладка в воздухе либо коробе (находится в закрытом пространстве)
  • Провод трехжильный, в общей изоляции (провод)
  • Используется наиболее распространенная система TN-S с отдельным проводом заземления
  • В очень редких случаях потребитель достигает максимальную мощность. В таких случаях, максимальный ток может действовать длительно без отрицательных последствий.

Рекомендовано выбирать большее сечение (следующее из ряда), в случаях, когда температура окружающей среды будет на 200С выше, либо в жгуте будет несколько проводов. Это особо важно в тех случаях, если значение рабочего тока, приближено к максимальному.

В сомнительных и спорных моментах, таких как:

большие пусковые токи; возможное в будущем увеличение нагрузки; пожароопасные помещения; большие перепады температур (например, провод находится на солнце), необходимо увеличить толщину проводов. Либо же для достоверной информации, обратиться к формулам и справочникам. Но в основном, табличные справочные данные применимы для практики.

Также толщину провода можно узнать эмпирическим (полученным опытным путем) правилом:

Правило выбора площади сечения провода для максимального тока.

Нужную площадь сечения для медного провода , исходя из максимального тока, можно подобрать применяя правило:

Необходимая площадь сечения провода равна максимальному току, деленному на 10.

Расчеты по этому правилу без запаса, поэтому полученный результат нужно округлить в большую сторону до ближайшего типоразмера. Например, нужен провод сечением мм , а ток 32 Ампер. Необходимо брать ближайший, конечно, в большую сторону — 4 мм. Видно, что данное правило вполне укладывается в табличные данные.

Следует заметить, что данное правило хорошо работает для токов до 40 Ампер. Если же токи больше (за пределами жилого помещения, такие токи на вводе) — нужно выбирать провод с еще большим запасом, и делить уже не на 10, а на 8 (до 80 А).

Это же правило и для поиска максимального тока через медный провод , если известна его площадь:

Максимальный ток равен площади сечения, умножить на 10.

Про алюминиевый провод.

В отличие от меди, алюминий хуже пропускает электрический ток. Для алюминия (провод такого же сечения , что и медный), при токах до 32 А, максимальный ток будет меньше, чем для меди на 20 %. При токах до 80 А алюминий пропускает хуже ток на 30%.

Эмпирическое правило для алюминия :

Максимальный ток алюминиевого провода равен площади сечения , умножить на 6.

Имея знания, полученные в данной статье, можно выбрать провод по соотношениям «цена/толщина», «толщина/рабочая температура», а также «толщина/максимальный ток и мощность».

Основные моменты про площадь сечения проводов освещены, если же что-то не понятно, либо есть, что добавить — пишите и спрашивайте в комментариях. Подписывайтесь в блоге СамЭлектрик, для получения новых статей.

К максимально току в зависимости от площади сечения провода, немцы относятся несколько иначе. Рекомендация по выбору автоматического (защитного) выключателя, расположена в правом столбце.

Таблица зависимости электрического тока защитного автомата (предохранителя) от сечения. Таблица 3.

Данная таблица взята из «стратегического» промышленного оборудования, возможно поэтому может создаться впечатление, что немцы перестраховываются.

Ниже я приведу таблицу сечения проводов, но рекомендую набраться терпения, прочитав до конца эту небольшую теоретическую часть. Это позволит Вам быть более осознанным в выборе проводов для монтажа электропроводки , кроме того, Вы сможете самостоятельно сделать расчет сечения провода , причем, даже «в уме».

Прохождение тока по проводнику всегда сопровождается выделением тепла (соответственно нагревом), которое прямо пропорционально мощности, рассеиваемой на участке электропроводки. Ее величина определяется формулой P=I 2 *R , где:

  • I — величина протекающего тока,
  • R — сопротивление провода.

Чрезмерный нагрев может привести к нарушению изоляции, как следствие — короткому замыканию и (или) возгоранию.

Ток протекающий по проводнику находится в зависимости от мощности нагрузки (P ), определяемой формулой

I=P/U

(U — это напряжение, которое для бытовой электрической сети составляет 220В).

Сопротивление провода R зависит от его длины, материала и сечения. Для электропроводки в квартире, даче или гараже длиной можно пренебречь, а вот материал и сечение при выборе проводов для электропроводки необходимо учитывать.

РАСЧЕТ СЕЧЕНИЯ ПРОВОДА

Сечение провода S определяется его диаметром d следующим образом (здесь и далее я буду максимально упрощать формулы):
S=π*d 2 /4=3. 14*d 2 /4=0.8*d 2 .

Это может Вам пригодится, если вы уже имеете провод, причем без маркировки, которая указывает сразу сечение, например, ВВГ 2х1.5, эдесь 1,5 — сечение в мм 2 , а 2 — количество жил.

Чем больше сечение, тем большую токовую нагрузку выдерживает провод. При одинаковых сечениях медного и алюминиевого проводов — медные могут выдержать больший ток, кроме того они менее ломкие, хуже окисляются, поэтому наиболее предпочтительны.

Очевидно, что при скрытой прокладке, а также провода, проложенные в гофрошланге, электромонтажном коробе из-за плохого теплообмена нагреваться будут сильнее, значит следует их сечение выбирать с определенным запасом, поэтому пришло время рассмотреть такую величину как плотность тока (обозначим ее Iρ ).

Характеризуется она величиной тока в Амперах, протекающего через единицу сечения проводника, которую мы примем за 1мм 2 . Поскольку эта величина относительная, то с ее использованием удобно производить расчет сечения по следующим формулам:

  1. d=√1. 27*I/Iρ =1.1*√I/Iρ — получаем значение диаметра провода,
  2. S=0.8*d 2 — ранее полученная формула для расчета сечения,

Подставляем первую формулу во вторую, округляем все что можно, получаем очень простое соотношение:

S=I/Iρ

Остается определиться с величиной плотности тока Iρ ), поскольку рабочий ток I ) определяется мощностью нагрузки, формулу я приводил выше.

Допустимое значение плотности тока определяется множеством факторов, рассмотрение которых я опущу и приведу конечные результаты, причем с запасом:

Пример расчета:

Имеем: суммарная мощность нагрузки в линии — 2,2 кВт, проводка открытая, провод — медный. Для расчета используем следующие единицы измерения: ток — Ампер, мощность — Ватт (1кВт=1000Вт), напряжение — Вольт.

Все представленные на этом сайте материалы имеют исключительно информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Стандартная квартирная электропроводка рассчитывается на максимальный ток потребления при длительной нагрузке 25 ампер (на такую силу тока выбирается и автоматический выключатель , который устанавливается на вводе проводов в квартиру) выполняется медным проводом сечением 4,0 мм 2 , что соответствует диаметру провода 2,26 мм и мощности нагрузки до 6 кВт .

Согласно требований п 7.1.35 ПУЭ сечение медной жилы для квартирной электропроводки должно быть не менее 2,5 мм 2 , что соответствует диаметру проводника 1,8 мм и силе тока нагрузки 16 А. К такой электропроводке можно подключать электроприборы суммарной мощностью до 3,5 кВт.

Что такое сечение провода и как его определить

Чтобы увидеть сечение провода достаточно его перерезать поперек и посмотреть на срез с торца. Площадь среза и есть сечение провода. Чем оно больше, тем большую силу тока может передать провод.

Как видно из формулы, сечение провода легко по его диаметру. Достаточно величину диаметра жилы провода умножить саму на себя и на 0,785. Для сечения многожильного провода нужно вычислить сечение одной жилы и умножить на их количество.

Диаметр проводника можно определить с помощью штангенциркуля с точностью до 0,1 мм или микрометра с точностью до 0,01 мм. Если нет под рукой приборов, то в таком случае выручит обыкновенная линейка .

Выбор сечения


медного провода электропроводки по силе тока

Величина электрического тока обозначается буквой «А » и измеряется в Амперах . При выборе действует простое правило, чем сечение провода больше, тем лучше, по этому округляют результат в большую сторону.

Таблица для выбора сечения и диаметра медного провода в зависимости от силы тока
Максимальный ток, А 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 10,0 16,0 20,0 25,0 32,0 40,0 50,0 63,0
Стандартное сечение, мм 2 0,35 0,35 0,50 0,75 1,0 1,2 2,0 2,5 3,0 4,0 5,0 6,0 8,0 10,0
Диаметр, мм 0,67 0,67 0,80 0,98 1,1 1,2 1,6 1,8 2,0 2,3 2,5 2,7 3,2 3,6

Приведенные мною данные в таблице основаны на личном опыте и гарантируют надежную работу электропроводки при самых неблагоприятных условиях ее прокладки и эксплуатации. При выборе сечения провода по величине тока не имеет значение, переменный это ток или постоянный. Не имеют значения также величина и частота напряжения в электропроводке, это может быть бортовая сеть автомобиля постоянного тока на 12 В или 24 В, летательного аппарата на 115 В частотой 400 Гц, электропроводка 220 В или 380 В частотой 50 Гц, высоковольтная линия электропередачи на 10000 В.

Если не известен ток потребления электроприбором, но известны напряжение питания и мощность, то рассчитать ток можно с помощью приведенного ниже онлайн калькулятора.

Следует отметить, что на частотах более 100 Гц в проводах при протекании электрического тока начинает проявляться скин-эффект, заключающийся в том, что с увеличением частоты ток начинает «прижиматься» к внешней поверхности провода и фактическое сечение провода уменьшается. Поэтому выбор сечения провода для высокочастотных цепей выполняется по другим законам.

Определение нагрузочной способности электропроводки 220 В


выполненной из алюминиевого провода

В давно построенных домах электропроводка, как правило, выполнена из алюминиевых проводов. Если соединения в распределительных коробках выполнены правильно, срок службы алюминиевой проводки может составлять и сто лет. Ведь алюминий практически не окисляется, и срок службы электропроводки будет определяться только сроком службы пластмассовой изоляции и надежностью контактов в местах присоединения.

В случае подключения дополнительных энергоемких электроприборов в квартире с алюминиевой электропроводкой необходимо определить по сечению или диаметру жил проводов способность ее выдержать дополнительную мощность. По приведенной ниже таблице это легко сделать.

Если у Вас проводка в квартире выполнена из алюминиевых проводов и возникла необходимость подключить вновь установленную розетку в распределительной коробке медными проводами, то такое соединение выполняется в соответствии с рекомендациями статьи Соединение алюминиевых проводов .

Расчет сечения провода электропроводки


по мощности подключаемых электроприборов

Для выбора сечения жил провода кабеля при прокладке электропроводки в квартире или доме нужно проанализировать парк имеющихся электробытовых приборов с точки зрения одновременного их использования. В таблице представлен перечень популярных бытовых электроприборов с указанием потребляемого тока в зависимости от мощности. Вы можете узнать потребляемую мощность своих моделей самостоятельно из этикеток на самих изделиях или паспортам, часто параметры указывают на упаковке.

В случае если сила потребляемого тока электроприбором не известна, то ее можно измерять с помощью амперметра .

Таблица потребляемой мощности и силы тока бытовыми электроприборами


при напряжении питания 220 В

Обычно мощность потребления электроприборов указывается на корпусе в ваттах (Вт или VA) или киловаттах (кВт или кVA). 1 кВт=1000 Вт.

Таблица потребляемой мощности и силы тока бытовыми электроприборами
Бытовой электроприбор Потребляемая мощность, кВт (кBA) Потребляемая сила тока, А Режим потребления тока
Лампочка накаливания 0,06 – 0,25 0,3 – 1,2 Постоянно
Электрочайник 1,0 – 2,0 5 – 9 До 5 минут
Электроплита 1,0 – 6,0 5 – 60 Зависит от режима работы
Микроволновая печь 1,5 – 2,2 7 – 10 Периодически
Электромясорубка 1,5 – 2,2 7 – 10 Зависит от режима работы
Тостер 0,5 – 1,5 2 – 7 Постоянно
Гриль 1,2 – 2,0 7 – 9 Постоянно
Кофемолка 0,5 – 1,5 2 – 8 Зависит от режима работы
Кофеварка 0,5 – 1,5 2 – 8 Постоянно
Электродуховка 1,0 – 2,0 5 – 9 Зависит от режима работы
Посудомоечная машина 1,0 – 2,0 5 – 9
Стиральная машина 1,2 – 2,0 6 – 9 Максимальный с момента включения до нагрева воды
Сушильная машина 2,0 – 3,0 9 – 13 Постоянно
Утюг 1,2 – 2,0 6 – 9 Периодически
Пылесос 0,8 – 2,0 4 – 9 Зависит от режима работы
Обогреватель 0,5 – 3,0 2 – 13 Зависит от режима работы
Фен для волос 0,5 – 1,5 2 – 8 Зависит от режима работы
Кондиционер 1,0 – 3,0 5 – 13 Зависит от режима работы
Стационарный компьютер 0,3 – 0,8 1 – 3 Зависит от режима работы
Электроинструмент (дрель, лобзик и т. п.) 0,5 – 2,5 2 – 13 Зависит от режима работы

Ток потребляют еще холодильник, осветительные приборы, радиотелефон, зарядные устройства, телевизор в дежурном состоянии. Но в сумме эта мощность составляет не более 100 Вт и при расчетах ее можно не учитывать.

Если Вы включите все имеющиеся в доме электроприборы одновременно, то необходимо будет выбрать сечение провода, способное пропустить ток 160 А. Провод понадобится толщиной в палец! Но такой случай маловероятен. Трудно представить, что кто-то способен одновременно молоть мясо, гладить утюгом, пылесосить и сушить волосы.

Пример расчета. Вы встали утром, включили электрочайник, микроволновую печь, тостер и кофеварку. Потребляемый ток соответственно составит 7 А + 8 А + 3 А + 4 А = 22 А. С учетом включенного освещения, холодильника и в дополнение, например, телевизора, потребляемый ток может достигнуть 25 А.


для сети 220 В

Выбрать сечение провода можно не только по силе тока но и по величине потребляемой мощности. Для этого нужно составить перечень всех планируемых для подключения к данному участку электропроводки электроприборов, определить, какую мощность потребляет каждый из них по отдельности. Далее сложить полученные данные и воспользоваться ниже приведенной таблицей.


для сети 220 В
Мощность электроприбора, кВт (кBA) 0,1 0,3 0,5 0,7 0,9 1,0 1,2 1,5 1,8 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 6,0
Стандартное сечение, мм 2 0,35 0,35 0,35 0,5 0,75 0,75 1,0 1,2 1,5 1,5 2,0 2,5 2,5 3,0 4,0 4,0 5,0
Диаметр, мм 0,67 0,67 0,67 0,5 0,98 0,98 1,13 1,24 1,38 1,38 1,6 1,78 1,78 1,95 2,26 2,26 2,52

Если имеется несколько электроприборов и для некоторых известен ток потребления, а для других мощность, то нужно определить из таблиц сечение провода для каждого из них, а затем полученные результаты сложить.

Выбор сечения медного провода по мощности


для с бортовой сети автомобиля 12 В

Если при подключении к бортовой сети автомобиля дополнительного оборудования известна только его мощность потребления, то определить сечение дополнительной электропроводки можно с помощью ниже приведенной таблицы.

Таблица выбора сечения и диаметра медного провода по мощности
для бортовой сети автомобиля 12 В
Мощность электроприбора, ватт (BA) 10 30 50 80 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200
Стандартное сечение, мм 2 0,35 0,5 0,75 1,2 1,5 3,0 4,0 6,0 8,0 8,0 10 10 10 16 16 16
Диаметр, мм 0,67 0,5 0,8 1,24 1,38 1,95 2,26 2,76 3,19 3,19 3,57 3,57 3,57 4,51 4,51 4,51

Выбор сечения провода для подключения электроприборов


к трехфазной сети 380 В

При работе электроприборов, например, электродвигателя, подключенных к трехфазной сети, потребляемый ток протекает уже не по двум проводам, а по трем и, следовательно, величина протекающего тока в каждом отдельном проводе несколько меньше. Это позволяет использовать для подключения электроприборов к трехфазной сети провод меньшего сечения.

Для подключения электроприборов к трехфазной сети напряжением 380 В, например электродвигателя, сечение провода для каждой фазы берется в 1,75 раза меньше, чем для подключения к однофазной сети 220 В.

Внимание , при выборе сечения провода для подключения электродвигателя по мощности следует учесть, что на шильдике электродвигателя указывается максимальная механическая мощность, которую двигатель может создать на валу, а не потребляемая электрическая мощность. Потребляемая электрическая мощность электродвигателем с, учетом КПД и сos φ приблизительно в два раза больше, чем создаваемая на валу, что необходимо учитывать при выборе сечения провода исходя из мощности двигателя, указанной в табличке.

Например, нужно подключить электродвигатель потребляющий мощность от сети 2,0 кВт. Суммарный ток потребления электродвигателем такой мощности по трем фазам составляет 5,2 А. По таблице получается, что нужен провод сечением 1,0 мм 2 , с учетом вышеизложенного 1,0 / 1,75 = 0,5 мм 2 . Следовательно, для подключения электродвигателя мощностью 2,0 кВт к трехфазной сети 380 В понадобится медный трехжильный кабель с сечением каждой жилы 0,5 мм 2 .


