ODPOR VODIČE, VODIVOST..

Prezentace na téma: "ODPOR VODIČE, VODIVOST.."— Transkript prezentace:

1 ODPOR VODIČE, VODIVOST.

2 Krokové napětí krokové a dotykové napětí
Zkratové proudy, které probíhají zemí, způsobují úbytky napětí podél zemnicích odporů stanic, zařízení a stožárů venkovních vedení. Tím se vytvářejí v okolí zemničů, spadlých vodičů úbytky napětí, které mohou dosáhnout velikosti až několik kilovoltů. Průběh rozložení potenciálu kolem zemniče je znázorněn na obr Kráčí-li v blízkosti zemniče člověk nebo zvíře, může vzniknout mezi jeho nohama takový potenciální rozdíl, že může projít tělem dostatečně velký proud a tím dojít k úrazu elektrickým proudem. Obdobný případ může nastat při dotyku kostry uzemněného zařízení člověkem. Mluvíme proto o krokovém a dotykovém napětí, jejich nejvyšší přípustné meze jsou uvedeny v příslušných normách.

3 Nejprve si definujme veličinu kterou nazýváme elektrický odpor:
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         elektrický odpor je vlastností vodiče, která vyjadřuje jeho schopnost bránit průchodu elektrického proudu označení: R jednotka: Ω (ohm)

4

5 Jak elektrický odpor vypočteme? 1. možností je využít Ohmova zákona

6 Elektrický odpor z materiálových vlastností a rozměrů vodiče
Jak elektrický odpor vypočteme? 2. možností je využít materiálových vlastností vodiče: kde: R odpor vodiče [Ω] ρ měrný odpor vodiče [Ωmm2m-1] S průřez vodiče [mm2] l délka vodiče [m]

7 Přibližme si blíže ρ („ró“)
měrný odpor vodiče [Ωmm2m-1] Měrný odpor vyjadřuje odpor vodiče dlouhého 1m s průřezem 1mm² z daného materiálu. Protože odpor vodiče závisí též na teplotě, v tabulkách se obvykle uvádí měrný odpor materiálů při teplotě 20 ºC. materiál měď hliník železo stříbro měrný odpor [Ωmm2m-1] 0,0178 0,0285 0,1 0,0163

8 Špatné vodiče Špatné vodiče (s malou vodivostí, resp. velkým odporem) se zahřívají hodně, ve vodiči vzniká velké množství tepla. Takové vodiče se používají např. jako topné spirály v tepelných elektrických spotřebičích. se též označují jako odporové vodiče. Mezi špatné vodiče patří: látka rezistivita [10-6 Ω.m] nikelin 0,38 – 0,42 konstantan 0,50 chromnikl 1,1 uhlík 60

9 Elektrická vodivost G ( S)
Nejprve si definujme veličinu kterou nazýváme elektrická vodivost: elektrická vodivost je vlastností vodiče, která vyjadřuje jeho schopnost vést elektrický proud označení: G jednotka: S (siemens)

10 Elektrická vodivost G Jak vypočteme elektrickou vodivost?
1. možností je využít Ohmova zákona El. vodivost G se číselně rovná převrácené hodnotě el. odporu

11 Elektrická vodivost Jak vypočteme elektrickou vodivost?
2. možností je využít materiálových vlastností vodiče: kde: G el. vodivost vodiče [S] γ měrná vodivost vodiče [Sm/mm2] S průřez vodiče [mm2] l délka vodiče [m]

12 Přibližme si blíže na veličinu měrná vodivost:
Elektrická vodivost γ Přibližme si blíže na veličinu měrná vodivost: Měrná vodivost vyjadřuje vodivost vodiče dlouhého 1m s průřezem 1mm² z daného materiálu. Protože vodivost vodiče závisí též na teplotě, v tabulkách se obvykle uvádí měr. vodivost materiálů při teplotě 20 ºC. materiál měď hliník železo stříbro měrná vodivost [Sm/mm2] 56,2 35,2 10 61,5

13 Rozdíly mezi kovy, především mezi hliníkem a mědí
Nebudeme zde prezentovat tabulku fyzikálních ani fyzikálně-technických vlastností jednotlivých kovů, především hliníku a mědi. Řekneme si jen o nejpodstatnějších vlastnostech. Měď a hliník mají poměrně srovnatelnou vodivost. Vodivost hliníku je oproti vodivosti mědi zhruba dvoutřetinová (nejvýše v poměru 38 : 57 S.m/mm2). Pokud se týká mechanických vlastností - pružnosti a pevnosti - měď je má podstatně lepší. Pružnost hliníku oproti pružnosti mědi je zhruba šedesátiprocentní (72 GPa : GPa). Hliník má oproti mědi zhruba jen poloviční a v mnoha případech ještě nižší pevnost, udává se mezi 30 a 74 % pevnosti mědi v závislosti na způsobu zpracování hliníku. Hliník má oproti mědi o 35 % větší teplotní roztažnost. Hliník je podstatně lehčí než měď, což je výhodné z hlediska manipulace, a je také podstatně levnější než měď.Hliník je podstatně lehčí než měď (hustota hliníku je 30 % hustoty mědi).

