Co je elektrický odpor a jak závisí na teplotě

Jakýkoli prvek nebo úsek elektrického obvodu se z hlediska elektromagnetického procesu v něm vyskytujícího se primárně vyznačuje schopností vést proud nebo bránit průchodu proudu. Tato vlastnost obvodových prvků se posuzuje podle jejich elektrické vodivosti nebo hodnoty, převrácené hodnoty vodivosti – elektrického odporu.

Většina elektrických zařízení se skládá z vodivých částí vyrobených z kovových vodičů, obvykle opatřených izolačním povlakem nebo pláštěm. Elektrický odpor vodiče závisí na jeho geometrických rozměrech a materiálových vlastnostech. Hodnota elektrického odporu je:

kde l je délka vodiče, m; s—průřez vodiče, mm2; ρ — měrný odpor vodiče, ohm mm2/m; γ—měrná vodivost, m/ohm mm.

<strong>Specifický elektrický odpor</strong>

Odpor a vodivost zohledňuje vlastnosti materiálu vodiče a udává hodnoty odporu a vodivosti vodiče délky 1 m a průřezu 1 mm2.

Na základě měrného odporu ρ lze všechny materiály rozdělit do tří skupin:

• vodiče – kovy a jejich slitiny (ρ od 0,015 do 1,2 ohm mm2/m);
• elektrolyty a polovodiče (ρ od 102 do 206 ohm mm2/m);
• dielektrika nebo izolanty (ρ od 1010 do 2011 ohm mm2/m).

Jiná zařízení naopak musí mít značný odpor (elektrické žárovky, topná zařízení atd.), proto by jejich proudovodné prvky měly být vyrobeny z materiálů s vysokým měrným odporem ρ, obvykle ze slitin kovů. Patří mezi ně například manganin, konstantan, nichrom, které mají hodnoty ρ od 0,1 do 1,2.

<strong>Závislost elektrického odporu na teplotě</strong>

Velikost elektrického odporu závisí také na teplotě vodiče, která se může měnit vlivem zahřívání vodiče elektrickým proudem nebo vlivem změn teploty vnějšího prostředí. Při změně teploty vodiče se mění hodnota jeho měrného odporu. Výše uvedené hodnoty p pro některé materiály platí při teplotě.

Nezávislost odporu na teplotě je přibližně vyjádřena takto:

Rto – odpor vodiče při teplotě do, R20® – stejný při teplotě 20°C, ohm; α je teplotní koeficient elektrického odporu, který ukazuje relativní změnu odporu drátu při jeho zahřátí o 1°C.

Z tohoto výrazu je hodnota α:

a = (Rto – R20°)/(R20°(až -20°)).

U většiny kovů a jejich slitin je hodnota α > 0, tj. při zahřívání se jejich odpor zvyšuje a naopak.

Pro elektroinstalaci z čistých kovů se hodnoty pohybují od 0,0037 do 0,0065 na 1°C. U vysoce odolných slitin má α velmi malé hodnoty, desítky a stovkykrát menší než u vodičů z čistých kovů. Takže například pro manganin α = 0,000015 na °C.

Hodnoty α pro polovodičové elektrolyty jsou záporné, řádově 0,02. Teplotní koeficient elektrického odporu je rovněž záporný a jeho absolutní hodnota je u kovů desítkykrát vyšší než α.

Závislost odporu na teplotě se v technice hojně využívá k měření teplot pomocí tzv. odporových teploměrů, pro které musí být α velké. V řadě zařízení se naopak používají materiály s malou hodnotou α, aby se eliminoval vliv kolísání teplot na hodnoty těchto zařízení.

<strong>AC odpor</strong>

Odpor stejného vodiče pro střídavý proud bude větší než pro stejnosměrný proud. To se vysvětluje jevem tzv. povrchového efektu, který spočívá v tom, že střídavý proud je vytlačován ze střední části vodiče do obvodových vrstev. V důsledku toho bude proudová hustota ve vnitřních vrstvách menší než ve vnějších.

U střídavého proudu je tedy průřez vodiče využit jakoby neúplně. Při frekvenci 50 Hz je však rozdíl v odolnosti proti stejnosměrnému a střídavému proudu nepatrný a prakticky jej lze zanedbat.

