Rezystancja miedzi zmienia się wraz z temperaturą, ale najpierw musisz zdecydować, czy masz na myśli oporność elektryczną przewodników (rezystancję omową), która jest ważna w przypadku zasilania prądem stałym przez Ethernet, czy mówimy o o sygnałach w sieciach transmisji danych, a następnie mówimy o stratach wtrąceniowych podczas propagacji fali elektromagnetycznej w ośrodku typu skrętka oraz o zależności tłumienia od temperatury (i, co nie mniej istotne, częstotliwości).

Rezystywność miedzi

W systemie międzynarodowym SI mierzy rezystywność przewodników w omach. W dziedzinie IT częściej stosuje się wymiar niesystemowy Ohm∙mm 2 /m, co jest wygodniejsze w obliczeniach, ponieważ przekroje przewodów są zwykle podawane w mm 2. Wartość 1 Ohm∙mm 2 /m jest milion razy mniejsza od 1 Ohm∙m i charakteryzuje rezystywność substancji, której jednorodny przewodnik ma długość 1 m i pole powierzchni Przekrój 1 mm 2 daje rezystancję 1 oma.

Rezystywność czystej miedzi elektrycznej w temperaturze 20°C wynosi 0,0172 Ω∙mm 2 /m. W różne źródła można znaleźć wartości do 0,018 Ohm∙mm 2 /m, które można również zastosować do miedzi elektrycznej. Wartości różnią się w zależności od obróbki, której poddawany jest materiał. Przykładowo wyżarzanie po ciągnieniu („ciągnieniu”) drutu zmniejsza rezystywność miedzi o kilka procent, chociaż przeprowadza się je przede wszystkim w celu zmiany właściwości mechanicznych, a nie elektrycznych.

Rezystywność miedzi ma bezpośrednie konsekwencje dla zastosowań Power over Ethernet. Tylko część oryginału prąd stały, wprowadzony do przewodnika, dotrze do drugiego końca przewodnika - pewne straty po drodze są nieuniknione. Na przykład, PoE typu 1 wymaga, aby z 15,4 W dostarczanych przez źródło co najmniej 12,95 W docierało do zasilanego urządzenia na drugim końcu.

Rezystywność miedzi zmienia się wraz z temperaturą, ale dla temperatur IT zmiany są niewielkie. Zmiana oporność obliczone za pomocą wzorów:

ΔR = αR ΔT

R 2 = R 1 (1 + α (T 2 - T 1))

gdzie ΔR to zmiana rezystywności, R to rezystywność w temperaturze przyjętej jako poziom podstawowy (zwykle 20°C), ΔT to gradient temperatury, α to temperaturowy współczynnik rezystywności dla tego materiału(wymiar °C -1). W zakresie od 0°C do 100°C dla miedzi przyjmuje się współczynnik temperaturowy 0,004°C -1. Obliczmy rezystywność miedzi w temperaturze 60°C.

R 60°C = R 20°C (1 + α (60°C - 20°C)) = 0,0172 (1 + 0,004 40) ≈ 0,02 oma∙mm 2 /m

Rezystywność wzrosła o 16% wraz ze wzrostem temperatury o 40°C. Podczas obsługi systemów kablowych oczywiście skrętka nie powinna być włożona wysokie temperatury, nie powinno to być dozwolone. Kiedy jest odpowiednio zaprojektowany i zainstalowanego systemu temperatura kabli niewiele różni się od zwykłych 20°C i wtedy zmiana rezystywności będzie niewielka. Zgodnie ze standardami telekomunikacyjnymi rezystancja 100 m przewodu miedzianego w kablu skrętkowym kategorii 5e lub 6 nie powinna przekraczać 9,38 oma w temperaturze 20°C. W praktyce producenci wpisują się w tę wartość z marginesem, dlatego nawet w temperaturach 25°C ÷ 30°C rezystancja przewodu miedzianego nie przekracza tej wartości.