Гораздо проще выбрать сечение провода для подключения трехфазного двигателя, исходя из величины тока его потребления, который всегда указывается на шильдике. Например, в шильдике приведенном на фотографии, ток потребления двигателя мощностью 0,25 кВт по каждой фазе при напряжении питания 220 В (обмотки двигателя подключены по схеме «треугольник») составляет 1,2 А, а при напряжении 380 В (обмотки двигателя подключены по схеме «звезда») всего 0,7 А. Взяв силу тока, указанную на шильдике, по таблице для выбора сечения провода для квартирной электропроводки выбираем провод сечением 0,35 мм 2 при подключении обмоток электродвигателя по схеме «треугольник» или 0,15 мм 2 при подключении по схеме «звезда».

О выборе марки кабеля для домашней электропроводки

Делать квартирную электропроводку из алюминиевых проводов на первый взгляд кажется дешевле, но эксплуатационные расходы из-за низкой надежности контактов со временем многократно превысят затраты на электропроводку из меди. Рекомендую делать проводку исключительно из медных проводов! Алюминиевые провода незаменимы при прокладке воздушной электропроводки, так как они легкие и дешевые и при правильном соединении служат надежно продолжительное время.

А какой провод лучше использовать при монтаже электропроводки, одножильный или многожильный? С точки зрения способности проводить ток на единицу сечения и монтажа, одножильный лучше. Так что для домашней электропроводки нужно использовать только одножильный провод. Многожильный допускает многократные изгибы, и чем тоньше в нем проводники, тем он более гибкий и долговечнее. Поэтому многожильный провод применяют для подключения к электросети нестационарных электроприборов, таких как электрофен, электробритва, электроутюг и все остальных.

После принятия решения по сечению провода встает вопрос о марке кабеля для электропроводки. Тут выбор не велик и представлен всего несколькими марками кабелей: ПУНП, ВВГнг и NYM.

Кабель ПУНП с 1990 года, в соответствии с решением Главгосэнергонадзора «О запрете применения проводов типа АПВН, ППБН, ПЕН, ПУНП и др. , выпускаемых по ТУ 16-505. 610-74 вместо проводов АПВ, АППВ, ПВ и ППВ по ГОСТ 6323-79*» к применению запрещен.

Кабель ВВГ и ВВГнг – медные провода в двойной поливинилхлоридной изоляции, плоской формы. Предназначен для работы при температуре окружающей среды от −50°С до +50°С, для выполнения проводки внутри зданий, на открытом воздухе, в земле при прокладке в тубах. Срок службы до 30 лет. Буквы «нг» в обозначении марки говорят о негорючести изоляции провода. Выпускаются двух-, трех- и четырехжильные с сечением жил от 1,5 до 35,0 мм 2 . Если в обозначении кабеля перед ВВГ стоит буква А (АВВГ), то жилы в проводе алюминиевые.

Кабель NYM (его российский аналог — кабель ВВГ), с медными жилами, круглой формы, с негорючей изоляцией, соответствует немецкому стандарту VDE 0250. Технические характеристики и область применения, практически одинаковые с кабелем ВВГ. Выпускаются двух-, трех- и четырехжильные с сечением жил от 1,5 до 4,0 мм 2 .

Как видите, выбор для прокладки электропроводки не велик и определяется в зависимости от того, какой формы кабель более подходит для монтажа, круглой или плоской. Кабель круглой формы удобнее прокладывается через стены, особенно если делается ввод с улицы в помещение. Понадобится просверлить отверстие чуть больше диаметра кабеля, а при большей толщине стены это становится актуальным. Для внутренней проводки удобнее применять плоский кабель ВВГ.

Параллельное соединение проводов электропроводки

Бывают безвыходные ситуации, когда срочно нужно проложить проводку, а провода требуемого сечения в наличии нет. В таком случае, если есть провод меньшего, чем необходимо, сечения, то можно проводку сделать из двух и более проводов, соединив их параллельно. Главное, чтобы сумма сечений каждого из них была не меньше расчетной.

Например, есть три провода сечением 2, 3 и 5 мм 2 , а нужен по расчетам 10 мм 2 . Соединяете их все параллельно, и проводка будет выдерживать ток до 50 ампер. Да Вы и сами многократно видели параллельное соединение большего количества тонких проводников для передачи больших токов. Например, для сварки используется ток до 150 А и для того, чтобы сварщик мог управлять электродом, нужен гибкий провод. Его и делают из сотен параллельно соединенных тонких медных проволочек. В автомобиле аккумулятор к бортовой сети тоже подключают с помощью такого же гибкого многожильного провода, так как во время пуска двигателя стартер потребляет от аккумулятора ток до 100 А. А при установке и снятии аккумулятора необходимо провода отводить в сторону, то есть провод должен быть достаточно гибким.

Способ увеличения сечения электропровода путем параллельного соединения нескольких проводов разного диаметра можно использовать только в крайнем случае. При прокладке домашней электропроводки допустимо соединять параллельно только провода одинакового сечения, взятые из одной бухты.

Онлайн калькуляторы для вычисления сечения и диаметра провода

С помощью онлайн калькулятора, представленного ниже можно решить обратную задачу – определить по сечению диаметр проводника.

Как вычислить сечение многожильного провода

Многожильный провод, или как его называют еще многопроволочный или гибкий, представляет собой свитые вместе одножильные проволочки. Для вычисления сечения многожильного провода нужно сначала вычислить сечение одной проволочки, а затем полученный результат умножить на их число.


Рассмотрим пример. Есть многожильный гибкий провод, в котором 15 жил диаметром 0,5 мм. Сечение одной жилы равно 0,5 мм×0,5 мм×0,785 = 0,19625 мм 2 , после округления получим 0,2 мм 2 . Так как у нас в проводе 15 проволочек, то для определения сечения кабеля нужно перемножить эти числа. 0,2 мм 2 ×15=3 мм 2 . Осталось по таблице определить, что такой многожильный провод выдержит ток 20 А.

Можно оценить нагрузочную способность многожильного провода без замера диаметра отдельного проводника, измеряв общий диаметр всех свитых проволочек. Но так как проволочки круглые, то между ними находятся воздушные зазоры. Для исключения площади зазоров нужно полученный по формуле результат сечения провода умножить на коэффициент 0,91. При замере диаметра надо проследить, чтобы многожильный провод не сплющился.

Рассмотрим на примере. В результате измерений многожильный провод имеет диаметр 2,0 мм. Рассчитаем его сечение: 2,0 мм×2,0 мм×0,785×0,91 = 2,9 мм 2 . По таблице (смотри ниже) определяем, что данный многожильный провод выдержит ток величиной до 20 А.

Когда в доме или квартире планируется ремонт, то замена проводки – это одна из наиболее ответственных работ. Именно от правильности выбора сечения провода зависит не только долговечность электропроводки, но и ее функциональность. Правильный расчет сечения кабеля по мощности, может провести квалифицированный электрик, который сможет не только подобрать подходящий кабель, но и произвести монтаж. Если провода подобрать неправильно, то они будут нагреваться, а при высоких нагрузках могут привести к негативным последствиям.

Как известно, при перегреве провода, у него снижается проводимость, что в результате приводит к еще большему перегреву. Когда провод перегревается, то его изоляция может повредиться, и привести к пожару. Чтобы после монтажа новой электропроводки не беспокоиться о своем жилье, изначально следует выполнить правильный расчет мощности кабеля и уделить этому вопросу особое значение, а также внимание.

Зачем проводить расчеты кабеля по току нагрузки?

Провода и кабели, по которым протекает электрический ток, являются важнейшей частью электропроводки. Расчет сечения провода необходимо производить затем, чтобы убедится, что выбранный провод соответствует всем требованиям надежности и безопасной эксплуатации электропроводки.

Неправильно подобранное сечение кабеля приведет к перегреву провода и в результате уже через короткое время придется вызывать мастера по устранению неполадок с электропроводкой. Вызов специалиста сегодня стоит немало, поэтому с целью экономии нужно изначально все делать правильно, в таком случае можно будет не только сэкономить, но и уберечь свой дом.

Важно помнить, что от правильности выбора сечения кабеля зависит электро и пожаробезопасность помещения и тех, кто в нем находится или живет.

Безопасная эксплуатация заключается в том, что если вы выберете сечение не соответствующее его токовым нагрузкам, то это приведет к чрезмерному перегреву провода, плавлению изоляции, короткому замыканию и пожару.

Поэтому к вопросу о выборе сечения провода необходимо отнестись очень серьезно.

Что влияет на расчет сечения провода или кабеля

Существует много факторов влияющих на , которые полностью описаны в пункте 1.3 ПУЭ. Этот пункт предусматривает расчет сечения для всех видов проводников.

В данной статье дорогие читатели сайта «Электрик в доме» будет рассмотрен расчет сечения провода по потребляемой мощности для медных проводников в ПВХ и резиновой изоляции. Сегодня в основном такие провода используются в домах и квартирах для монтажа электропроводки.

Основным фактором для расчета сечения кабеля считается нагрузка, используемая в сети или ток. Зная мощность электрооборудования, номинальный ток мы получим в результате несложного расчета, используя нижеприведенные формулы. Исходя из этого, выходит, что сечение проводов напрямую связано с расчетной мощностью электроустановки.

Немаловажным при расчете сечения кабеля является и выбор материала проводника. Пожалуй, каждый человек знает из уроков физики в школе, что у меди проводимость намного выше, нежели у такого же провода сделанного из алюминия. Если сравнивать медный и алюминиевый провод одинакового сечения, то первый будет иметь более высокие показатели.

Также немаловажным при расчете сечения кабеля является и количество жил в проводе. Большое количество жилок нагревается намного выше, нежели одножильный провод.

Большое значение при выборе сечения является и способ укладки проводов. Как известно земля считается хорошим теплопроводником, в отличие от воздуха. Исходя из этого выходит, что кабель проложенный под поверхностью земли может выдержать большую электрическую нагрузку, в отличие от тех, которые находятся в воздухе.

Не стоит забывать при расчете сечения также тот момент, что когда провода находятся в пучке и уложены в специальные лотки, то они могут нагреваться друг о друга. Поэтому достаточно важно учитывать этот момент при произведении расчетов, и при необходимости вносить соответствующие коррективы. Если в коробе или лотке находится более четырех кабелей, то когда производится расчет сечения провода, важно внести поправочный коэффициент.

Как правило, на правильный выбор сечения провода влияет и то, при какой температуре воздуха он будет эксплуатироваться. В большинстве случаев расчет производится от средней температуры среды + 25 градусов Цельсия. Если температурный режим не соответствует вашим требованиям, то в таблице 1.3.3 ПУЭ имеются поправочные коэффициенты, которые необходимо учесть.

На расчет сечения кабеля также влияет и падение напряжения. Если в протяженной кабельной линии предполагается падение напряжения свыше 5%, то эти показатели обязательно должны быть учтены при расчетах.

Расчет сечения провода по потребляемой мощности

Каждый кабель имеет свою номинальную мощность, какую он способен выдерживать, когда подключен электроприбор.

В том случае, когда мощность приборов в доме превышают нагрузочную способность провода, то в этом случае аварийной ситуации не избежать и рано или поздно проблема проводки даст о себе знать.

Чтобы провести самостоятельный расчет потребляемой мощности приборов, необходимо на листе бумаге вписать мощность всех имеющихся электроприборов, которые могут быть подключены одновременно (электрочайник, телевизор, пылесос, варочная панель, компьютер и т.д.).

После того как мощность каждого прибора будет известна все значения необходимо просуммировать чтобы понять общее потребление.

Где K o — коэффициент одновременности.

Рассмотрим пример расчета сечения провода для обычной двухкомнатной квартиры. Перечень необходимых приборов и их примерная мощность указана в таблице.

Исходя из полученного значения, можно продолжать расчеты с выбором сечение провода.

Если в доме имеются мощные электроприборы, нагрузка которых составляет 1.5 кВт и более для их подключения целесообразно использовать отдельную линию. При самостоятельном расчете важно не забыть учесть и мощность осветительного оборудования, которое подключено к сети.

Когда правильно произведен , то на каждую комнату будет примерно выходить порядка 3 кВт, однако не стоит бояться этих цифр, так как все приборы одновременно не будут использоваться, а, следовательно, такое значение имеет определенный запас.

При подсчете суммарной мощности потребляемой в квартире получился результат 15.39 кВт , теперь этот показатель следует умножить на 0.8, что в результате даст 12.31 кВт фактической нагрузки . Исходя из полученного показателя мощности, можно по простой формуле рассчитать силу тока.

Расчет сечения кабеля по току

Основным показателем, по которому рассчитывают провод, является его длительно . Проще говоря, это такая величина тока, которую он способен пропускать на протяжении длительного времени.

Зная токовую нагрузку можно получить более точные расчеты сечения кабеля. К тому же все таблицы выбора сечения в ГОСТах и нормативных документах построены на токовых величинах.

Смысл подсчета имеет аналогичное сходство с мощностным, но только в этом случае необходимо рассчитать токовую нагрузку. Для проведения расчета сечения кабеля по току необходимо провести следующие этапы:

  • — выбрать мощность всех приборов;
  • — рассчитать ток, который проходит по проводнику;
  • — по таблице подобрать наиболее подходящее сечение кабеля.

Чтобы найти величину номинального тока, необходимо подсчитать мощность всех подключаемых электроприборов в доме. Что мы с Вами друзья уже сделали в предыдущем разделе.

После того как мощность будет известна расчет сечения провода или кабеля сводится к определению силы тока на основании этой мощности. Найти силу тока можно по формуле:

1) Формула расчета силы тока для однофазной сети 220 В :

  • — P — суммарная мощность всех электроприборов, Вт;
  • — U — напряжение сети, В;
  • — для бытовых электроприборов cos (φ) = 1.

2) Формула для расчета силы тока в трехфазной сети 380 В :

Зная величину тока, сечение провода находят по таблице. Если окажется что расчетное и табличное значения токов не совпадают, то в этом случае выбирают ближайшее большее значение. Например расчетное значение тока составляет 23 А, выбираем по таблице ближайшее большее 27 А — с сечением 2.5 мм2 (для медного многожильного провода прокладываемого по воздуху).

Представляю вашему вниманию таблицы допустимых токовых нагрузок кабелей с медными и алюминиевыми жилами с изоляцией из поливинилхлоридного пластика.

Все данные взяты не из головы, а из нормативного документа ГОСТ 31996-2012 «КАБЕЛИ СИЛОВЫЕ С ПЛАСТМАССОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ».

Например у Вас трехфазная нагрузка мощностью Р=15 кВ. Необходимо выбрать медный кабель (прокладка по воздуху). Как рассчитать сечение ? Сперва необходимо рассчитать токовую нагрузку исходя из данной мощности, для этого применяем формулу для трехфазной сети: I = P / √3 · 380 = 22.8 ≈ 23 А.

По таблице токовых нагрузок выбираем сечение 2.5 мм2 (для него допустимый ток 27А). Но так как кабель у Вас четырехжильный (или пяти- тут уже особой разницы нет) согласно указаний ГОСТ 31996-2012 выбранное значение тока нужно умножить на коэффициент 0.93. I = 0.93 * 27 = 25 А. Что допустимо для нашей нагрузки (расчетного тока).

Хотя в виду того что многие производители выпускают кабели с заниженным сечением в данном случае я бы советовал взять кабель с запасом, с сечением на порядок выше — 4 мм2.

Какой провод лучше использовать медный или алюминиевый?

На сегодняшний день для монтажа как открытой электропроводки так и скрытой, конечно же большой популярностью пользуются медные провода. Медь, по сравнению с алюминием, более эффективна:

1) она прочнее, более мягкая и в местах перегиба не ломается по сравнению с алюминием;

2) меньше подвержена коррозии и окислению. Соединяя алюминий в распределительной коробке , места скрутки со временем окисляются, это приводит к потере контакта;

3) проводимость меди выше чем алюминия, при одинаковом сечении медный провод способен выдержать большую токовую нагрузку чем алюминиевый.

Что касается материала проводника, то в данной статье рассмотрению подлежит только медный провод, так как в большинстве случаев используют именно его в качестве электропроводки в домах и квартирах. Среди преимуществ этого материала следует выделить долговечность, простоту монтажа и возможность использовать меньшее сечение по сравнению с алюминиевым, при одинаковом токе. Если сечение провода достаточно большое, то его стоимость превышает все преимущества и оптимальным вариантом будет использование алюминиевого кабеля, а не медного.

Так например если нагрузка составляет более 50 А то в целях экономии целесообразно использовать кабели с алюминиевой жилой. Обычно это участки на вводе электричества в дом, где расстояние превышает несколько десятков метров.

Пример расчета сечения кабеля для квартиры

Подсчитав нагрузку и определившись с материалом (медь), рассмотрим пример расчета сечения проводов для отдельных групп потребителей, на примере двухкомнатной квартиры.