Odpor vodiče proti stejnosměrnému proudu se nazývá ohmický a proti střídavému proudu se nazývá aktivní odpor. Ohmický a činný odpor závisí na materiálu (vnitřní struktuře), geometrických rozměrech a teplotě vodiče. U cívek s ocelovým jádrem je navíc hodnota aktivního odporu ovlivněna ztrátami v oceli Aktivní odpory zahrnují elektrické žárovky, elektrické odporové pece, různá topná zařízení, reostaty a dráty, kde se elektrická energie téměř zcela přeměňuje na tepelnou. energie.

Kromě aktivního odporu obsahují obvody střídavého proudu indukční a kapacitní odpor.

<strong>Izolační odpor</strong>

Spolehlivost elektrické sítě a zařízení do značné míry závisí na kvalitě izolace mezi živými částmi různých fází a také mezi živými částmi a zemí.

Kvalita izolace je charakterizována hodnotou jejího odporu. Stanovení této hodnoty se obvykle omezuje na kontrolní zkoušky sítí a instalací s napětím menším než 1000 V. U instalací s vyšším napětím se dodatečně zjišťuje elektrická pevnost a dielektrické ztráty.

V závislosti na stavu sítě (síť s vypnutými nebo zapnutými napájecími přijímači, pod napětím nebo bez napětí) se používají různé obvody pro zapínání měřicích přístrojů a metody pro výpočet hodnoty izolačního odporu. K tomuto účelu se nejčastěji používají megaohmmetry a voltmetry.

<strong>Proč potřebujete vypočítat topné dráty?</strong>

Elektrický odpor ovlivňuje ohřev vodičů a kabelů. Vodiče spojující zdroj energie s přijímači musí dodávat energii přijímačům s nízkou ztrátou napětí a energie, ale zároveň by se neměly ohřívat jimi procházejícím proudem nad přípustnou teplotu.

Překročení přípustných teplotních hodnot vede k poškození izolace drátu a v důsledku toho ke zkratu, tedy prudkému nárůstu proudu v obvodu. Výpočet vodičů nám proto umožňuje určit jejich průřezovou plochu, při které bude ztráta napětí a ohřev vodičů v normálních mezích.

Obvykle se průřez vodičů a kabelů pro vytápění kontroluje pomocí tabulek přípustného proudového zatížení z PUE. Pokud průřez nevyhovuje podmínkám vytápění, měli byste zvolit větší průřez, který tyto požadavky splňuje.

<strong>Instalace odporového vytápění</strong>

Hlavními prvky elektrických pecí jsou elektrická topná tělesa a tepelně izolační zařízení, které zabraňuje tepelným ztrátám do okolního prostoru. Jako materiály pro elektrická topná tělesa se používají žáruvzdorné nekovové materiály s vysokým měrným odporem (uhlí, grafit, karborundum) a kovové materiály (nichrom, konstantan, fechral atd.).

Použití materiálů s vysokým měrným odporem ρ umožňuje navrhovat topná tělesa s velkou plochou průřezu a povrchem a volba materiálů s malým koeficientem roztažnosti α zajišťuje, že se geometrické rozměry tělesa při zahřívání nemění.

Topná tělesa z materiálů jako je grafit jsou vyráběna ve formě tyčí s trubkovým nebo plným průřezem. Kovové topné články jsou vyrobeny ve formě drátu nebo pásky.

<strong>Použití pojistek</strong>

K ochraně vodičů elektrického obvodu před proudy překračujícími přípustné hodnoty se používají jističe a pojistky různých typů. Pojistka je v zásadě úsek elektrického obvodu s nízkou tepelnou stabilitou.

Pojistková vložka se obvykle vyrábí ve formě krátkého vodiče malého průřezu z materiálu s dobrou vodivostí (měď, stříbro) nebo vodiče s relativně vysokým měrným odporem (olovo, cín). Když proud vzroste nad hodnotu, pro kterou je pojistková vložka navržena, pojistková vložka shoří a vypne část obvodu nebo sběrače proudu, který chrání.