Температура нагрева проводника электрическим током. Выбор сечения проводника по току

Для того чтобы определить сечение проводов, питающих группу приёмников энергии, нужно знать их общую мощность и напряжение. По этим величинам определяют ток проводов: . Например: для питания 40 ламп требуется проложить в трубе два медных одножильных провода. Определить их сечение, если напряжение сети U=120В, а мощность каждой лампы 150Вт.

Решение: полная мощность нагрузки P=150×40=6000Вт. Ток в проводах По таблице выбираем медный провод сечением (S)=10мм² с номинальным током I_ном=60А. Провод выбирается такого сечения, чтобы допустимый ток его был равен или больше заданного или расчётного тока.

Как видно из таблицы, плотность тока с увеличением сечения проводов уменьшается. Это объясняется тем, что проводники небольших сечений, нагреваясь, отдают своё тепло окружающей среде, в то время как внутренние слои проводника большого сечения нагреваясь, свое тепло могут передать только соседним слоям проводника, которые сами уже нагреты. Неизолированные (голые) провода благодаря их лучшему охлаждению, допускают большие величины плотности тока.

Следует отметить, что если медный изолированный провод сечением 25мм² допускает ток в 123А, то сечение алюминиевого провода на тот же ток нужно брать не 25мм², а в 1,5 раза больше, так как иначе провод будет нагреваться, так как у алюминия удельное сопротивление больше, чем у меди.

Напряжение.

Чтобы электрический ток проходил по цепи продолжительное время, нужно непрерывно поддерживать на полюсах источника напряжения разность потенциалов. При работе источника напряжения электроны с анода переходят на катод. Следовательно, внутри источника напряжения действует сила, которая должна непрерывно поддерживать ток в цепи, то есть должна обеспечить работу этого источника. Причина, которая устанавливает и поддерживает разность потенциалов, вызывает ток в цепи, преодолевая её внешнее и внутреннее сопротивление, называется э.д.с. В химических источниках напряжения (аккумуляторах) э.д.с получается в результате химической реакции. В генераторах э.д.с возникает вследствие электромагнитной индукции. Разность потенциалов, затрачиваемая на проведение тока через сопротивление участка электрической цепи, называется напряжением между концами этого участка.

Потенциал численно равен работе, которую необходимо совершить для перемещения электрического заряда из бесконечности в данную точку электрического поля.

Напряжение величина, показывающая какую работу необходимо совершить для перемещения единичного электрического заряда в электрическом поле.

Сопротивление

Электроны, проходя по проводнику, всегда встречают с его стороны сопротивление своему движению. При прохождении электрического тока через проводник последний нагревается. Электрическим сопротивлением проводника называется свойство тела или среды превращать электрическую энергию в тепловую при прохождении по ним электрического тока. Переменное электрическое сопротивление, служащее для изменения тока в цепи, называется реостатом. Он изготовляется из проволоки того или иного сопротивления, намотанной на изолирующем основании. Ползунок реостата ставится в определенное положение, в результате в цепь вводится нужное сопротивление. Реостат например, используется при запуске асинхронных двигателей с фазным ротором, чтобы ограничить пусковой ток. Длинный проводник малого поперечного сечения создает току большое сопротивление. Короткие проводники большого поперечного сечения оказывают току малое сопротивление. Если взять два проводника из разного материала, но одинаковой длины и сечения, то проводники будут проводить ток по-разному. Это показывает, что сопротивление проводника зависит от самого проводника. Температура проводника оказывает влияние на его сопротивление. С повышением температуры сопротивление металлов увеличивается, а сопротивление жидкости и угля уменьшается. Электрическое сопротивление проводника зависит от длины проводника, поперечного сечения проводника, материала проводника, температуры проводника.

Сопротивление измеряется в Омах:

1Ом, 1кОм=1000Ом, 1мОм=1000000 Ом.

Сопротивление в Омах проводника длиной 1м, сечением 1мм² называется удельным сопротивлением (ρ) Ом ×мм²/м. Удельное сопротивление физическая величина, характеризующая способность вещества проводить электрический ток:

Для меди ρ= 0,0178 Ом ×мм²/м, для алюминия ρ= 0,0286 Ом ×мм²/м.

Сопротивление проводника можно определить по формуле: где ρ - удельное сопротивление проводника, Ом·м; l-длина, м; s- поперечное сечение проводника м².

Чем большим сопротивлением обладает проводник, тем меньшую он имеет проводимость, тем хуже он проводит электрический ток, и наоборот, чем меньше сопротивление проводника, тем большей проводимостью он обладает, тем легче току пройти по проводнику. Поэтому сопротивление и проводимость проводника есть величины обратные: Проводимость измеряется в сименсах (См). Проводимость участка электрической цепи составляет 1См, если при протекании через него тока в 1А на нём возникает падение напряжения в 1В.

В электротехнике в качестве проводниковых материалов используют главным образом медь и алюминий, имеющих сравнительно небольшое удельное сопротивление. В тех случаях, когда необходим материал с высоким сопротивлением (для различных нагревательных приборов, реостатов), применяют специальные сплавы: константан, манганин, нихром, фехраль и другие, удельное сопротивление которых составляет 0,4-1,12 Ом ×мм²/м.

В электротехнике используют также не металлические проводники, например, уголь, из которого изготовляют щётки электрических машин.

Удельное сопротивление зависит от температуры:

удельное сопротивление проводника при конечной температуре, Ом·м; - температурный коэффициент сопротивления, ºС^-1; - удельное сопротивление проводника при начальной температуре, Ом·м; - интервал изменения температуры.

Дано: t=100ºC; t₀=20 ºC; R₀=10Ом;

=0, 0175 ; (Cu)=0,0048 ; R₂₀=

Коэффициент ά показывает, как возрастает удельное сопротивление при изменении температуры на 1ºС (может быть и положительным и отрицательным. Чем больше температурный коэффициент сопротивления, тем больше удельное сопротивление проводника зависимо от температуры.