14 Konduktoměr GMH 3410 Přístroj pro měření měrné vodivosti,měřící rozsah 0 až 200 mS samostatné displeje pro měrnou vodivost a teplotu

15 Jak spolu souvisí měrný odpor a měrná vodivost?
Elektrická vodivost Jak spolu souvisí měrný odpor a měrná vodivost? Jelikož platí: Pak musí platit:

16 Př.Vodivost elektrolytu Aku

17 Př. Jak závisí odpor vodiče na jeho vlastnostech?
Uvažujme vodič délky 20m a pro různé materiály a průřezy vypočtěme jeho odpor? průřez 1 1,5 2,5 4 6 10 měď 0,356 0,237 0,142 0,089 0,059 0,036 hliník 0,570 0,380 0,228 0,143 0,095 0,057 železo 2,000 1,333 0,800 0,500 0,333 0,200 stříbro 0,326 0,217 0,130 0,082 0,054 0,033 odpor vodiče je uveden v [Ω] průřez vodiče je uveden v [mm2]

18 Supravodivost Slovem supravodič nazýváme materiály, které při ochlazení pod určitou teplotu vykazují tyto dvě charakteristické vlastnosti: Nulový odpor při vedení elektrického proudu. Dokonalé vytěsňování magnetického pole ze svého objemu. (vnější magnetické pole indukuje na povrchu supravodivé proudy, které vytvoří magnetické pole stejné velikosti jako vnější pole ale opačného znaménka. Tím se magnetické pole uvnitř supravodiče zcela vyruší)

19 Průmyslový HTS motor společnosti American Superconductor s výkonem 3,7 MW o hmotnosti 6,5 t.
Motory mají zhruba třetinovou velikost i hmotnost, což umožňuje sledovat zcela novou inovační linii. Provozní náklady jsou (vzhledem k nižším ztrátám) nižší než u klasického elektromotoru stejného výkonu. Motor také nemá chladicí žebra, což má za následek nižší hmotnost a nižší hlučnost. Tyto motory jsou vhodné pro dlouhodobý nepřerušovaný provoz (v ocelárnách, papírnách, při výrobě kyslíku a dusíku atd.) Např. u motoru 5 MW (což je přibližně pohon jednoho turbokompresoru u zařízení na dělení vzduchu), který běží 24 hodin denně a 365 dní v roce, představuje jednoprocentní zlepšení účinnosti úsporu více než 430 000 kWh za rok.

20 Shrnutí -závěr

21 Elektrická vodivost G ( též konduktivita je převrácená hodnota el
Elektrická vodivost G ( též konduktivita je převrácená hodnota el. odporu). Jednotka vodivosti [G] je S (Siemens) = –1 Elektrická vodivost konduktivita) G je převrácená hodnota el. odporu.

22 Na čem závisí odpor kovového vodiče ??
Příčinou elektrického odporu kovů jsou především nepružné srážky volných elektronů s kladnými ionty krystalové mřížky. Odpor závisí na: měrném odporu ρ (ro), jednotka ohm.metr - charakterizujícím materiál vodiče délce vodiče l, jednotka m kolmém průřezu S, jednotka m2 teplotním součiniteli odporu α  (alfa), jednotka K-1 teplotě t v tabulkách ¤ se obvykle uvádí při teplotě 0°C nebo 20°C), a je teplotní součinitel odporu (jednotka K-1) (viz tabulky ¤)  a Dt je rozdíl mezi teplotou t a referenční teplotou. Ochladíme-li některé vodiče na velmi nízkou teplotu (jednotky až desítky kelvinů), může jejich elektrický odpor zcela zmizet. Tento jev byl nazván supravodivost. Něco se o něm dočtete zde ¤.

23 Závislost odporu na tvaru a materiálu vodiče
Velikost odporu vodiče závisí na kovu, ze kterého je vyroben, na jeho délce a na průřezu. Čím delší je vodič, tím větší je jeho odpor; čím je jeho průřez větší, tím menší je odpor. S – průřez vodiče, l – délka vodiče, ( ró) je měrný el. odpor (rezistivita). [] =   m Je to vlastnost kovu, její hodnoty jsou v tab.

24 Měrný odpor ρ(ro) prakt. jednotka [µΩcm]
Měrný odpor (rezistivita) je významná vlastnost materiálu. Tabulka uvádí hodnoty měrného odporu pro nejčastěji používané materiály na výrobu vodičů a odporů. Měrný odpor je výrazně snížen příměsemi. Slitiny obvykle mají výrazně vyšší měrný odpor než čisté kovy. Hodnota měrného odporu závisí nejen na složení materiálu, ale také mechanickém a tepelném zpracování. Pozor!! Měrný odpor kovů ρ, je teplotně závislý v intervalu teplot ±100 °C od pokojové teploty, platí: ρ = ρ0(1+αt) ρ - měrný odpor [µΩcm] α - teplotní koeficient odporu [K-1] t - teplota [°C]

25 Odpor vodiče udávají dva základní vztahy:
a) závislost na materiálu (ρ  ) a geometrických rozměrech vodiče (l ... délka, S ... průřez): b) závislost na materiálu a teplotě vodiče V tomto vzorci je Ro počáteční teplota vodiče, Rt je teplota vodiče po zahřátí a     je rozdíl teplot.

26 Příklad: Při jaké teplotě má měděný drát 1,1 krát větší odpor než při teplotě 20°C? Měrný elektrický odpor mědi při teplotě 20°C r = 1,7.10-8 Wm, teplotní součinitel odporu a = 4,0.10-3 K-1. Řešení: Je, po dosazení 1,1! r0 = r0 (1 + 4,0.10-3Dt) Dt = 25°C, tedy t = 45°C. Hledaný odpor bude drát mít při teplotě 45°C.

27 Orientační tabulka el. vlastností vybraných kovů
měrný odpor (10-6 ohm.m) teplotní součinitel (10-3 K-1) ocel 0,15 5,0 měď 0,018 4,0 hliník 0,027 konstantan 0,50 0,05 rtuť 0,96 0,9

28 Jak závisí odpor na proudu a napětí?
vynesme graficky závislost I=f(U): čím nižší odpor, tím je přímka strmější