Tłumienie sygnału/utrata wtrąceniowa skrętki

Kiedy fala elektromagnetyczna rozchodzi się po miedzianej skrętce, część jej energii jest rozpraszana wzdłuż ścieżki od bliższego końca do dalszego końca. Im wyższa temperatura kabla, tym bardziej sygnał jest tłumiony. NA wysokie częstotliwości tłumienie jest silniejsze niż przy niskich i wyższych kategoriach dopuszczalne limity bardziej rygorystyczne przy testowaniu tłumienności wtrąceniowej. W tym przypadku wszystkie wartości graniczne są ustawione na temperaturę 20°C. Jeżeli w temperaturze 20°C oryginalny sygnał dotarł do drugiego końca odcinka o długości 100 m i poziomie mocy P, wówczas o godz. podwyższonych temperaturach ach, taką siłę sygnału będzie można zaobserwować na krótszych dystansach. Jeśli konieczne jest zapewnienie tej samej mocy sygnału na wyjściu segmentu, wówczas będziesz musiał albo zainstalować krótszy kabel (co nie zawsze jest możliwe), albo wybrać marki kabli o niższym tłumieniu.

• Dla kabli ekranowanych o temperaturze powyżej 20°C zmiana temperatury o 1 stopień powoduje zmianę tłumienia o 0,2%
• Dla wszystkich typów kabli i dowolnych częstotliwości w temperaturach do 40°C zmiana temperatury o 1 stopień powoduje zmianę tłumienia o 0,4%
• Dla wszystkich typów kabli i dowolnych częstotliwości w temperaturach od 40°C do 60°C zmiana temperatury o 1 stopień powoduje zmianę tłumienia o 0,6%
• W kablach kategorii 3 tłumienie może wynosić 1,5% na stopień Celsjusza

Już na początku 2000 r. Norma TIA/EIA-568-B.2 zaleca zmniejszenie maksymalnej dopuszczalnej długości łącza/kanału stałego kategorii 6, jeśli kabel był instalowany w środowiskach o podwyższonej temperaturze, a im wyższa temperatura, tym krótszy powinien być segment.

Biorąc pod uwagę, że pułap częstotliwości w kategorii 6A jest dwukrotnie wyższy niż w kategorii 6, ograniczenia temperaturowe dla takich systemów będą jeszcze bardziej rygorystyczne.

Dziś przy wdrażaniu aplikacji PoE Mówimy o maksymalnej prędkości 1-gigabitowej. Jednak w przypadku aplikacji 10-Gigabitowych zasilanie przez Ethernet nie wchodzi w grę, przynajmniej na razie. Zatem w zależności od potrzeb, gdy zmienia się temperatura, należy wziąć pod uwagę zmianę rezystywności miedzi lub zmianę tłumienia. W obu przypadkach najbardziej sensowne jest przechowywanie kabli w temperaturze bliskiej 20°C.

Rezystancja przewodu (R) (rezystywność) () zależy od temperatury. Zależność tę dla niewielkich zmian temperatury () przedstawiono w postaci funkcji:

gdzie jest rezystywność przewodnika w temperaturze 0 o C; — współczynnik temperaturowy oporu.

DEFINICJA

Współczynnik temperaturowy oporu elektrycznego() są nazywane wielkość fizyczna, równy względnemu przyrostowi (R) przekroju obwodu (lub rezystywności ośrodka ()), który występuje, gdy przewodnik jest podgrzewany o 1 o C. Matematycznie określenie temperaturowego współczynnika rezystancji można przedstawić jako:

Wartość charakteryzuje zależność między oporem elektrycznym a temperaturą.

W temperaturach mieszczących się w tym zakresie dla większości metali rozpatrywany współczynnik pozostaje stały. W przypadku czystych metali często przyjmuje się współczynnik temperaturowy oporu

Czasami mówi się o średnim temperaturowym współczynniku oporu, definiując go jako:

gdzie jest średnią wartością współczynnika temperaturowego w danym zakresie temperatur ().