Как известно, вся нагрузка делится на две группы: силовую и осветительную.

В нашем случае основной силовой нагрузкой будет розеточная группа, установленная на кухне, в жилых комнатах и в ванной. Так как там устанавливается наиболее мощная техника (электрочайник, микроволновка, холодильник, бойлер, стиральная машина и т.п.).

1. Водной кабель

Сечение вводного кабеля (участок от щита на площадке до распределительного щита квартиры) выбирается исходя из суммарной мощности всей квартиры, которую мы получили в таблице.

Сперва находим номинальный ток на этом участке относительно данной нагрузки:

Ток составляет 56 Ампера. По таблице находим сечение соответствующее данной токовой нагрузке. Выбираем ближайшее большее значение — 63 А, что соответствует сечению 10 мм2 .

2. Комната №1

Здесь основной нагрузкой на розеточную группу будет такая техника как телевизор, компьютер, утюг, пылесос. Нагрузка на участок проводки от квартирного щитка до распредкоробки в данной комнате 2990 Вт(округлим до 3000 Вт). Находим по формуле номинальный ток:

По таблице находим сечение, которое соответствует 1.5 мм2 и допустимым током – 21 Ампер. Конечно можно взять данный кабель но розеточную группу рекомендуется прокладывать кабелем сечением НЕ МЕНЕЕ 2.5 мм2. Это также связано с номиналом автоматического выключателя, который будет защищать данный кабель. Вряд ли вы запитаете этот участок от автомата 10 А? И скорее всего установите автомат на 16 А. Поэтому лучше взять с запасом.

Друзья как я уже сказал розеточную группу запитываем кабелем сечением 2.5 мм2, поэтому для разводки непосредственно от коробки к розеткам выбираем его.

3. Комната №2

Здесь к розеткам будет подключаться такая техника как компьютер, пылесос, утюг, возможно фен для волос.

Нагрузка при этом составляет 4050 Вт. По формуле находим ток:

Для данной токовой нагрузки нам подходит провод сечением 1.5 мм2, но здесь аналогично с предыдущим случаем берем с запасом и принимаем 2.5 мм2. Подключение розеток выполняем им же.

4. Кухня

На кухне розеточная группа запитывает электрочайник, холодильник, микроволновку, электродуховку, электроплиту и другую технику. Возможно, здесь будут подключать пылесос.

Суммарная мощность потребителей кухни составляет 6850 Вт, ток при этом составляет:

Для такой нагрузки по таблице выбираем ближайшее большее сечение кабеля — 4 мм2 , с допустимым током 36 А.

Друзья выше я оговаривал, что мощных потребителей целесообразно подключать отдельной независимой линией (своей). Электроплита как раз такой и является, для нее расчет сечения кабеля выполняется отдельно. При монтаже электропроводки для таких потребителей прокладывается независимая линия от щита до места подключения. Но наше статья о том, как правильно рассчитать сечение и на фото я специально этого не делал для лучшего усваивания материала.

5. Ванна

Основными потребителями электроэнергии в данном помещении являются ст. машина, водонагреватель, фен для волос, пылесос. Мощность этих приборов составляет 6350 Вт.

По формуле находим ток:

По таблице выбираем ближайшее большее значение тока – 36 А что соответствует сечению кабеля 4 мм2. Здесь опять же друзья по-хорошему целесообразно мощных потребителей запитывать отдельной линией.

6. Прихожая

В данном помещении обычно пользуются переносной техникой, например, феном для волос, пылесосом и т.п. Особо мощных потребителей здесь не предвидится поэтому но розеточную группу также принимаем провод сечением 2. 5 мм2.

7. Освещение

По подсчетам в таблице нам известно, что мощность всего освещение в квартире составляет 500 Вт. Номинальный ток для такой нагрузки составляет 2.3 А.

В этом случае питание всей осветительной нагрузки можно выполнить проводом сечением 1.5 мм2.

Необходимо понимать что мощность на разных участках электропроводки будет разной, соответственно и сечение питающих проводов тоже разным. Наибольшее его значение будет на вводном участке квартиры, так как через него проходит вся нагрузка. Сечение вводного питающего провода выбирают 6 – 10 мм2.

В настоящее время для монтажа электропроводки предпочтительно использовать кабели марок: ВВГнг, ВВГ, NYM. Показатель «нг», гласит о том, что изоляция не подвергается горению – «негорючий». Использовать такие марки проводов можно как внутри, так и снаружи помещения. Диапазон рабочей температуры у этих проводов варьирует от «+/-» 50 градусов Цельсия. Гарантийный период эксплуатации составляет 30 лет, однако срок использования может быть и больше.

Если уметь правильно рассчитывать сечение проводника по току, то можно без лишних проблем произвести монтаж электропроводки в доме. При соблюдении всех требований гарантия безопасности и сохранности вашего дома будет максимально высокой. Правильно подобрав сечение проводника, вы убережете свой дом от короткого замыкания и пожара.

Для того чтобы правильно проложить электропроводку, обеспечить бесперебойную работу всей электросистемы и исключить риск возникновения пожара, необходимо перед закупкой кабеля осуществить расчет нагрузок на кабель для определения необходимого сечения.

Существует несколько видов нагрузок, и для максимально качественного монтажа электросистемы необходимо производить расчет нагрузок на кабель по всем показателям. Сечение кабеля определяется по нагрузке, мощности, току и напряжению.

Расчет сечения по мощности

Для того чтобы произвести , необходимо сложить все показатели электрооборудования, работающего в квартире. Расчет электрических нагрузок на кабель осуществляется только после этой операции.

Расчет сечения кабеля по напряжению

Расчет электрических нагрузок на провод обязательно включает в себя . Существует несколько видов электрической сети — однофазная на 220 вольт, а также трехфазная — на 380 вольт. В квартирах и жилых помещениях, как правило, используется однофазная сеть, поэтому в процессе расчета необходимо учитывать данный момент — в таблицах для расчета сечения обязательно указывается напряжение.

Расчет сечения кабеля по нагрузке

Таблица 1. Установленная мощность (кВт) для кабелей, прокладываемых открыто

Сечение жил, мм 2 Кабели с медными жилами Кабели с алюминиевыми жилами
220 В 380 В 220 В 380 В
0,5 2,4
0,75 3,3
1 3,7 6,4
1,5 5 8,7
2 5,7 9,8 4,6 7,9
2,5 6,6 11 5,2 9,1
4 9 15 7 12
5 11 19 8,5 14
10 17 30 13 22
16 22 38 16 28
25 30 53 23 39
35 37 64 28 49

Таблица 2. Установленная мощность (кВт) для кабелей, прокладываемых в штробе или трубе

Сечение жил, мм 2 Кабели с медными жилами Кабели с алюминиевыми жилами
220 В 380 В 220 В 380 В
0,5
0,75
1 3 5,3
1,5 3,3 5,7
2 4,1 7,2 3 5,3
2,5 4,6 7,9 3,5 6
4 5,9 10 4,6 7,9
5 7,4 12 5,7 9,8
10 11 19 8,3 14
16 17 30 12 20
25 22 38 14 24
35 29 51 16

Каждый электроприбор, установленный в доме, имеет определенную мощность — данный показатель указывается на шильдиках приборов или в техническом паспорте оборудования. Чтобы осуществить , необходимо подсчитать общую мощность. Производя расчет сечения кабеля по нагрузке, необходимо переписать все электрооборудование, а также нужно продумать, какое оборудование может добавиться в будущем. Поскольку монтаж производится на долгий срок, необходимо позаботиться о данном вопросе, чтобы резкое увеличение нагрузки не привело к аварийной ситуации.

Например, у вас получилась сумма общего напряжения 15 000 Вт. Поскольку в подавляющем большинстве жилых помещений напряжение составляет 220 В, мы рассчитаем систему электроснабжения с учетом однофазной нагрузки.

Далее необходимо продумать, какое количество оборудования может работать одновременно. В итоге у вас получится значительная цифра: 15 000 (Вт) х 0,7 (коэффициент одновременности 70 %) = 10 500 Вт (или 10,5 кВт) — на эту нагрузку должен быть рассчитан кабель.

Также вам необходимо определить, из какого материала будут выполнены жилы кабеля, поскольку разные металлы имеют разные проводящие свойства. В жилых помещениях в основном используют медный кабель, поскольку его проводящие свойства намного превышают показатели алюминия.

Стоит учитывать, что кабель обязательно должен иметь три жилы, поскольку в помещениях для системы электроснабжения требуется заземление. Кроме того, необходимо определить, какой вид монтажа вы будете использовать — открытый или скрытый (под штукатуркой или в трубах), поскольку от этого также зависит расчет сечения кабеля. После того как вы определились с нагрузкой, материалом жилы и видом монтажа, вы можете посмотреть нужное сечение кабеля в таблице.

Расчет сечения кабеля по току

Сначала необходимо осуществить расчет электрических нагрузок на кабель и выяснить мощность. Допустим, что мощность получилась 4,75 кВт, мы решили использовать медный кабель (провод) и прокладывать его в кабель-канале. производится по формуле I = W/U, где W — мощность, а U — напряжение, которое составляет 220 В. В соответствии с данной формулой, 4750/220 = 21,6 А. Далее смотрим по таблице 3, у нас получается 2,5 мм.

Таблица 3. Допустимые токовые нагрузки для кабеля с медными жилами прокладываемого скрыто

Сечение жил, мм Медные жилы, провода и кабели
Напряжение 220 В Напряжение 380 В
1,5 19 16
2,5 27 25
4 38 30
6 46 40
10 70 50
16 85 75
25 115 90
35 135 115
50 175 145
70 215 180
95 260 220
120 300 260

Рекомендуем также

9.

3 Удельное сопротивление и сопротивление — University Physics Volume 2

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Различать сопротивление и удельное сопротивление
  • Дайте определение термину проводимость
  • Опишите электрический компонент, известный как резистор
  • Укажите зависимость между сопротивлением резистора и его длиной, площадью поперечного сечения и удельным сопротивлением
  • Укажите зависимость между удельным сопротивлением и температурой

Что управляет током? Мы можем думать о различных устройствах, таких как батареи, генераторы, настенные розетки и т. д., которые необходимы для поддержания тока.Все подобные устройства создают разность потенциалов и называются источниками напряжения. Когда источник напряжения подключен к проводнику, он прикладывает разность потенциалов В , которая создает электрическое поле. Электрическое поле, в свою очередь, воздействует на свободные заряды, вызывая ток. Величина тока зависит не только от величины напряжения, но и от характеристик материала, через который протекает ток. Материал может сопротивляться потоку зарядов, и мера того, насколько материал сопротивляется потоку зарядов, известна как удельное сопротивление .Это удельное сопротивление грубо аналогично трению между двумя материалами, которые сопротивляются движению.

Удельное сопротивление

Когда к проводнику прикладывается напряжение, создается электрическое поле E→E→, и заряды в проводнике испытывают силу электрического поля. Полученная плотность тока J→J→ зависит от электрического поля и свойств материала. Эта зависимость может быть очень сложной. В некоторых материалах, в том числе и в металлах, при данной температуре плотность тока примерно пропорциональна напряженности электрического поля.В этих случаях плотность тока может быть смоделирована как

, где σσ — электропроводность. Электропроводность аналогична теплопроводности и является мерой способности материала проводить или передавать электричество. Проводники имеют более высокую электропроводность, чем изоляторы. Поскольку электропроводность σ=J/Eσ=J/E, единицы измерения равны

. σ=[J][E]=A/m2V/m=AV·m.σ=[J][E]=A/m2V/m=AV·m.

Здесь мы определяем единицу измерения, называемую ом с греческой буквой омега в верхнем регистре, ΩΩ.Единица названа в честь Георга Симона Ома, о котором мы поговорим позже в этой главе. Ом используется, чтобы избежать путаницы с цифрой 0. Один ом равен одному вольту на ампер: 1 Ом = 1 В/A1 Ом = 1 В/А. Таким образом, единицами измерения электропроводности являются (Ом·м)−1(Ом·м)−1.

Проводимость — это неотъемлемое свойство материала. Другим неотъемлемым свойством материала является удельное сопротивление или удельное электрическое сопротивление. Удельное сопротивление материала является мерой того, насколько сильно материал сопротивляется прохождению электрического тока.Символ удельного сопротивления — строчная греческая буква ро, ρρ, а удельное сопротивление — величина, обратная электрической проводимости:

.

Единицей удельного сопротивления в системе СИ является омметр (Ом·м)(Ом·м). Мы можем определить удельное сопротивление через электрическое поле и плотность тока,

Чем больше удельное сопротивление, тем большее поле необходимо для создания данной плотности тока. Чем ниже удельное сопротивление, тем больше плотность тока, создаваемая данным электрическим полем. Хорошие проводники имеют высокую проводимость и низкое удельное сопротивление.Хорошие изоляторы имеют низкую проводимость и высокое удельное сопротивление. В таблице 9.1 приведены значения удельного сопротивления и проводимости для различных материалов.

Материал Электропроводность, σσ
(Ом·м)−1(Ом·м)−1
Удельное сопротивление, ρρ
(Ом·м)(Ом·м)
Температура
Коэффициент, αα
(°C)−1(°C)−1
Проводники
Серебро 6. 29×1076,29×107 1,59×10−81,59×10−8 0,0038
Медь 5,95×1075,95×107 1,68×10−81,68×10−8 0,0039
Золото 4,10×1074,10×107 2,44×10−82,44×10−8 0,0034
Алюминий 3,77×1073,77×107 2,65×10−82,65×10−8 0,0039
Вольфрам 1,79×1071,79×107 5. 60×10−85,60×10−8 0,0045
Железо 1,03×1071,03×107 9,71×10−89,71×10−8 0,0065
Платина 0,94×1070,94×107 10,60×10−810,60×10−8 0,0039
Сталь 0,50×1070,50×107 20,00×10-820,00×10-8
Свинец 0,45×1070,45×107 22,00×10−822,00×10−8
Манганин (сплав Cu, Mn, Ni) 0. 21×1070,21×107 48,20×10−848,20×10−8 0,000002
Константан (сплав Cu, Ni) 0,20×1070,20×107 49,00×10−849,00×10−8 0,00003
Меркурий 0,10×1070,10×107 98,00×10−898,00×10−8 0,0009
Нихром (сплав Ni, Fe, Cr) 0,10×1070,10×107 100,00×10-8100,00×10-8 0,0004
Полупроводники [1]
Углерод (чистый) 2. 86×1042,86×104 3,50×10-53,50×10-5 −0,0005
Углерод (2,86-1,67)×10-6(2,86-1,67)×10-6 (3,5-60)×10-5(3,5-60)×10-5 −0,0005
Германий (чистый) 600×10−3600×10−3 −0,048
Германий (1-600)×10-3(1-600)×10-3 −0,050
Кремний (чистый) 2300 −0. 075
Кремний 0,1-23000,1-2300 −0,07
Изоляторы
Янтарный 2,00×10-152,00×10-15 5×10145×1014
Стекло 10-9-10-1410-9-10-14 109−1014109−1014
Люцит <10-13<10-13 >1013>1013
Слюда 10-11-10-1510-11-10-15 1011−10151011−1015
Кварц (плавленый) 1. 33×10–181,33×10–18 75×101675×1016
Резина (твердая) 10-13-10-1610-13-10-16 1013−10161013−1016
Сера 10-1510-15 10151015
Тефлон ТМ <10-13<10-13 >1013>1013
Дерево 10-8-10-1110-8-10-11 108−1011108−1011

Стол 9. 1 Удельное сопротивление и проводимость различных материалов при 20 °C [1] Значения сильно зависят от количества и типов примесей.

Материалы, перечисленные в таблице, разделены на категории проводников, полупроводников и изоляторов на основе широких групп удельного сопротивления. Проводники имеют наименьшее удельное сопротивление, а изоляторы — наибольшее; полупроводники имеют промежуточное удельное сопротивление. Проводники имеют разную, но большую плотность свободного заряда, в то время как большинство зарядов в изоляторах связаны с атомами и не могут свободно перемещаться.Полупроводники занимают промежуточное положение, имея гораздо меньше свободных зарядов, чем проводники, но обладая свойствами, из-за которых количество свободных зарядов сильно зависит от типа и количества примесей в полупроводнике. Эти уникальные свойства полупроводников используются в современной электронике, что мы и рассмотрим в последующих главах.

Проверьте свое понимание 9,5

Проверьте свое понимание Медные провода обычно используются для удлинителей и домашней электропроводки по нескольким причинам. Медь имеет самый высокий показатель электропроводности и, следовательно, самый низкий показатель удельного сопротивления из всех недрагоценных металлов. Также важна прочность на растяжение, где прочность на растяжение является мерой силы, необходимой для того, чтобы потянуть объект до точки, где он сломается. Прочность материала на растяжение – это максимальное растягивающее усилие, которое он может выдержать, прежде чем разорвется. Медь имеет высокую прочность на растяжение, 2×108 Нм22×108 Нм2. Третьей важной характеристикой является пластичность. Пластичность — это мера способности материала втягиваться в провода и мера гибкости материала, а медь обладает высокой пластичностью.Подводя итог, можно сказать, что для того, чтобы проводник был подходящим кандидатом для изготовления проволоки, необходимо, по крайней мере, три важные характеристики: низкое удельное сопротивление, высокая прочность на растяжение и высокая пластичность. Какие еще материалы используются для электропроводки и в чем их преимущества и недостатки?

Температурная зависимость удельного сопротивления

Взглянув на Таблицу 9. 1, вы увидите столбец с надписью «Температурный коэффициент». Удельное сопротивление некоторых материалов сильно зависит от температуры. В некоторых материалах, таких как медь, удельное сопротивление увеличивается с повышением температуры.На самом деле у большинства проводящих металлов удельное сопротивление увеличивается с повышением температуры. Повышение температуры вызывает усиление колебаний атомов в структуре решетки металлов, которые препятствуют движению электронов. В других материалах, таких как углерод, удельное сопротивление уменьшается с повышением температуры. Во многих материалах зависимость приблизительно линейна и может быть смоделирована линейным уравнением:

ρ≈ρ0[1+α(T−T0)],ρ≈ρ0[1+α(T−T0)],

9,7

, где ρρ — удельное сопротивление материала при температуре T , αα — температурный коэффициент материала, а ρ0ρ0 — удельное сопротивление при T0T0, обычно принимаемое за T0=20.00°СТ0=20,00°С.

Отметим также, что температурный коэффициент αα отрицателен для полупроводников, перечисленных в Таблице 9. 1, а это означает, что их удельное сопротивление уменьшается с повышением температуры. Они становятся лучшими проводниками при более высокой температуре, потому что повышенное тепловое возбуждение увеличивает количество свободных зарядов, доступных для переноса тока. Это свойство уменьшения ρρ с температурой также связано с типом и количеством примесей, присутствующих в полупроводниках.

Сопротивление

Теперь рассмотрим сопротивление провода или компонента.Сопротивление является мерой 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.

Для расчета сопротивления рассмотрим отрезок проводника с площадью поперечного сечения А , длиной L и удельным сопротивлением ρ. ρ. Через проводник подключена батарея, обеспечивающая на нем разность потенциалов ΔVΔV (рис. 9.13). Разность потенциалов создает электрическое поле, пропорциональное плотности тока, согласно формуле E→=ρJ→E→=ρJ→.

Фигура 9.13 На отрезок проводника с площадью поперечного сечения А и длиной L подается потенциал, обеспечиваемый батареей.

Величина электрического поля на отрезке проводника равна напряжению, деленному на длину, E=V/LE=V/L, а величина плотности тока равна силе тока, деленной на сечение площадь сечения, J=I/A.J=I/A. Используя эту информацию и вспомнив, что электрическое поле пропорционально удельному сопротивлению и плотности тока, мы можем увидеть, что напряжение пропорционально току:

E=ρJVL=ρIAV=(ρLA)I.E=ρJVL=ρIAV=(ρLA)I.

Сопротивление

Отношение напряжения к току определяется как сопротивление R :

Сопротивление цилиндрического сегмента проводника равно удельному сопротивлению материала, умноженному на длину, деленную на площадь:

R≡VI=ρLA. R≡VI=ρLA.

9,9

Единицей сопротивления является ом, ΩΩ. Для данного напряжения, чем выше сопротивление, тем меньше ток.

Резисторы

Обычным компонентом электронных схем является резистор. Резистор можно использовать для уменьшения протекающего тока или обеспечения падения напряжения. На рис. 9.14 показаны символы, используемые для обозначения резистора на принципиальных схемах цепи. Два широко используемых стандарта для принципиальных схем предоставлены Американским национальным институтом стандартов (ANSI, произносится как «AN-see») и Международной электротехнической комиссией (IEC).Обе системы широко используются. В этом тексте мы используем стандарт ANSI для его визуального распознавания, но мы отмечаем, что для более крупных и сложных схем стандарт IEC может иметь более четкое представление, что облегчает его чтение.

Фигура 9.14 Обозначения резисторов, используемые на принципиальных схемах. а) символ ANSI; (b) символ МЭК.

Зависимость сопротивления от материала и формы

Резистор можно смоделировать в виде цилиндра с площадью поперечного сечения A и длиной L , изготовленного из материала с удельным сопротивлением ρρ (рисунок 9.15). Сопротивление резистора R=ρLAR=ρLA.

Фигура 9.15 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 А , тем меньше его сопротивление.

Наиболее распространенным материалом для изготовления резисторов является углерод.Углеродная дорожка намотана на керамический сердечник, и к нему присоединены два медных вывода. Второй тип резистора — это металлопленочный резистор, который также имеет керамический сердечник. Дорожка изготовлена ​​из оксида металла, обладающего полупроводниковыми свойствами, подобными углероду. Снова в концы резистора вставлены медные выводы. Затем резистор окрашивается и маркируется для идентификации. Резистор имеет четыре цветные полосы, как показано на рис. 9.16.

Фигура 9.16 Многие резисторы напоминают рисунок, показанный выше.Четыре полосы используются для идентификации резистора. Первые две цветные полосы представляют первые две цифры сопротивления резистора. Третий цвет — множитель. Четвертый цвет представляет допуск резистора. Показанный резистор имеет сопротивление 20×105 Ом±10 %20×105 Ом±10 %.

Диапазон сопротивлений превышает много порядков. Некоторые керамические изоляторы, например те, которые используются для поддержки линий электропередач, имеют сопротивление 1012 Ом 1012 Ом и более. У сухого человека сопротивление между руками и ногами может составлять 105 Ом 105 Ом, тогда как сопротивление человеческого сердца составляет около 103 Ом 103 Ом. Кусок медной проволоки большого диаметра метровой длины может иметь сопротивление 10-5 Ом 10-5 Ом, а сверхпроводники вообще не имеют сопротивления при низких температурах. Как мы видели, сопротивление связано с формой объекта и материалом, из которого он состоит.

Пример 9,5

Плотность тока, сопротивление и электрическое поле для провода с током
Рассчитайте плотность тока, сопротивление и электрическое поле медного провода длиной 5 м и диаметром 2.053 мм (калибр 12) с током I=10 мАI=10 мА.
Стратегия
Мы можем рассчитать плотность тока, сначала найдя площадь поперечного сечения провода, которая составляет A=3,31 мм2, A=3,31 мм2, и определение плотности тока J=IAJ=IA. Сопротивление можно найти, используя длину провода L=5,00мL=5,00м, площадь и удельное сопротивление меди ρ=1,68×10-8Ом·мρ=1,68×10-8Ом·м, где R=ρLAR= рЛА. По удельному сопротивлению и плотности тока можно найти электрическое поле.
Решение
Сначала вычисляем плотность тока: J=IA=10×10-3A3. 31×10-6м2=3,02×103Ам2.J=IA=10×10-3A3,31×10-6м2=3,02×103Ам2.

Сопротивление провода

R=ρLA=(1,68×10-8Ом·м)5,00м3,31×10-6м2=0,025Ом. R=ρLA=(1,68×10-8Ом·м)5,00м3,31×10-6м2=0,025Ом.

Наконец, мы можем найти электрическое поле:

E=ρJ=1,68×10-8Ом·м(3,02×103Ам2)=5,07×10-5Вм. E=ρJ=1,68×10-8Ом·м(3,02×103Ам2)=5,07×10-5Вм.
Значение
Из этих результатов неудивительно, что медь используется для проводов для передачи тока, 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, так как R0R0 прямо пропорционально ρ.ρ. Для цилиндра мы знаем R=ρLAR=ρLA, поэтому, если L и A не сильно меняются с температурой, то R имеет такую ​​же температурную зависимость, как и ρ.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. )ρ.) Таким образом,

R=R0(1+αΔT)R=R0(1+αΔT)

9.10

— температурная зависимость сопротивления объекта, где R0R0 — исходное сопротивление (обычно принимается равным 20,00°С)20,00°С) и R — сопротивление после изменения температуры ΔT.ΔT. Цветовой код показывает сопротивление резистора при температуре T=20,00°CT=20,00°C.

Многие термометры основаны на влиянии температуры на сопротивление (рис. 9.17). Один из наиболее распространенных термометров основан на термисторе, полупроводниковом кристалле с сильной температурной зависимостью, сопротивление которого измеряется для получения его температуры.Устройство маленькое, поэтому быстро приходит в тепловое равновесие с той частью человека, к которой прикасается.

Фигура 9.17 Эти знакомые термометры основаны на автоматизированном измерении сопротивления термистора в зависимости от температуры.

Пример 9,6

Расчет сопротивления
Хотя следует соблюдать осторожность при применении ρ=ρ0(1+αΔT)ρ=ρ0(1+αΔT) и R=R0(1+αΔT)R=R0(1+αΔT) для температурных изменений более 100°C100°C , для вольфрама уравнения работают достаточно хорошо при очень больших изменениях температуры. Вольфрамовая нить при 20°C20°C имеет сопротивление 0,350 Ом 0,350 Ом. Чему будет равно сопротивление, если температуру увеличить до 2850°C2850°C?
Стратегия
Это простое применение R=R0(1+αΔT)R=R0(1+αΔT), поскольку исходное сопротивление нити накала определяется как R0=0,350 Ом, R0=0,350 Ом, а изменение температуры равно ΔT=2830°CΔT. =2830°С.
Решение
Сопротивление более горячей нити накала R получается путем ввода известных значений в приведенное выше уравнение: R=R0(1+αΔT)=(0.350 Ом)[1+(4,5×10−3°C)(2830°C)]=4,8Ω.R=R0(1+αΔT)=(0,350Ω)[1+(4,5×10−3°C)( 2830°С)]=4,8 Ом.
Значение
Обратите внимание, что сопротивление изменяется более чем в 10 раз, когда нить нагревается до высокой температуры, а ток через нить зависит от сопротивления нити и приложенного напряжения. Если нить используется в лампе накаливания, начальный ток через нить при первом включении лампы будет выше, чем ток после того, как нить достигнет рабочей температуры.

Проверьте свое понимание 9,6

Проверьте свое понимание Тензодатчик — это электрическое устройство для измерения деформации, как показано ниже. Он состоит из гибкой изолирующей подложки, поддерживающей узор из проводящей фольги. Сопротивление фольги изменяется по мере растяжения подложки. Как изменится сопротивление тензорезистора? Влияет ли на тензодатчик изменение температуры?

Пример 9,7

Сопротивление коаксиального кабеля
Длинные кабели иногда могут действовать как антенны, улавливая электронные шумы, то есть сигналы от другого оборудования и приборов.Коаксиальные кабели используются во многих приложениях, требующих устранения этого шума. Например, их можно найти дома в соединениях кабельного телевидения или других аудиовизуальных соединениях. Коаксиальные кабели состоят из внутреннего проводника радиуса riri, окруженного вторым, внешним концентрическим проводником радиуса roro (рис. 9.18). Пространство между ними обычно заполнено изолятором, например, полиэтиленом. Между двумя проводниками возникает небольшой радиальный ток утечки.Определить сопротивление коаксиального кабеля длиной L Ом.

Фигура 9.18 Коаксиальные кабели состоят из двух концентрических проводников, разделенных изоляцией. Они часто используются в кабельном телевидении или других аудиовизуальных соединениях.

Стратегия
Мы не можем использовать уравнение R=ρLAR=ρLA напрямую. Вместо этого рассмотрим концентрические цилиндрические оболочки толщиной dr и проинтегрируем.
Решение
Сначала мы находим выражение для dR , а затем интегрируем от рири до роро, dR=ρAdr=ρ2πrLdr,R=∫rirodR=∫riroρ2πrLdr=ρ2πL∫riro1rdr=ρ2πLlnrori.dR=ρAdr=ρ2πrLdr,R=∫rirodR=∫riroρ2πrLdr=ρ2πL∫riro1rdr=ρ2πLlnrori.
Значение
Сопротивление коаксиального кабеля зависит от его длины, внутреннего и внешнего радиусов и удельного сопротивления материала, разделяющего два проводника. Поскольку это сопротивление не бесконечно, между двумя проводниками возникает небольшой ток утечки. Этот ток утечки приводит к затуханию (или ослаблению) сигнала, передаваемого по кабелю.

Проверьте свое понимание 9,7

Проверьте свои знания Сопротивление между двумя проводниками коаксиального кабеля зависит от удельного сопротивления материала, разделяющего два проводника, длины кабеля и внутреннего и внешнего радиусов двух проводников.Если вы проектируете коаксиальный кабель, как сопротивление между двумя проводниками зависит от этих переменных?

открытых учебников | Сиявула

Математика

Наука

    • Читать онлайн
    • Учебники

      • Английский

        • Класс 7А

        • Класс 7Б

        • Класс 7 (объединенные А и В)

      • Африкаанс

        • Граад 7А

        • Граад 7Б

        • Graad 7 (A en B saam)

    • Пособия для учителя

    • Читать онлайн
    • Учебники

      • Английский

        • Класс 8А

        • Класс 8Б

        • Класс 8 (объединенные A и B)

      • Африкаанс

        • Граад 8А

        • Граад 8Б

        • Graad 8 (A en B saam)

    • Пособия для учителей

    • Читать онлайн
    • Учебники

      • Английский

        • Класс 9А

        • Класс 9Б

        • Класс 9 (объединенные А и В)

      • Африкаанс

        • Граад 9А

        • Граад 9Б

        • Graad 9 (A en B saam)

    • Пособия для учителя

    • Читать онлайн
    • Учебники

      • Английский

        • Класс 4А

        • Класс 4Б

        • Класс 4 (объединенные А и В)

      • Африкаанс

        • Граад 4А

        • Граад 4Б

        • Graad 4 (A en B saam)

    • Пособия для учителя

    • Читать онлайн
    • Учебники

      • Английский

        • Класс 5А

        • Класс 5Б

        • Класс 5 (объединенные А и В)

      • Африкаанс

        • Граад 5А

        • Граад 5Б

        • Graad 5 (A en B saam)

    • Пособия для учителя

    • Читать онлайн
    • Учебники

      • Английский

        • Класс 6А

        • Класс 6Б

        • Класс 6 (объединенные А и В)

      • Африкаанс

        • Граад 6А

        • Граад 6Б

        • Graad 6 (A en B saam)

    • Пособия для учителя

Лицензия на нашу книгу

Эти книги не только бесплатны, но и имеют открытую лицензию! Один и тот же контент, но разные версии (фирменные или нет) имеют разные лицензии, как объяснено:

CC-BY-ND (фирменные версии)

Вам разрешается и поощряется свободное копирование этих версий. Вы можете копировать, распечатывать и распространять их столько раз, сколько захотите. Вы можете загрузить их на свой мобильный телефон, iPad, ПК или флешку. Вы можете записать их на компакт-диск, отправить по электронной почте или загрузить на свой веб-сайт. Единственное ограничение заключается в том, что вы не можете каким-либо образом адаптировать или изменять эти версии учебников, их содержание или обложки, поскольку они содержат соответствующие бренды Siyavula, логотипы спонсоров и одобрены Департаментом базового образования. Для получения дополнительной информации посетите Creative Commons Attribution-NoDerivs 3.0 Непортированный.

Узнайте здесь больше о спонсорстве и партнерстве с другими, которые сделали возможным выпуск каждого из открытых учебников.

CC-BY (версии без торговой марки)

Эти небрендированные версии одного и того же контента доступны для совместного использования, адаптации, преобразования, изменения или дальнейшего развития любым способом, при единственном требовании — отдать должное Сиявуле. Для получения дополнительной информации посетите Creative Commons Attribution 3.0 Unported.

9.3 Удельное сопротивление и сопротивление — University Physics Volume 2

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Различие между сопротивлением и удельным сопротивлением
  • Дайте определение термину проводимость
  • Опишите электрический компонент, известный как резистор
  • Укажите зависимость между сопротивлением резистора и его длиной, площадью поперечного сечения и удельным сопротивлением
  • Укажите зависимость между удельным сопротивлением и температурой

Что управляет током? Мы можем думать о различных устройствах, таких как батареи, генераторы, настенные розетки и т. д., которые необходимы для поддержания тока.Все подобные устройства создают разность потенциалов и называются источниками напряжения. Когда источник напряжения подключен к проводнику, он прикладывает разность потенциалов В , которая создает электрическое поле. Электрическое поле, в свою очередь, воздействует на свободные заряды, вызывая ток. Величина тока зависит не только от величины напряжения, но и от характеристик материала, через который протекает ток. Материал может сопротивляться потоку зарядов, и мера того, насколько материал сопротивляется потоку зарядов, известна как удельное сопротивление .Это удельное сопротивление грубо аналогично трению между двумя материалами, которые сопротивляются движению.