Współczynnik temperaturowy oporu dla różnych substancji

Większość metali ma współczynnik temperaturowy oporu większy od zera. Oznacza to, że rezystancja metali rośnie wraz ze wzrostem temperatury. Dzieje się tak na skutek rozproszenia elektronów na sieci krystalicznej, co wzmacnia drgania termiczne.

W temperaturach bliskich zera absolutnego (-273 o C) rezystancja duża liczba metali gwałtownie spada do zera. Mówi się, że metale przechodzą w stan nadprzewodzący.

Półprzewodniki niezawierające zanieczyszczeń mają ujemny współczynnik temperaturowy rezystancji. Ich opór maleje wraz ze wzrostem temperatury. Dzieje się tak dlatego, że wzrasta liczba elektronów przemieszczających się do pasma przewodnictwa, co oznacza, że ​​zwiększa się liczba dziur na jednostkę objętości półprzewodnika.

Roztwory elektrolitów mają. Oporność elektrolitów maleje wraz ze wzrostem temperatury. Dzieje się tak, ponieważ wzrost liczby wolnych jonów w wyniku dysocjacji cząsteczek przewyższa wzrost rozproszenia jonów w wyniku zderzeń z cząsteczkami rozpuszczalnika. Trzeba powiedzieć, że współczynnik temperaturowy rezystancji dla elektrolitów jest wartością stałą tylko w małym zakresie temperatur.

Jednostki

Podstawową jednostką SI do pomiaru współczynnika temperaturowego rezystancji jest:

Przykłady rozwiązywania problemów

PRZYKŁAD 1

Ćwiczenia	Żarówka ze spiralą wolframową jest podłączona do sieci o napięciu B, przez którą przepływa prąd A. Jaka będzie temperatura spirali, jeśli w temperaturze o C będzie miała rezystancję w omach? Współczynnik temperaturowy oporu wolframu .
Rozwiązanie	Jako podstawę do rozwiązania problemu wykorzystujemy wzór na zależność rezystancji od temperatury formy: gdzie jest opór żarnika wolframowego w temperaturze 0 o C. Wyrażając się z wyrażenia (1.1), mamy: Zgodnie z prawem Ohma dla odcinka obwodu mamy: Obliczmy Zapiszmy równanie łączące rezystancję i temperaturę: Zróbmy obliczenia:
Odpowiedź	K

PRZYKŁAD 2

Podczas ogrzewania rezystywność metalu wzrasta w wyniku aktywacji ruchów Browna atomów. Niektóre stopy o wyższej rezystywności praktycznie nie zmieniają się wraz ze wzrostem temperatury (manganina, konstantan). Wynika to ze specjalnej struktury stopów i krótkiej średniej swobodnej drogi elektronów.

Zmiana przewodności

Współczynnik temperaturowy rezystancji- odzwierciedla zmianę przewodności, gdy materiał jest podgrzewany lub chłodzony. Jeżeli współczynnik temperaturowy jest oznaczony przez α, rezystywność w temperaturze 20 °C przez Ro, to po podgrzaniu materiału do temperatury t jego rezystywność R1 = Ro (1 + (α(t1 - to))

Podajmy przykład. Współczynnik temperaturowy fechralu = 0,0001 / 1 stopień, a dla nichromu α = 0,0002 / 1 stopień. Oznacza to, że ogrzewanie o 100°C zwiększa oporność elektryczną fechralu o 1%, a nichromu o 2%.

Kawałek drutu nichromowego 1 m

Wykorzystuje się właściwość przewodników do zmiany ich rezystancji w zależności od temperatury termopary do pomiaru temperatury procesów metalurgicznych, a także w piecach suszących i wypalających.

Dostawca

Dostawca „Auremo” – uznany ekspert na rynku wyrobów z metali nieżelaznych i stali nierdzewnej – oferuje zakup na przystępna cena nichrom, fechral, ​​​​termopary:. Duży wybór w magazynie. Zgodność z GOST i międzynarodowymi standardami jakości. Termopary nichromowe, fechralowe są zawsze dostępne, cena jest optymalna od dostawcy. Dla odbiorców hurtowych cena jest preferencyjna. Prosimy o kontakt pod numerami telefonów z działu „Kontakty”, zawsze jesteśmy otwarci na sugestie. Zapraszamy do partnerskiej współpracy.