Удельное сопротивление

Когда к проводнику прикладывается напряжение, создается электрическое поле [латекс]\stackrel{\to }{\textbf{E}}[/латекс], и заряды в проводнике испытывают силу электрического поля. Полученная плотность тока [латекс]\stackrel{\to }{\textbf{J}}[/латекс] зависит от электрического поля и свойств материала. Эта зависимость может быть очень сложной.В некоторых материалах, в том числе и в металлах, при данной температуре плотность тока примерно пропорциональна напряженности электрического поля. В этих случаях плотность тока может быть смоделирована как

[латекс]\stackrel{\to }{\textbf{J}}=\sigma \stackrel{\to }{\textbf{E}},[/latex]

где [латекс]\сигма[/латекс] — электропроводность . Электропроводность аналогична теплопроводности и является мерой способности материала проводить или передавать электричество.{2}}{\text{В/м}}=\frac{\text{A}}{\text{V}·\text{м}}.[/latex]

Здесь мы определяем единицу измерения с именем Ом с греческой буквой омега в верхнем регистре, [латекс]\текст{Ом}[/латекс]. Единица названа в честь Георга Симона Ома, о котором мы поговорим позже в этой главе. [latex]\text{Ω}[/latex] используется, чтобы избежать путаницы с числом 0. Один ом равен одному вольту на ампер: [latex]1\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text {Ω}\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}=1\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{V/A}[/latex]. Таким образом, единицами электропроводности являются [латекс] {\ влево (\ фантом {\ правило {0.{-1}[/латекс].

Проводимость – это неотъемлемое свойство материала. Другим внутренним свойством материала является удельное сопротивление или удельное электрическое сопротивление. Удельное сопротивление материала является мерой того, насколько сильно материал сопротивляется прохождению электрического тока. Символом удельного сопротивления является строчная греческая буква rho, [латекс]\rho[/латекс], а удельное сопротивление является обратной величиной электропроводности:

[латекс]\rho =\frac{1}{\sigma}.[/latex]

Единицей удельного сопротивления в системе СИ является ом-метр [латекс]\left(\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{Ω}\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}·\text{m}\right)[/latex]. Мы можем определить удельное сопротивление через электрическое поле и плотность тока,

[латекс]\rho =\frac{E}{J}.[/латекс]

Чем больше удельное сопротивление, тем большее поле необходимо для создания данной плотности тока. Чем ниже удельное сопротивление, тем больше плотность тока, создаваемая данным электрическим полем. Хорошие проводники имеют высокую проводимость и низкое удельное сопротивление. Хорошие изоляторы имеют низкую проводимость и высокое удельное сопротивление.{11}[/латекс]

Материалы, перечисленные в таблице, разделены на категории проводников, полупроводников и изоляторов на основе широких групп удельного сопротивления. Проводники имеют наименьшее удельное сопротивление, а изоляторы — наибольшее; полупроводники имеют промежуточное удельное сопротивление. Проводники имеют разную, но большую плотность свободного заряда, в то время как большинство зарядов в изоляторах связаны с атомами и не могут свободно перемещаться. Полупроводники занимают промежуточное положение, имея гораздо меньше свободных зарядов, чем проводники, но обладая свойствами, из-за которых количество свободных зарядов сильно зависит от типа и количества примесей в полупроводнике.Эти уникальные свойства полупроводников используются в современной электронике, что мы и рассмотрим в последующих главах.

Проверьте свое понимание

Медные провода

обычно используются для удлинителей и домашней проводки по нескольким причинам. Медь имеет самый высокий показатель электропроводности и, следовательно, самый низкий показатель удельного сопротивления из всех недрагоценных металлов. Также важна прочность на растяжение, где прочность на растяжение является мерой силы, необходимой для того, чтобы потянуть объект до точки, где он сломается.{2}}[/латекс]. Третьей важной характеристикой является пластичность. Пластичность — это мера способности материала втягиваться в провода и мера гибкости материала, а медь обладает высокой пластичностью. Подводя итог, можно сказать, что для того, чтобы проводник был подходящим кандидатом для изготовления проволоки, необходимо, по крайней мере, три важные характеристики: низкое удельное сопротивление, высокая прочность на растяжение и высокая пластичность. Какие еще материалы используются для электропроводки и в чем их преимущества и недостатки?

Показать раствор

Серебро, золото и алюминий используются для изготовления проводов.Все четыре материала имеют высокую проводимость, серебро имеет самую высокую. Все четыре легко вытягиваются в провода и обладают высокой прочностью на растяжение, хотя и не такой высокой, как у меди. Очевидным недостатком золота и серебра является стоимость, но серебряные и золотые провода используются для специальных применений, таких как провода для громкоговорителей. Золото не окисляется, что обеспечивает лучшее соединение между компонентами. У алюминиевых проводов есть свои недостатки. Алюминий имеет более высокое удельное сопротивление, чем медь, поэтому требуется больший диаметр, чтобы соответствовать сопротивлению на длину медных проводов, но алюминий дешевле меди, так что это не главный недостаток.Алюминиевые проволоки не обладают такой высокой пластичностью и прочностью на растяжение, как медь, но пластичность и прочность на растяжение находятся в пределах допустимых уровней. Есть несколько проблем, которые необходимо решить при использовании алюминия, и необходимо соблюдать осторожность при выполнении соединений. Алюминий имеет более высокую скорость теплового расширения, чем медь, что может привести к ослаблению соединений и возможной опасности возгорания. Окисление алюминия не проходит и может вызвать проблемы. При использовании алюминиевых проводов необходимо использовать специальные методы, а такие компоненты, как электрические розетки, должны быть рассчитаны на прием алюминиевых проводов.

Температурная зависимость удельного сопротивления

Взглянув на Таблицу 9.1, вы увидите столбец с надписью «Температурный коэффициент». Удельное сопротивление некоторых материалов сильно зависит от температуры. В некоторых материалах, таких как медь, удельное сопротивление увеличивается с повышением температуры. На самом деле у большинства проводящих металлов удельное сопротивление увеличивается с повышением температуры. Повышение температуры вызывает усиление колебаний атомов в структуре решетки металлов, которые препятствуют движению электронов.В других материалах, таких как углерод, удельное сопротивление уменьшается с повышением температуры. Во многих материалах зависимость приблизительно линейна и может быть смоделирована линейным уравнением:

[латекс]\rho \ приблизительно {\rho}_{0}\left[1+\alpha \left(T-{T}_{0}\right)\right],[/latex]

где [латекс]\ро[/латекс] — удельное сопротивление материала при температуре Тл , [латекс]\альфа[/латекс] — температурный коэффициент материала, а [латекс]{\ро }_{ 0}[/latex] — удельное сопротивление в точке [латекс]{T}_{0}[/латекс], обычно принимаемое за [латекс]{T}_{0}=20.00\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{°}\text{C}[/latex].

Отметим также, что температурный коэффициент [латекс]\альфа[/латекс] отрицателен для полупроводников, перечисленных в таблице 9.1, а это означает, что их удельное сопротивление уменьшается с повышением температуры. Они становятся лучшими проводниками при более высокой температуре, потому что повышенное тепловое возбуждение увеличивает количество свободных зарядов, доступных для переноса тока. Это свойство уменьшаться [латекс]\ро[/латекс] с температурой также связано с типом и количеством примесей, присутствующих в полупроводниках.

Сопротивление

Теперь рассмотрим сопротивление провода или компонента. Сопротивление является мерой 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.

Для расчета сопротивления рассмотрим отрезок проводника с площадью поперечного сечения A , длиной L и удельным сопротивлением [латекс]\rho .[/latex] К проводнику подключена батарея, создающая на нем разность потенциалов [latex]\text{Δ}V[/latex] (рис. 9.13). Разность потенциалов создает электрическое поле, пропорциональное плотности тока, согласно [латекс]\stackrel{\to }{\textbf{E}}=\rho \stackrel{\to }{\textbf{J}}[ /латекс].

Рисунок 9.13  Потенциал, обеспечиваемый батареей, приложен к отрезку проводника с площадью поперечного сечения A и длиной L.

Величина электрического поля на отрезке проводника равна напряжению, деленному на длину, [latex]E=V\text{/}L[/latex], а величина плотности тока равна ток, разделенный на площадь поперечного сечения, [латекс]J=I\текст{/}A.[/latex] Используя эту информацию и вспомнив, что электрическое поле пропорционально удельному сопротивлению и плотности тока, мы можем увидеть, что напряжение пропорционально току:

[латекс]\begin{array}{c}E=\rho J\hfill \\ \frac{V}{L}=\rho \frac{I}{A}\hfill \\ V=\left(\ ро \frac{L}{A}\right)I.\hfill \end{массив}[/latex]

Сопротивление

Отношение напряжения к току определяется как сопротивление R :

[латекс]R\equiv \frac{V}{I}.[/латекс]

Сопротивление цилиндрического сегмента проводника равно удельному сопротивлению материала, умноженному на длину, деленную на площадь:

[латекс]R\equiv \frac{V}{I}=\rho \frac{L}{A}.[/latex]

Единицей сопротивления является ом, [латекс]\текст{Ом}[/латекс]. Для данного напряжения, чем выше сопротивление, тем меньше ток.

Резисторы

Обычным компонентом электронных схем является резистор. Резистор можно использовать для уменьшения протекающего тока или обеспечения падения напряжения.На рис. 9.14 показаны символы, используемые для обозначения резистора на принципиальных схемах цепи. Два широко используемых стандарта для принципиальных схем предоставлены Американским национальным институтом стандартов (ANSI, произносится как «AN-see») и Международной электротехнической комиссией (IEC). Обе системы широко используются. В этом тексте мы используем стандарт ANSI для его визуального распознавания, но мы отмечаем, что для более крупных и сложных схем стандарт IEC может иметь более четкое представление, что облегчает его чтение.

Рисунок 9.14  Обозначения резистора, используемые на принципиальных схемах. а) символ ANSI; (b) символ МЭК.
Зависимость сопротивления от материала и формы

Резистор можно смоделировать в виде цилиндра с площадью поперечного сечения A и длиной L , изготовленного из материала с удельным сопротивлением [латекс]\ро[/латекс] (рис. 9.15). Сопротивление резистора равно [латекс]R=\rho \frac{L}{A}[/латекс].

Рисунок 9.15  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 А, тем меньше его сопротивление.

Наиболее распространенным материалом для изготовления резисторов является углерод. Углеродная дорожка намотана на керамический сердечник, и к нему присоединены два медных вывода. Второй тип резистора — это металлопленочный резистор, который также имеет керамический сердечник. Дорожка изготовлена ​​из оксида металла, обладающего полупроводниковыми свойствами, подобными углероду.Снова в концы резистора вставлены медные выводы. Затем резистор окрашивается и маркируется для идентификации. Резистор имеет четыре цветные полосы, как показано на рис. 9.16.

Рисунок 9.16  Многие резисторы похожи на рисунок, показанный выше. Четыре полосы используются для идентификации резистора. Первые две цветные полосы представляют первые две цифры сопротивления резистора. Третий цвет — множитель. Четвертый цвет представляет допуск резистора.{-5}\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{Ω}[/latex], а сверхпроводники вообще не имеют сопротивления при низких температурах. Как мы видели, сопротивление связано с формой объекта и материалом, из которого он состоит.

Пример

Плотность тока, сопротивление и электрическое поле для провода с током

Рассчитайте плотность тока, сопротивление и электрическое поле 5-метрового медного провода диаметром 2,053 мм (калибр 12), по которому течет ток [латекс]I=10\phantom{\rule{0.{-5}\frac{\text{V}}{\text{m}}.[/latex]

Значение

Из этих результатов неудивительно, что медь используется для проводов для передачи тока, 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, так как [латекс]{R}_{0}[/латекс] прямо пропорционально [латекс]\rho .[/латекс] Для цилиндра мы знаем [латекс]R =\rho \frac{L}{A}[/latex], поэтому, если L и A не сильно меняются с температурой, R имеет ту же температурную зависимость, что и [latex]\rho .[/latex] (Изучение 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 [латекс]\ро .[/латекс]) Таким образом,

[латекс]R={R}_{0}\влево(1+\альфа \текст{Δ}T\вправо)[/латекс]

— температурная зависимость сопротивления объекта, где [латекс]{R}_{0}[/латекс] — исходное сопротивление (обычно принимается равным [латекс]20.00\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{°}\text{C}[/latex]), а R — сопротивление после изменения температуры [латекс]\text{Δ}T. [/latex] Цветовой код показывает сопротивление резистора при температуре [latex]T=20,00\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{°}\text{C}[/latex] .

Многие термометры основаны на влиянии температуры на сопротивление (рис. 9.17). Один из наиболее распространенных термометров основан на термисторе, полупроводниковом кристалле с сильной температурной зависимостью, сопротивление которого измеряется для получения его температуры.Устройство маленькое, поэтому быстро приходит в тепловое равновесие с той частью человека, к которой прикасается.

Рисунок 9.17  Эти известные термометры основаны на автоматизированном измерении сопротивления термистора в зависимости от температуры.

Пример

Расчет сопротивления

Хотя следует соблюдать осторожность при применении [латекс]\rho ={\rho}_{0}\left(1+\alpha \text{Δ}T\right)[/latex] и [latex]R={R }_{0}\left(1+\alpha \text{Δ}T\right)[/latex] для изменений температуры больше, чем [latex]100\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{°}\text{C}[/latex], для вольфрама уравнения работают достаточно хорошо при очень больших изменениях температуры. Вольфрамовая нить при [латекс]20\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{°}\text{C}[/latex] имеет сопротивление [латекс]0,350\phantom{\rule{0,2 em}{0ex}}\text{Ω}[/latex]. Каким будет сопротивление, если температура увеличится до [латекс]2850\фантом{\правило{0.2em}{0ex}}\текст{°}\текст{С}[/латекс]?

Стратегия

Это прямое применение [латекс]R={R}_{0}\left(1+\alpha \text{Δ}T\right)[/latex], поскольку исходное сопротивление нити определяется как [латекс]{R}_{0}=0.350\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{Ω}[/latex], а изменение температуры равно [латекс]\text{Δ}T=2830\phantom{\rule{0.2em}{0ex }}\text{°}\text{C}[/latex].

Решение
Показать ответ

Сопротивление более горячей нити накала R получается путем ввода известных значений в приведенное выше уравнение:

[латекс] R = {R} _ {0} \ влево (1+ \ альфа \ текст {Δ} T \ вправо) = \ фантом {\ правило {0.2em} {0ex}} \ влево (0,350 \ фантом { \rule{0.2em}{0ex}}\text{Ω}\right)\left[1+\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\left(\frac{4.{-3}}{\text{°}\text{C}}\right)\left(2830\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{°}\text{C}\right) \right]=4.8\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{Ω}\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}.[/latex]

Значение

Обратите внимание, что сопротивление изменяется более чем в 10 раз, когда нить нагревается до высокой температуры, а ток через нить зависит от сопротивления нити и приложенного напряжения. Если нить используется в лампе накаливания, начальный ток через нить при первом включении лампы будет выше, чем ток после того, как нить достигнет рабочей температуры.

Проверьте свое понимание

Тензорезистор — это электрическое устройство для измерения деформации, как показано ниже. Он состоит из гибкой изолирующей подложки, поддерживающей узор из проводящей фольги. Сопротивление фольги изменяется по мере растяжения подложки. Как изменится сопротивление тензорезистора? Влияет ли на тензодатчик изменение температуры?

Показать раствор

Рисунок из фольги растягивается по мере растяжения подложки, а дорожки из фольги становятся длиннее и тоньше.Поскольку сопротивление рассчитывается как [латекс]R=\rho \frac{L}{A}[/латекс], сопротивление увеличивается по мере растяжения дорожек из фольги. При изменении температуры изменяется и удельное сопротивление дорожек фольги, изменяя сопротивление. Одним из способов борьбы с этим является использование двух тензодатчиков, один из которых используется в качестве эталона, а другой используется для измерения деформации. Два тензодатчика поддерживают постоянную температуру

Пример

Сопротивление коаксиального кабеля

Длинные кабели иногда могут действовать как антенны, улавливая электронные помехи, то есть сигналы от другого оборудования и приборов.Коаксиальные кабели используются во многих приложениях, требующих устранения этого шума. Например, их можно найти дома в соединениях кабельного телевидения или других аудиовизуальных соединениях. Коаксиальные кабели состоят из внутреннего проводника радиусом [латекс] {r} _ {\ text {i}} [/латекс], окруженного вторым, внешним концентрическим проводником радиусом [латекс] {r} _ {\ text {o} }[/latex] (рис. 9.18). Пространство между ними обычно заполнено изолятором, например, полиэтиленом. Между двумя проводниками возникает небольшой радиальный ток утечки.Определить сопротивление коаксиального кабеля длиной л Ом.

Рисунок 9.18  Коаксиальные кабели состоят из двух концентрических проводников, разделенных изоляцией. Они часто используются в кабельном телевидении или других аудиовизуальных соединениях.
Стратегия

Мы не можем использовать уравнение [latex]R=\rho \frac{L}{A}[/latex] напрямую. Вместо этого рассмотрим концентрические цилиндрические оболочки толщиной dr и проинтегрируем.