Kup w dobrej cenie

Dostawca „Auremo” oferuje zakup termopar nichromowych, fechralowych na korzystnych warunkach, cena jest ustalana cechy technologiczne produkcji bez uwzględnienia dodatkowych kosztów. Na stronie internetowej firmy prezentowane są najświeższe informacje, znajduje się tam katalog produktów oraz cenniki. Istnieje możliwość zamówienia produktów o parametrach niestandardowych. Cena zamówienia uzależniona jest od ilości i dodatkowych warunków dostawy.

Współczynnik temperaturowy rezystancji α pokazuje, o ile rezystancja przewodnika o wartości 1 oma wzrasta wraz ze wzrostem temperatury (ogrzewanie przewodnika) o 1 ºС.

Opór przewodnika w temperaturze t oblicza się ze wzoru:

r t = r 20 + α* r 20 *(t - 20 ºС)

r t = r 20 *,

gdzie r 20 to opór przewodnika w temperaturze 20 ºС, r t to opór przewodnika w temperaturze t.

Gęstość prądu

Przez miedziany przewodnik o polu przekroju poprzecznego S = 4 mm² płynie prąd I = 10 A. Jaka jest gęstość prądu?

Gęstość prądu J = I/S = 10 A/4 mm² = 2,5 A/mm².

[Prąd I = 2,5 A przepływa przez pole przekroju poprzecznego 1 mm²; przez cały przekrój S] płynie prąd I = 10 A.

W szynie rozdzielczej o przekroju prostokątnym (20x80) mm² płynie prąd I = 1000 A. Jaka jest gęstość prądu w szynie?

Pole przekroju opony S = 20x80 = 1600 mm². Gęstość prądu

J = I/S = 1000 A/1600 mm² = 0,625 A/mm².

Drut cewki ma przekrój kołowy o średnicy 0,8 mm i umożliwia przepływ prądu o gęstości 2,5 A/mm². Jaki dopuszczalny prąd można przepuścić przez drut (ogrzewanie nie powinno przekraczać dopuszczalnego)?

Pole przekroju poprzecznego drutu S = π * d²/4 = 3/14*0,8²/4 ≈ 0,5 mm².

Dopuszczalny prąd I = J*S = 2,5 A/mm² * 0,5 mm² = 1,25 A.

Dopuszczalna gęstość prądu dla uzwojenia transformatora J = 2,5 A/mm². Przez uzwojenie przepływa prąd I = 4 A. Jaki powinien być przekrój (średnica)? okrągły przekrój przewodnik, aby uzwojenie się nie przegrzało?

Pole przekroju poprzecznego S = I/J = (4 A) / (2,5 A/mm²) = 1,6 mm²

Ten przekrój odpowiada średnicy drutu 1,42 mm.

Izolowany drut miedziany o przekroju 4 mm² przewodzi maksymalny dopuszczalny prąd 38 A (patrz tabela). Jaka jest dopuszczalna gęstość prądu? Do czego służą dopuszczalne gęstości prądu druty miedziane przekrój 1, 10 i 16 mm²?

1). Dopuszczalna gęstość prądu

J = I/S = 38 A / 4 mm² = 9,5 A/mm².

2). Dla przekroju 1 mm² dopuszczalna gęstość prądu (patrz tabela)

J = I/S = 16 A / 1 mm² = 16 A/mm².

3). Dla przekroju 10 mm² dopuszczalna gęstość prądu

J = 70 A / 10 mm² = 7,0 A/mm²

4). Dla przekroju 16 mm² dopuszczalna gęstość prądu

J = I/S = 85 A / 16 mm² = 5,3 A/mm².