Решение
Показать ответ

Сначала мы находим выражение для dR , а затем интегрируем от [латекс]{r}_{\text{i}}[/латекс] до [латекс]{г}_{\текст{о} }[/латекс],

[латекс]\begin{array}{}\\ \hfill dR& =\hfill & \frac{\rho }{A}dr=\frac{\rho}}{2\pi rL}dr,\hfill \\ \ hfill R& =\hfill & \underset{{r}_{\text{i}}}{\overset{{r}_{\text{o}}}{\int }}dR=\underset{{r} _{\text{i}}}{\overset{{r}_{\text{o}}}{\int}}\frac{\rho}}{2\pi rL}dr=\frac{\rho} {2\pi L}\underset{{r}_{\text{i}}}{\overset{{r}_{\text{o}}}{\int}}\frac{1}{r} dr = \ frac {\ rho} {2 \ pi L} \ text {ln} \ phantom {\ rule {0.2em}{0ex}}\frac{{r}_{\text{o}}}{{r}_{\text{i}}}.\hfill \end{массив}[/latex]

Значение

Сопротивление коаксиального кабеля зависит от его длины, внутреннего и внешнего радиусов и удельного сопротивления материала, разделяющего два проводника. Поскольку это сопротивление не бесконечно, между двумя проводниками возникает небольшой ток утечки. Этот ток утечки приводит к затуханию (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 радиусов двух проводников.Если вы проектируете коаксиальный кабель, как сопротивление между двумя проводниками зависит от этих переменных?

Показать раствор

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 отношение между ними, тем больше сопротивление. Если вы пытаетесь максимизировать сопротивление, выбор значений этих переменных будет зависеть от приложения.Например, если кабель должен быть гибким, выбор материалов может быть ограничен.

Резюме

  • Сопротивление измеряется в омах [латекс]\влево(\текст{Ом}\вправо)[/латекс], относительно вольт и ампер по формуле [латекс]1\фантом{\правило{0.2em}{0ex}}\ text{Ω}\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}=\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}1\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{V/ А}[/латекс].
  • Сопротивление R цилиндра длиной L и площадью поперечного сечения A равно [латекс]R=\frac{\rho L}{A}[/latex], где [латекс]\rho [/latex] — удельное сопротивление материала.
  • Значения [латекс]\ро[/латекс] в таблице 9.1 показывают, что материалы делятся на три группы: проводники, полупроводники и изоляторы.
  • Температура влияет на удельное сопротивление; для относительно небольших изменений температуры [латекс]\текст{Δ}T[/латекс], удельное сопротивление равно [латекс]\rho ={\rho }_{0}\left(1+\alpha \text{Δ}T\right )[/latex], где [latex]{\rho }_{0}[/latex] — исходное удельное сопротивление, а [latex]\alpha[/latex] — температурный коэффициент удельного сопротивления.
  • Сопротивление R объекта также зависит от температуры: [латекс]R={R}_{0}\left(1+\alpha \text{Δ}T\right)[/latex], где [латекс ]{R}_{0}[/latex] — исходное сопротивление, а R — сопротивление после изменения температуры.
Концептуальные вопросы

Падение IR на резисторе означает изменение потенциала или напряжения на резисторе. Изменяется ли ток при прохождении через резистор? Объяснять.

Поставляются ли примеси в полупроводниковых материалах, перечисленных в таблице 9.1, бесплатно? ( Совет : Изучите диапазон удельного сопротивления для каждого и определите, имеет ли чистый полупроводник более высокую или более низкую проводимость.)

Показать раствор

Удельное сопротивление углерода увеличивается с увеличением количества примесей, что означает уменьшение количества свободных зарядов.В кремнии и германии примеси уменьшают удельное сопротивление, что означает увеличение количества свободных электронов.

Зависит ли сопротивление объекта от пути прохождения тока через него? Рассмотрим, например, прямоугольный стержень — одинаково ли его сопротивление по длине и по ширине?

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

Показать раствор

Медь имеет более низкое удельное сопротивление, чем алюминий, поэтому при одинаковой длине медь должна иметь меньший диаметр.

Проблемы

Какой ток протекает через лампу фонарика на 3,00 В, если ее сопротивление в горячем состоянии равно [латекс]3,60\фантом{\правило{0,2em}{0ex}}\текст{Ом}[/латекс]?

Рассчитайте эффективное сопротивление карманного калькулятора с батареей на 1,35 В, через который протекает ток 0,200 мА.

Показать раствор

[латекс] R = 6,750 \ фантом {\ правило {0.2em} {0ex}} \ текст {k} \ фантом {\ правило {0.2em} {0ex}} \ текст {Ω} [/латекс]

Сколько вольт подается на световой индикатор DVD-плеера с сопротивлением [латекс]140\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{Ω}[/latex], учитывая, что через него проходит 25,0 мА?

Чему равно сопротивление отрезка медной проволоки 12-го калибра длиной 20,0 м и диаметром 2,053 мм?

Показать раствор

[латекс] R = 0,10 \ фантом {\ правило {0,2em} {0ex}} \ текст {Ω} [/латекс]

Диаметр медной проволоки нулевого калибра составляет 8,252 мм. Найти сопротивление такого провода длиной 1,00 км, по которому осуществляется передача электроэнергии.

Если вольфрамовая нить диаметром 0,100 мм в электрической лампочке должна иметь сопротивление [латекс]0.200\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{Ω}[/latex] в [латекс]20.0\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{°}\text{C }[/latex], какой длины он должен быть?

Показать раствор

[латекс] \ begin {array} {c} R = \ rho \ frac {L} {A} \ hfill \\ L = 3 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ text {cm} \ hfill \end{массив}[/latex]

Свинцовый стержень имеет длину 30,00 см и сопротивление [латекс]5,00\phantom{\rule{0,2em}{0ex}}\mu \text{Ω}[/latex]. Каков радиус стержня?

Найдите отношение диаметра алюминиевого провода к медному, если они имеют одинаковое сопротивление на единицу длины (как в бытовой электропроводке).{3}\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{V}[/latex] применяется к нему? (Такой стержень можно использовать, например, для изготовления детекторов ядерных частиц.)

(a) До какой температуры вы должны нагреть медную проволоку, первоначально при [латексе]20,0\фантом{\правило{0.2em}{0ex}}\текст{°}\текст{С}[/латекс], чтобы удвоить его сопротивление, пренебрегая изменениями размеров? (б) Происходит ли это в бытовой электропроводке при обычных обстоятельствах?

Показать раствор

а. [латекс] R = {R} _ {0} \ влево (1+ \ альфа \ текст {Δ} T \ вправо), \ фантом {\ правило {0.8em}{0ex}}2=1+\alpha \text{Δ}T,\phantom{\rule{0.8em}{0ex}}\text{Δ}T=256,4\phantom{\rule{0.2em}{ 0ex}}\text{°C},\phantom{\rule{0.8em}{0ex}}T=276,4\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{°}\text{C}[ /латекс];
б. В нормальных условиях такого быть не должно.

Резистор из нихромовой проволоки используется в приложениях, где его сопротивление не может измениться более чем на 1,00% от его значения при [латекс]20,0\phantom{\rule{0,2em}{0ex}}\text{°}\text{ С}[/латекс]. В каком диапазоне температур его можно использовать?

Из какого материала сделан резистор, если его сопротивление равно 40.{-1}\hfill\end{массив}[/латекс], железо

Электронное устройство, предназначенное для работы при любой температуре в диапазоне от [латекс]-10,0\фантом{\rule{0,2em}{0ex}}\text{°}\text{C}[/latex] до [латекс] 55.0\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{°}\text{C}[/latex] содержит резисторы из чистого углерода. Во сколько раз увеличивается их сопротивление в этом диапазоне?

(а) Из какого материала сделана проволока, если она имеет длину 25,0 м, диаметр 0,100 мм и сопротивление [латекс]77,7\phantom{\rule{0.{-1}\left(150\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{°}\text{C}-20\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{° }\text{C}\right)\right)\hfill \\ R=112\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{Ω}\phantom{\rule{0.2em}{0ex}} \hfill \end{массив}[/латекс]

Предполагая постоянный температурный коэффициент удельного сопротивления, каково максимальное процентное уменьшение сопротивления константановой проволоки, начиная с [латекс]20,0\phantom{\rule{0,2em}{0ex}}\text{°}\text{C }[/латекс]?

Медный провод имеет сопротивление [латекс]0.500\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{Ω}[/latex] в [латексе]20,0\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{°}\text{C },[/latex] и железная проволока имеет сопротивление [латекс]0,525\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{Ом}[/латекс] при той же температуре. При какой температуре их сопротивления равны?

Показать раствор

[латекс] \ begin {array} {c} {R} _ {\ text {Fe}} = 0,525 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ text {Ω} \ phantom {\ rule {0,2 em}{0ex}},\phantom{\rule{0.8em}{0ex}}{R}_{\text{Cu}}=0,500\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{Ω }\фантом{\правило{0.{-1}\hfill \\ {R}_{\text{Fe}}={R}_{\text{Cu}}\hfill \\ {R}_{0\phantom{\rule{0.2em} {0ex}}\text{Fe}}\left(1+{\alpha}_{\text{Fe}}\left(T-{T}_{0}\right)\right)={R}_ {0\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{Cu}}\left(1+{\alpha} _ {\text{Cu}}\left(T-{T}_{0} \right)\right)\hfill \\ \frac{{R}_{0\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{Fe}}}{{R}_{0\phantom{\ правило {0.2em} {0ex}} \ text {Cu}}} \ left (1 + {\ alpha } _ {\ text {Fe}} \ left (T- {T} _ {0} \ right) \ right ) = 1 + {\ alpha } _ {\ text {Cu}} \ left (T- {T} _ {0} \ right) \ hfill \\ T = 2,91 \ phantom {\ правило {0,2em} {0ex} }\text{°}\text{C}\hfill \end{массив}[/latex]

Глоссарий

электропроводность
мера способности материала проводить или передавать электричество
Ом
[латекс]\left(\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{Ω}\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\right)[/latex] единица электрического сопротивления, [латекс]1\phantom{\rule{0.2em}{ 0ex}}\text{Ω}\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}=1\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{V/A}[/latex]
сопротивление
электрическое свойство, препятствующее току; для омических материалов это отношение напряжения к току, [latex]R=V\text{/}I[/latex]
удельное сопротивление
внутреннее свойство материала, независимое от его формы или размера, прямо пропорциональное сопротивлению, обозначаемое [латекс]\ро[/латекс]
Лицензии и атрибуты

Удельное сопротивление и сопротивление. Автор : Колледж OpenStax. Расположен по адресу : https://openstax.org/books/university-physics-volume-2/pages/9-3-resistivity-and-resistance. Лицензия : CC BY: Attribution . Условия лицензии : Скачать бесплатно по адресу https://openstax.org/books/university-physics-volume-2/pages/1-introduction

Медная проволока

ПРИМЕЧАНИЕ: Эта информация и схемы предоставляются как есть без каких-либо явных или подразумеваемых гарантий. Несмотря на то, что были предприняты усилия для обеспечения точности информации, содержащейся в этом тексте, авторы/сопровождающие/вкладчики не несут ответственности за ошибки или упущения, а также за ущерб, возникший в результате использование содержащейся здесь информации.Содержание приведенных ниже статей может быть совершенно неточным, неуместным или вводящим в заблуждение. Нет никаких гарантий относительно пригодности указанных схем и информации для каких-либо целей.

Таблица AWG

 1 AWG — 289,3 тысячных дюйма
 2 AWG это 257,6 тысячных дюйма
 5 AWG — это 181,9 тысячных дюйма.
10 AWG — это 101,9 тысячных дюйма.
20 AWG — это 32,0 тысячных дюйма.
30 AWG — это 10,0 тысячных дюйма.
40 AWG это 3,1 тысячных дюйма
 
Таблица в справочнике ARRL предупреждает, что цифры приблизительны. и может варьироваться в зависимости от производственных допусков.Если у вас нет удобной диаграммы, вам не нужна формула. Есть несколько удобных приемов:
 Диаметр сплошной проволоки увеличивается/уменьшается в 2 раза через каждые 6 калибров,
  " " " " " 3 через каждые 10 калибров,
  " " " " " 4 каждые 12 калибров,
  " " " " " 5 каждые 14 калибров,
  " " " " " 10 каждые 20 калибров,
  " " " " " 100 каждые 40 калибров,
 
С ними вы можете обойти множество различных AWG. и они перекрестно проверяют друг друга.Начните с твердых 50 AWG диаметром 1 мил.
 Итак, 30 AWG должен иметь диаметр ~ 10 мил. Прямо на моем графике.
    36 AWG должен иметь диаметр ~ 5 мил. Прямо на моем графике.
    24 AWG должен иметь диаметр ~ 20 мил. Фактически ~ 20,1
    16 AWG должен иметь диаметр ~ 50 мил. Фактически ~ 50,8
    10 AWG должен иметь диаметр ~ 100 мил. Фактически ~ 101,9
 
Если вас больше интересует текущая несущая способность, чем физическая размера, то также помните, что изменение на 3 числа AWG равно удвоение или уменьшение вдвое круглых фрез (площади поперечного сечения).Таким образом, если 10 AWG безопасно для 30 ампер, то 13 AWG (да, трудно найти) нормально для 15 ампер и 16 AWG хорошо для 7,5 ампер.

Калибр проволоки представляет собой логарифмическую шкалу, основанную на кресте. площадь сечения провода. Каждый шаг 3 калибра по размеру соответствует удвоению или сокращению вдвое поперечного сечения площадь. Например, переход с 20-го на 17-й калибр удваивает площадь поперечного сечения (которая, кстати, вдвое сопротивление).

Таким образом, один простой результат состоит в том, что если вы возьмете две нити того же калибра, это эквивалент одного провода на 3 датчики ниже.2 провода рассчитаны на 3 А в некоторых приложениях, но будет проводить более 8 А на открытом воздухе без перегрева. Вы найдете таблицы допустимых максимальных токов в национальных электротехнических коды, но они основаны на падении напряжения (а не на нагреве, который не проблема в текущем рейтинге, который дают эти коды).

Вот небольшая таблица тока и AWG взято из Справочника радиолюбителей 1985 года.

 AWG диаметр открытого кабеля фут/фунт Ом/
     mils mils air ампер голый 1000'

10 101.9 10380 55 33 31,82 1,018
12 80,8 6530 41 23 50,59 1,619
14 64,1 4107 32 17 80,44 2,575
 

Милы составляют 0,001″. «Открытый воздух A» — это непрерывный рейтинг для одиночный проводник с изоляцией на открытом воздухе. «кабельный усилитель» для многожильных кабелей. Не обращайте внимания на силу тока рейтинг для бытового использования.

Чтобы рассчитать падение напряжения, подставьте значения: В = DIR/1000
Где I — сила тока, R — из столбца Ом/1000’. выше, а D — общее расстояние, которое проходит ток (не забудьте добавить длину нейтрального и горячего вместе — т.е.: обычно двойная длина кабеля).Правила оформления в вызове ЦИК для максимального падения напряжения 6% (7В в цепи 120В).

Удельное сопротивление при комнатной температуре:

 Элемент Удельное электрическое сопротивление (мкОм-см)

Алюминий 2.655
Медь 1,678
Золото 2,24
Серебро 1.586
Платина 10,5
 

Это ясно ставит серебро в качестве проводника номер один, а золото более высокое сопротивление, чем серебро или медь. Желательно в коннекторах потому что он плохо сочетается с другими материалами, поэтому остается относительно чистый на поверхности.Он также имеет возможность придерживаться себя (прикоснитесь чистым золотом к чистому золоту, и оно слипнется), что делает для очень надежного соединения.

Теплопроводность при комнатной температуре:

 Вт/см С

серебро 4.08
медь 3,94
золото 2,96
платина 0,69

алмаз 0,24
висмут 0,084
йод 43.5E-4
 
Это объясняет, почему сейчас алмазы используются для подложек высокой мощности. Это искусственные алмазы. Природные алмазы содержат достаточно дефектов в решетке, в которой фононы (теплопроводники) рассеиваются и существенно снизить способность к переносу тепла.2 м/Ом Ом/100 м 10 490,2 ,204 30 2,588 149,5 ,669 12 308,7 ,324 20 2,053 94,1 1,06 14 193,8 ,516 15 1,628 59,1 1,69 16 122,3 ,818 10 1,291 37,3 2,68 18 76,8 1,30 5 1,024 23,4 4,27 20 48,1 2,08 3,3 0,812 14,7 6,82 22 30,3 3,30 2,1 0,644 9,24 10,8 24 19,1 5.24 1,3 0,511 5,82 17,2 26 12,0 8,32 0,8 0,405 3,66 27,3 28 7,55 13,2 0,5 0,321 2,30 43,4 Эти значения Ом/Расстояние относятся к круговой цепи. Технические характеристики указаны для медного провода при температуре 77 градусов по Фаренгейту. или 25 градусов Цельсия.

Значения пропускной способности проводов по току

 А/мм2 Р/мОм/м I/A
6 3,0 55
10 1,8 76
16 1,1 105
25 0.73 140
35 0,52 173
50 0,38 205
70 0,27 265
 

Информация о медном проводе сечением 35 мм2

По данным Strberg TTT медный провод сечением 35 мм2 может выдерживать непрерывную ток 170А на открытом воздухе и 200А на земле. Провод выдерживает ток короткого замыкания 5 кА в течение 1 с. сопротивление постоянному току wiure составляет 0,52 МОм/м.

Номинальный ток электропроводки

В электропроводке есть два соображения: падение напряжения и накопление тепла.Чем меньше провод, тем выше сопротивление. Когда сопротивление выше, провод больше греется, и есть большее падение напряжения в проводке.2 А 1.2 А 0,5 3 0,75 6 1,0 10 1,5 16 2,5 25

Размеры We используются в США для внутренней стены

Для цепи на 20 ампер используйте провод калибра 12. Для цепи на 15 ампер вы можете использовать провод 14 калибра (в большинстве регионов). На длительный срок, тем не менее, вы должны использовать провод следующего большего размера, чтобы избежать падает напряжение.

Вот краткая таблица для обычных ситуаций. Увеличьте размер для более 100 футов, когда кабель находится в кабелепроводе, или объединены с другими проводами в месте, где они не могут рассеяться легко нагревается:

 Манометрические амперы
                14 15
                12 20
                10 30
                8 40
                6 65
 

Ширина дорожек для печатных плат

Для повышения температуры на 10 градусов минимальная ширина дорожки составляет:

 Текущая ширина в дюймах
0.2) 0,22 0,5 0,75
Общий диаметр (мм) 1,2 1,6 2,05
 

Рекомендации по автомобильному аудиокабелю

Эта информация из часто задаваемых вопросов rec.audio.car (первоначально из справочника IASCA). Чтобы определить правильный размер провода для вашего приложения, вы должны сначала определить максимальный ток, протекающий по кабелю (смотря на предохранитель усилителя — это относительно просто и консервативный способ сделать это). Затем определите длину кабеля которые вы будете использовать, и сверьтесь со следующей таблицей:

 Длина пробега (в футах)
    Текущие 0-4 4-7 7-10 10-13 13-16 16-19 19-22 22-28

      0-20А 14 12 12 10 10 8 8 8
     20-35А 12 10 8 8 6 6 6 4
     35-50А 10 8 8 6 6 4 4 4
     50-65А 8 8 6 4 4 4 4 2
     65-85А 6 6 4 4 2 2 2 0
    85-105А 6 6 4 2 2 2 2 0
   105-125А 4 4 4 2 2 0 0 0
   125-150А 2 2 2 2 0 0 0 00
 

Эффект кожи

Скин-эффект — это эффект, который оказывает электричество на высоких частотах. не используйте всю площадь кондитора.4) где x = радиус/2*sqrt(pi*частота*проницаемость*проводимость)

«Формула» скин-эффекта одинакова, независимо от того, находится ли проводник.0.5)

Глубина кожи не является абсолютной, а только глубина, на которой ток через провод или фольгу упал до определенного доля тока на поверхности. На самом деле ток падает. экспоненциально по мере продвижения внутрь от поверхности. Толщина «кожи» также зависит от близости к близлежащим проводникам (например, в трансформаторе) так что само по себе не является абсолютным. Также формула должна быть изменена, если вы используете провод, который ферромагнитные (например, железо).

Помимо скин-эффекта многие инженеры делают свои собственные дизайн магнитов не учитывает «эффект близости», который «толпит» ток в одну сторону проводника и увеличивает потери.2 * S = log( (Tm — Та) / (234 + Та) + 1)

 I = ток в амперах
A = площадь провода в окружности. мил
S = время прохождения тока в секундах
Tm = температура плавления, C
Ta = температура окружающей среды, C
 
Температура плавления меди 1083 С.
Дополнительную информацию см. на стр. 4-74 .. 4-79 13-го издания Справочника.

Эффект кожи

На высоких частотах есть одна вещь, которую следует учитывать при сопротивлении проводов. помимо сопротивления постоянному току: скин-эффект.

Интенсивность тока падает экспоненциально с глубиной.Глубина проникновение (s=сигма) — это глубина, на которой сила тока упал до 1/e от его значения на поверхности, где e равно 2,718.

Если диаметр проводника велик по сравнению с глубиной проникновения, общий ток такой же, как если бы поверхностный ток интенсивность поддерживалась до глубины проникновения.

Например, для меди глубина проникновения следующая:

 МГц Глубина проникновения сигма (мм)
    .1 .209
    1,066
    10 .021
    100 .0066
    1000 .0021
 
Для других материалов dpeth скин-слоя можно рассчитать по формуле:
 s = 503,3sqrt(rho/(urf)) миллиметров

    rho = удельное сопротивление в ом-метрах
        = 1,72x10e-8 для меди или 2,83x10e-8 для алюминия
    ur = mu r = относительная магнитная проницаемость
        = 1 как для меди, так и для алюминия
     f = частота в мегагерцах
 

Ссылки по теме

Исследование сопротивления провода — Курсовая работа по физике GCSE

Введение

В этой статье я исследую, что влияет на сопротивление провода.

Электричество течет в металлах. Металлические провода состоят из миллионов крошечных металлических кристаллов, и атомы каждого кристалла расположены в определенном порядке. Металл полон «свободных» электронов, которые не прилипают к какому-либо конкретному атому; скорее, они заполняют пространство между атомами. Когда эти электроны движутся, они создают электрический ток.

Проводники имеют сопротивление, но некоторые из них хуже, чем другие. Свободные электроны продолжают натыкаться на атомы. Сопротивление провода зависит от четырех основных факторов:

  • Удельное сопротивление
  • Длина провода
  • Площадь поперечного сечения
  • Температура проволоки

Я изучу, как длина провода влияет на сопротивление.Я провел предварительный эксперимент, чтобы помочь мне решить, как лучше всего провести расследование. Результаты также помогут мне делать прогнозы.

Предварительное исследование

Ниже приведены мои результаты предварительного эксперимента (см. Таблицу 1). Для обеспечения точности я снял по три показания вольт и тока.

Таблица 1: Предварительные результаты

Эти результаты показывают, что по мере увеличения длины провода сопротивление также увеличивается. Кроме того, если вы удвоите длину провода, сопротивление увеличится примерно вдвое.Например, при длине провода 20 см сопротивление равно 3,14 Ом; при длине провода 40 см сопротивление составляет 6,18 Ом, что примерно вдвое больше. В моем основном исследовании я посмотрю, применимо ли это наблюдение к моим результатам.

Я обнаружил, что прибор, который я использовал, был подходящим, но я думаю, что мог бы увеличить количество точек данных, чтобы получить более надежные результаты, возможно, увеличивая длину провода на 5 см каждый раз, а не на 10 см.

Исследование сопротивления провода

Цель

Я исследую сопротивление провода в зависимости от его длины.

Прогноз

Я предсказываю, что чем длиннее провод, тем больше сопротивление. Это связано с тем, что свободные электроны в проводе сталкиваются с большим количеством атомов, что затрудняет протекание электричества. Точно так же, чем короче провод, тем меньше сопротивление, потому что будет меньше атомов, с которыми могут столкнуться электроны, тем самым облегчая поток электричества. Кроме того, сопротивление провода прямо пропорционально длине и обратно пропорционально площади, поэтому удвоение длины провода должно увеличить сопротивление в два раза.Это потому, что если длину провода удвоить, электроны сталкиваются с вдвое большим количеством атомов, поэтому сопротивление будет вдвое больше. Если это верно, график должен показать положительную корреляцию.

Прибор

Прибор, который я буду использовать в этом эксперименте, следующий:

  • 1 амперметр (для измерения силы тока)
  • 1 вольтметр (для измерения напряжения)
  • 5 проводов
  • 2 зажима типа «крокодил»
  • Блок питания
  • Нихромовая проволока 100см

Метод

Сначала я соберу необходимый мне аппарат и настрою его, как показано на схеме 1 ниже.Затем я установлю блок питания на минимально возможное напряжение, чтобы убедиться, что ток, проходящий через цепь, не слишком высок (что потенциально может повлиять на результаты, поскольку провод станет слишком горячим).

Я прикреплю один зажим-крокодил на расстоянии 0 см от провода, а другой — на расстоянии 5 см, чтобы замкнуть цепь. Затем я включу блок питания и запишу показания вольтметра и амперметра. Я выключу блок питания, сдвину зажим-крокодил, который был на 5 см, на 10 см и включу блок питания.Снова запишу показания вольтметра и амперметра и отключу блок питания. Я буду повторять этот метод каждые 5 см, пока не доберусь до 100 см, каждый раз беря по три показания вольтметра и амперметра для обеспечения точности. Кроме того, после каждого измерения я отключаю блок питания, чтобы провод не перегревался и не влиял на мои результаты.

Диаграмма 1: Аппаратура

Обеспечение точности

Для обеспечения точности я буду записывать напряжение и ток три раза через каждые 5 см и брать среднее значение.Это уменьшит вероятность ложных показаний и аннулирует любые аномальные результаты. Я также буду следить за тем, чтобы провод не нагревался слишком сильно, подтверждая, что я не устанавливаю слишком высокое напряжение на блоке питания, и поддерживая одно и то же напряжение для каждого показания. Кроме того, я обязательно отключу блок питания после каждого чтения. Я постараюсь сделать это расследование максимально точным.

Переменные

В этом эксперименте можно изменить различные переменные; это независимая переменная.Однако из-за моего запроса я изменю только длину провода. Переменными, которые я буду контролировать, будут тип провода (удельное сопротивление) и площадь поперечного сечения провода. Я также буду контролировать с помощью блока питания, сколько вольт проходит по проводу. Ниже приведена таблица, иллюстрирующая влияние изменения переменных (см. Таблицу 2):

Таблица 2: Переменные

Безопасность

на проводах носится.Я также позабочусь о том, чтобы была четкая индикация того, что питание отключено с помощью переключателя и светодиода. Я буду стоять во время расследования, чтобы убедиться, что я не поранюсь, если что-то сломается.

Результаты

Ниже таблица моих результатов (Таблица 3). Я провел три измерения и вычислил среднее значение, показанное красным.

Таблица 3: Результаты

Таблица 4: Длина и сопротивление

Таблица 3 показывает, что по мере увеличения длины провода сопротивление также увеличивается.Это подтверждает первую часть моего предсказания: чем длиннее провод, тем больше сопротивление.

Кроме того, мой прогноз о том, что удвоение длины провода увеличивает сопротивление в два раза, верен (см. Таблицу 4).

График

График этих результатов показывает почти прямую линию, иллюстрирующую сильную положительную корреляцию между длиной и сопротивлением, которая согласуется с моим прогнозом.

Обсуждение

В целом, мои результаты очень согласуются с моими прогнозами.Большинство точек данных находились на линии наилучшего соответствия или очень близко к ней. Есть несколько точек данных, которые находятся дальше от линии наилучшего соответствия, чем другие, но они все же согласуются с общей тенденцией. Нет никаких аномальных результатов, которые я бы посчитал далекими от линии наилучшего соответствия.

Возможные источники ошибок, которые могли привести к противоречивым результатам, например, перекручивание провода. Это помешало бы площади проволоки оставаться постоянной и повлияло бы на мои результаты.Однако я следил за тем, чтобы провод оставался прямым на протяжении всего эксперимента.

Я думаю, что диапазона моих результатов было достаточно, чтобы сделать правильный вывод о влиянии длины провода на сопротивление. Это потому, что я мог построить график и показать общую тенденцию.

Я думаю, что паттерн/общий тренд продолжится за пределами диапазона значений, которые я использовал. Однако я думаю, что если бы у меня не было специального оборудования, результаты были бы искажены, потому что провод в конечном итоге сильно нагревался бы.Кроме того, аппарат, которым я пользовался в школе, не годился бы, если бы я продолжал увеличивать длину провода; например, в классной комнате я не мог увеличить длину более 150 см из соображений безопасности, а также из-за нехватки места.

Я думаю, что мой метод можно было бы улучшить, чтобы результаты были еще более последовательными. Я мог бы подумать об использовании нового куска проволоки каждый раз, чтобы более строго регулировать температуру. Использование одного и того же куска проволоки на протяжении всего эксперимента означало, что его температура со временем немного повышалась, что могло повлиять на мои результаты.Однако использование новых отрезков проволоки каждый раз было бы слишком непрактичным и трудоемким в контексте данного урока. В целом, я думаю, что моего метода было достаточно для получения надежных результатов.

Чтобы подтвердить свое предсказание и заключение, я мог бы провести дополнительные эксперименты. Например, я мог бы использовать разные типы проволоки вместо одного нихрома. Я также мог бы рассмотреть возможность использования различных площадей поперечного сечения проводов или даже намеренно изменить температуру проводов и посмотреть, как манипулирование этими переменными повлияет на сопротивление провода.

нина 30 марта 2020 г.:

оценка риска для этого?

Ангкит Джеячандран 05 августа 2019 г.:

нужна оценка, пожалуйста

Натан 09 апреля 2019 г.:

большое спасибо

твоя мама гей 18 марта 2019:

лол джомолл большой гей и собирается вытащить Деджи и проиграть 25 августа от 12 марта 2019 г.:

Большое спасибо, это очень помогло мне и моим одноклассникам.

будет 04.03.2019:

очень хорошо, но где зависимые и управляющие переменные? также включите некоторые экзаменационные вопросы и способы получения оценок, так как люди, которые читают это, скорее всего, будут сдавать экзамены! тем не менее, это очень хороший отчет об эксперименте.

Ria от 02 марта 2019 г.:

Большое спасибо, это действительно помогло мне с моим отчетом по физике. Я обязательно размещу его на сайте и дам вам полный кредит!

Гарри Патерсон от 20 февраля 2019 г.:

Я люблю детей.

Jordan Fong 15 февраля 2019:

Мне нравится дети

Hehohehohehoeh

80005

07 2019:

Спасибо Большое действительно помогло мне

BOB 07, 2018:

привет Хорошие вещи

Flash

06 декабря 2018:

Хорошо Это действительно помогло мне

LOL 17 ноября 2018:

Мусорный материал Все Неправильные

UR DAD 15 ноября 2018:

Я люблю твоего Уилли

middsi от 27 октября 2018 г.:

нуждается в заключении, но это очень хорошо сделано.Спасибо. но имейте в виду, что не удваивается, а только увеличивается небольшими эпизодами хх

jamm 19 октября 2018:

нужна оценка

Salal 13 июня 2018:

Спасибо, это помогло меня с моим исследованием по физике, я был действительно сбит с толку.

123456789

456789 24 мая 2018 г.:

Бесполезные

Извините

Извините

LLL 24 мая 2018:

Это было очень полезно для моей домашней работы, большое спасибо 🙂

Maya 17 мая 2018 г.:

трата времени

Chicken Muncher 25 марта 2018 г.:

Вы не правы насчет удвоения длины провода = сопротивление увеличивается в два раза.

Я использовал некоторые данные в своей домашней работе по физике, так что спасибо за это.

Просто не забывайте жевать курицу, как я

ali от 05 февраля 2018 года:

я скопировал и вставил все это для своего рабочего, и это было очень хорошо, спасибо

charlie houghton от 22 января , 2018:

Большое спасибо, это действительно помогло мне понять этот эксперимент!

рио 27 ноября 2017 г .:

были идеальные ответы, но для заключения вам нужно было добавить пример ваших результатов, это то, что говорит мой учитель естественных наук, кроме того, это отличный источник информации действительно помог я с моей домашней работой

kcds 24 ноября 2017 года:

вы только что закончили мое задание 😀 спасибо, чувак

боб 22 мая 2017 года:

Хорошая работа.Молодец, Золотая Звезда. 🙂

angel kyeremeh 08 мая 2017:

это так красиво. отличная работа!

Тереза ​​Июнь 25 апреля 2017 г.:

Какой был SWG (стандартный калибр проволоки) или диаметр вашей проволоки? Я знаю, что вы заявили, что это нихром, и длиной 100 см, но SWG не указан — использую ваши данные как вторичные данные и мне нужно сравнить свое исследование и ваше.

сб? 13 апреля 2017 г.:

вы только что выполнили задание для меня спасибо boi

Retep882 30 марта 2017 г.:

Это, безусловно, лучший источник информации, который я мог найти для своей курсовой, вы потрясающие 🙂

Мисс забывчивость. от 21 марта 2017 г.:

Большое спасибо за это, так как это очень помогло мне на уроке физики.

Эллиотт Хобноб 02 марта 2017 г.:

привет, Эллиот здесь

Каллум Твайзелл 27 февраля 2017 г.:

У меня есть Ибра Месси и Саурес в моей концепции!

миша 03.02.2017:

я вернулся

Здравствуйте 31.01.2017:

Какие ссылки вы использовали?

YAAS 31 января 2017:

Yaaasss Slay

Yaaasss Slay

MR Conee 27 января 2017:

Действительно полезно для моей физики Оценка Contorled

Mike Litoris 27, 2017:

Самое смешное, что я не девушка :/

Зак 23 января 2017 года:

Я отвлекся от всей рекламы

Биш Баш Бош к 16 января 2017 года:

потрясающе XDXDXDXDXDXDXDXD

Анонимный 07 января 2017 г.:

Какой диаметр или SWG используемого провода?

CAL

CAL 20905 CAL 20 октября 2016:

Вы сохранили мою жизнь Любой для моих вторичных данных Приветствия Большое время

GRACEALBAM 17 октября 2016:

OMG Спасибо большое

Lono13 12 октября , 2016:

Любовь это lono 2012, что a geeza

xxx 06 сентября 2016:

Мы можем быть вместе навсегда

Доритоман 06 сентября 2016:

Ур сейчас EX

doritoman от 06 сентября 2016 г.:

I NO LUV U NO MO

doritoman от 06 сентября 2016 г.:

Это было очень полезно для моей контролируемой оценки.luv u

mehitsme от 13.07.2016:

знаете какая толщина провода? здесь ничего не сказано, и это была бы действительно полезная информация для тех, кто вроде меня нуждается в использовании ее в качестве вторичного источника в своих контролируемых оценках.

Бен 08 февраля 2016 г.:

Спасибо, мне нужен дополнительный источник данных для моей контролируемой оценки.

Dayanara от 14 февраля 2015 г.:

Я очень доволен inootmarifn в этом.ТЫ!

Luno2012 (автор) из Великобритании 20 марта 2014 г.:

@ehehfeelgood — курсовая работа предназначена для учащихся GCSE и учащихся средней школы.

ehehfeelgood 19 марта 2014 г.:

Спасибо, но это нехорошо для годовалых, они не умеют читать, вы знаете, должны быть фотографии

helpmyballs 19 марта 2014 г.:

900 им пользуется даже мужчина с синей бритвой

BlueRazorBlade 19 марта 2014 г .:

Это очень помогло мне в моей научной работе y7 Спасибо

vikki ТЕБЕ 05 февраля 2014 г.: 5 090 00045 900 Darius от 17 декабря 2013 г.:

Спасибо! Это очень помогло мне в работе с 9-м классом.Я действительно ценю информацию, которую вы вошли в это. Еще раз спасибо!

omt8 от 07.11.2013:

Большая помощь. Очень помог с курсовой в 9 классе. спасибо

Luno2012 (автор) из Великобритании 26 октября 2013 г.:

Сэм: Не беспокойтесь.

MrsBonnersSciencePupil: Рад, что смог помочь!

Люси: Рада это слышать, Люси. Удачи вам в будущих тестах и ​​экзаменах.

Люси 13 октября 2013 г.:

привет, это было очень полезно, я сейчас занимаюсь CAU для 11 класса, и это очень помогло, спасибо

MrsBonnersSciencePupil 18 июня 2013 г.:

4 для моей контролируемой оценки.luv u

sam waiganjo kenya 04 октября 2012 г.:

большое спасибо

Resolver2009 из Борнмута, Великобритания / Осло, Норвегия, 27 апреля 2005 г.: 90 за большую помощь 🙂 для тех студентов, которые занимаются физикой.

Пропускная способность по току – обзор

2.3 Транспорт при высоких смещениях

При высоких смещениях на пропускную способность по току углеродных нанотрубок существенно влияет электрон-фононное рассеяние.На рис. 2.8 показаны экспериментально измеренные вольт-амперные характеристики нанотрубки малого диаметра. Проводимость максимальна при нулевом смещении и уменьшается с увеличением смещения, что является признаком повышенного электрон-фононного рассеяния. Для рассмотрения режима транспорта с высоким смещением в металлических нанотрубках был предложен подход, основанный на уравнении Больцмана [25]. Подход, основанный на уравнении Больцмана, описывает временную эволюцию и пространственную зависимость функций распределения электронов

Рисунок 2.8. Зависимость тока от приложенного смещения металлической нанотрубки при различных температурах. Дифференциальная проводимость максимальна при нулевом смещении и достигает гораздо более низких значений при высоких смещениях. Рисунок после Ref. [25].

fL(E,x)

и

fR(E,x)

, которые представляют электроны, движущиеся влево и вправо. При наличии процессов рассеяния и однородного электрического поля эти уравнения имеют вид vF∂fR∂x−1ħeVL∂fR∂k=[∂fR∂t]рассеяние.

Для описания переноса с высоким смещением в металлических углеродных нанотрубках включены три источника рассеяния: упругое рассеяние на дефектах, обратное рассеяние на фононах и прямое рассеяние на фононах. Упругое рассеяние определяется выражением

(2.37)[∂fL∂t]elastic=vFle(fL−fR)

, где

le

— упругая длина свободного пробега. Обратные столкновения с фононами приводят к скорости изменения функции заполнения

(2.38)[∂fL(E)∂t]bp=vFlbp{[1−fL(E)]fR(E+ħΩ)−[1−fR(E−ħΩ)]fL(E)}

, а форвард рассеяние с фононами равно

(2.39)[∂fL(E)∂t]fp=vFlfp{[1−fL(E)]fL(E+ħΩ)−[1−fL(E−ħΩ)]fL(E )}.

Эти уравнения дополняются граничными условиями на контактах

(2.40)fR(E)|x=0=tL2f0(E−µL)+(1−tL2)fL(E)|x=0

fL( E)|x=L=tR2f0(E−µR)+(1−tR2)fR(E)|x=L

, где

f0

— равновесное распределение Ферми, а

tL,R

— коэффициенты передачи на контактах.Как только функции распределения определены путем решения уравнений Больцмана с граничными условиями, ток рассчитывается из

(2.41)I=4e2h∫(fL−fR)dE

, где функции распределения могут быть вычислены в любой (кроме то же) точка

x

в установившемся режиме. На рис. 2.9 показан численно рассчитанный [25] ток в зависимости от напряжения для металлической углеродной нанотрубки длиной один микрон, включая электрон-фононное рассеяние с фононами 150 мэВ и с параметрами

. Рисунок 2.9. Расчет зависимости тока от напряжения для металлической углеродной нанотрубки с использованием уравнения переноса Больцмана и электрон-фононного рассеяния. На вставке показан процесс электрон-фононного рассеяния, при котором электроны с энергией большей, чем энергия фонона, испускают фонон и рассеиваются обратно. Рисунок после Ref. [25].

tL,R2=0,5

,

le=300нм,lpb=10нм

, и

lpf=∞

. Отличное совпадение с экспериментом указывает на то, что длина свободного пробега для рассеяния оптических фононов составляет около 10 нм, и преобладает рассеяние с фононами в диапазоне 150 мэВ.

Поскольку длина свободного пробега для рассеяния оптическими фононами мала, проводимость при большом смещении заметно уменьшается в нанотрубках, которые намного длиннее этой длины свободного пробега. Если предположить, что все электроны, падающие с левого контакта с энергией на 160 мэВ больше, чем энергия Ферми со стороны стока, отражаются эмиссией фононов, максимальный ток, который течет в длинной нанотрубке (много длин свободного пробега) при больших смещениях, составляет примерно

(2,42)I=4e2h260мВ=25мкА.

В ряде экспериментов сообщалось о токах, сравнимых с 25 мкА в длинных нанотрубках [20, 25, 26]. Недавнее моделирование вольт-амперных характеристик в баллистическом пределе и с электрон-фононным взаимодействием также показало, что рассеяние на оптических фононах происходит в масштабе нескольких десятков нанометров, как показано на рис. 2.10. При малых смещениях проводимость

Рисунок 2.10. Расчетные вольт-амперные характеристики в баллистическом пределе (штриховая линия) и при электрон-фононном рассеянии для различных длин.Для самой длинной рассматриваемой нанотрубки (213 нм) ток близок к 25 мкА, как следует из уравнения (2.42). Ток приближается к баллистическому пределу по мере уменьшения длины нанотрубки. Рисунок после Ref. [27].

dI/dV

почти

4e2/h

, независимо от длины нанотрубки, что указывает на перенос баллистического заряда в пересекающихся поддиапазонах. По мере увеличения смещения токонесущая способность и дифференциальная проводимость зависят от длины. Самая длинная рассматриваемая нанотрубка (длина 213 нм) значительно длиннее, чем длина свободного пробега, составляющая около 10 нм.Расчетный ток для этой нанотрубки составляет около 25 мкА при смещении 1 В, что согласуется с уравнением. (2.42). По мере уменьшения длины нанотрубки пропускная способность по току увеличивается и приближается к баллистическому пределу (штриховая линия) на рис. 2.8.

Стоит отметить, что экспериментально измеренные длины свободного пробега для рассеяния оптических фононов почти в пять раз меньше теоретических предсказаний. Ссылка [20] теоретически оценила длину свободного пробега из-за оптического рассеяния и рассеяния на границах зоны примерно в 50 нм, но обнаружила, что экспериментальные данные могут быть объяснены только в том случае, если предположить, что чистая длина свободного пробега составляет 10 нм.Причина такого несоответствия неясна. Одна из возможностей заключается в том, что испускаемые фононы не могут легко рассеиваться в окружающей среде, что приводит к избытку горячих фононов и меньшей экспериментально наблюдаемой длине свободного пробега.

В отличие от нанотрубок малого диаметра многостенные нанотрубки большого диаметра демонстрируют увеличение дифференциальной проводимости при приложенном смещении [8, 28, 29]. На рис. 2.11 показаны экспериментально измеренные ток и проводимость в зависимости от смещения для нанотрубки диаметром 15.6 нм [28]. Проводимость при низком смещении составляет

. Рисунок 2.11. Наблюдаемая кривая

I

V

одиночной многослойной углеродной нанотрубки в диапазоне смещения от −8 до 8 В (правая ось). Проводимость около нулевого смещения составляет

0,4G0

и линейно увеличивается до приложенного смещения 5,8 В, где она уменьшается. Многостенная нанотрубка имеет более 15 оболочек, а ее диаметр и длина составляют примерно 15,6 и 500 нм соответственно. Рисунок из Ref. [28].

0.4G0

вместо максимального

2G0

.Что еще более важно, проводимость увеличивается с приложенным смещением, что также наблюдается в работе. [8]. Это качественно отличается от рассмотренного выше случая нанотрубок малого диаметра, где проводимость уменьшается с увеличением смещения (рис. 2.8). Существует множество потенциальных причин увеличения проводимости со смещением, наблюдаемого в этих многостенных нанотрубках большого диаметра. Одна возможность состоит в том, что внутренние стенки многослойной нанотрубки начинают проводить ток по мере увеличения смещения. Однако недавняя теоретическая работа показала, что этот механизм маловероятен [30].Наиболее вероятным объяснением увеличения проводимости при приложенном смещении является туннелирование Зинера между непересекающимися валентной зоной и зоной проводимости [31]. Этот процесс показан на рис. 2.12. Рассмотрим электрон, падающий в непересекающуюся валентную подзону нанотрубки с левого контакта. Этот электрон может либо туннелировать в непересекающуюся подзону проводимости с той же симметрией (штриховая стрелка), либо брэгговски отразиться обратно в левый контакт (пунктирная стрелка). Барьер для зенеровского туннелирования в непересекающемся поддиапазоне равен

Рис. 2.12. Каждый прямоугольный прямоугольник представляет собой график зависимости энергии от волнового вектора, при этом нижняя часть подзоны равна электростатическому потенциалу. Для наглядности показаны только несколько поддиапазонов. Показаны три процесса: прямое пропускание (сплошная линия), брэгговское отражение (пунктирная линия) и межподзонное туннелирование (пунктирная линия). Рисунок после Ref. [31].

ΔENC

, а ширина туннельного барьера зависит от профиля потенциала в нанотрубке. Поскольку высота барьера

ΔENC

увеличивается с уменьшением диаметра нанотрубки, оказывается, что непересекающиеся подзоны металлических нанотрубок малого диаметра не проводят значительный ток [27, 31].С другой стороны, для нанотрубок большого диаметра барьер для туннелирования

ΔENC

значительно меньше, и, как следствие, вероятность туннелирования увеличивается с увеличением диаметра нанотрубки. Самосогласованные расчеты вольт-амперных характеристик коротких нанотрубок действительно показывают существенную зависимость кондактанса от диаметра, возникающую из-за туннелирования в непересекающиеся/полупроводниковые подзоны [27, 31].

Наконец, мы обсудим падение электростатического потенциала в углеродных нанотрубках при низких и высоких смещениях.Мы ограничим обсуждение здесь идеальной связью между нанотрубкой и контактами. Затем проводимость нанотрубки определяется количеством подзон, несущих ток и рассеяние за счет электрон-фононного взаимодействия внутри нанотрубки. Обратите внимание, что дополнительное сопротивление на границе контакта нанотрубки приведет к падению приложенного смещения на этом сопротивлении в дополнение к падению на нанотрубке.

При малом смещении, меньшем, чем энергия оптических и зонных граничных фононов (160 мэВ), электрон-фононное рассеяние подавляется, и, следовательно, бездефектные нанотрубки являются существенно баллистическими.В этом нижнем пределе смещения приложенное смещение в основном падает на двух концах нанотрубки, как показано на рис. 2.13 (а). Интересно, что хотя нанотрубка является баллистической, электрическое поле вблизи контакта зависит от диаметра трубки. Электрическое поле в центре нанотрубки увеличивается с увеличением диаметра, потому что плотность состояний на атом уменьшается с увеличением диаметра, как показано, например, в уравнении. (1.41). Это делает экранирование в нанотрубках большего диаметра менее эффективным.Когда приложенное смещение увеличивается, позволяя испускать оптические фононы и фононы границы зоны, электростатический потенциал падает равномерно по длине нанотрубки при условии, что длина нанотрубки во много раз превышает длину свободного пробега. Падение потенциала на рис. 2.13(b) соответствует этому случаю.

Рисунок 2.13. Расчетный электростатический потенциал вдоль оси нанотрубки. (а) Низкий потенциал смещения для нанотрубок (12,0) и (240,0) диаметром 0,94 и 18,8 нм соответственно. Приложенное смещение составляет 100 мВ.Экранирование нанотрубки большого диаметра значительно хуже. Длина нанотрубки составляет 213 нм. (б) Потенциал в зависимости от положения показан для (12,0) нанотрубок длиной 42,6 и 213 нм при наличии рассеяния (сплошная линия), а профиль потенциала в баллистическом пределе (штриховая линия) показан для сравнения. . Рисунок после Ref. [27].

а-Зависимость работы выключателя от номера провода: Кривые 1-100…

Контекст 1

… проводов.Расчет PSpice показывает, что при коротком замыкании в месте проволочного выключателя ток цепи должен достигать í µТ°¼ í µТ±€í µТ°´´í µТ±‹ ∼780 кА с временем нарастания T /4∼500 нс при зарядном напряжении 80 кВ. На рис. 7а представлена ​​зависимость формы тока от номера провода (диаметр провода 0,07 мм, длина провода 70 мм). Кривая I 0 (расчетный ток при коротком замыкании в месте переключения проводов) для сравнения приведена на рис. 7а. Экспериментально было показано, что число проводов должно быть ∼160, чтобы получить нарастание тока до ∼0.9⋅í µí°¼ í µí±€í µí°´í …

Контекст 2

… цепь в месте проводного переключателя ток в цепи должен достигать í µí°¼ í µí±€í µí° ´í µí±‹ ∼780 кА с временем нарастания T /4∼500 нс при зарядном напряжении 80 кВ. На рис. 7а представлена ​​зависимость формы тока от номера провода (диаметр провода 0,07 мм, длина провода 70 мм). Кривая I 0 (расчетный ток при коротком замыкании в месте переключения проводов) для сравнения приведена на рис. 7а. Экспериментально было показано, что число проводов должно быть ∼160, чтобы получить нарастание тока до ∼0.9⋅н µн°¼ н µн±€н мн°´н µн±‹ = 690 кА при 350 нс (рис. 7а, кривые 2). Ток нагрузки составляет ~440 кА при 340 нс. На быстрой части импульса, которая обеспечивается за счет индуктивного накопления энергии, ток нагрузки составляет ~320 кА при 120 нс. Если…

Контекст 3

… проводов. На рис. 7б представлены осциллограммы тока и напряжения переключения проводов Us (при диаметре провода 0,07 мм, числе проводов 160) для длины провода 50, 70, 100 мм. Таблица 4 суммирует полученные результаты. Увеличение длины провода до 100 мм позволяет коммутировать в нагрузку полный ток ~460 кА.Шунтирование нагрузки проводным выключателем подавлялось при электрическом …

Контекст 4

… подавление нагрузки проводным выключателем при электрическом поле < 10 кВ/см.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.