Dopuszczalna gęstość prądu maleje wraz ze wzrostem przekroju. Tabela obowiązuje dla przewodów elektrycznych o izolacji klasy B.

Problemy do samodzielnego rozwiązania

Przez uzwojenie transformatora powinien płynąć prąd I = 4 A. Jaki powinien być przekrój drutu uzwojenia przy dopuszczalnej gęstości prądu J = 2,5 A/mm²? (S = 1,6 mm²)

W drucie o średnicy 0,3 mm płynie prąd o natężeniu 100 mA. Jaka jest gęstość prądu? (J = 1,415 A/mm²)

Wzdłuż uzwojenia elektromagnesu wykonanego z izolowanego drutu o średnicy

d = 2,26 mm (bez izolacji) przepływa prąd 10 A. Jaka jest gęstość

aktualny? (J = 2,5 A/mm²).

4. Uzwojenie transformatora pozwala na gęstość prądu 2,5 A/mm². Prąd w uzwojeniu wynosi 15 A. Jaki jest najmniejszy przekrój i średnica, jaką może mieć okrągły drut (bez izolacji)? (w mm²; 2,76 mm).

Główne cechy materiałów przewodzących to:

1. Przewodność cieplna;
2. Różnica potencjałów kontaktowych i siła termoelektromotoryczna;
3. Wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie przy rozciąganiu.

ρ - wartość charakteryzująca zdolność materiału do zapewniania oporu prąd elektryczny. Opór właściwy wyraża się wzorem:

W przypadku długich przewodów (druty, przewody, żyły kablowe, szyny zbiorcze) długość przewodu l zwykle wyrażane w metrach, pole przekroju poprzecznego S- w mm², rezystancja przewodu R- w omach, to wymiar rezystywności

Dane dotyczące oporności różnych przewodników metalowych podano w artykule „Opór elektryczny i przewodność elektryczna”.

α jest wartością charakteryzującą zmianę rezystancji przewodnika w zależności od temperatury.
Średnia wartość współczynnika temperaturowego rezystancji w zakresie temperatur T 2° - T 1° można znaleźć ze wzoru:

Współczynniki temperaturowe rezystancji różnych materiałów przewodzących podano w poniższej tabeli.

Wartość współczynników temperaturowych rezystancji metali

Przewodność cieplna

λ jest wielkością charakteryzującą ilość ciepła przechodzącą w jednostce czasu przez warstwę materii. Wymiar przewodności cieplnej

Przewodność cieplna ma bardzo ważne do obliczeń cieplnych maszyn, aparatury, kabli i innych urządzeń elektrycznych.

Wartość przewodności cieplnej λ dla niektórych materiałów

Z powyższych danych jasno wynika, że ​​metale mają największą przewodność cieplną. U materiały niemetalowe przewodność cieplna jest znacznie niższa. Szczególnie niskie wartości osiąga dla materiałów porowatych, które stosuję specjalnie do izolacji termicznej. Według teorii elektronicznej wysoka przewodność cieplna metali wynika z tych samych elektronów przewodzących, co przewodność elektryczna.

Różnica potencjałów kontaktowych i siła termoelektromotoryczna

Jak stwierdzono w artykule „Przewody metalowe”, w węzłach znajdują się dodatnie jony metali sieci krystalicznej, tworząc niejako jego ramę. Swobodne elektrony wypełniają siatkę jak gaz, czasami nazywany „gazem elektronowym”. Ciśnienie gazu elektronowego w metalu jest proporcjonalne do temperatury bezwzględnej i liczby wolnych elektronów na jednostkę objętości, która zależy od właściwości metalu. Kiedy w punkcie styku zetkną się dwa różne metale, ciśnienie gazu elektronowego wyrównuje się. W wyniku dyfuzji elektronów metal, którego liczba elektronów maleje, jest naładowany dodatnio, a metal, którego liczba elektronów wzrasta, jest naładowany ujemnie. W punkcie styku występuje różnica potencjałów. Różnica ta jest proporcjonalna do różnicy temperatur pomiędzy metalami i zależy od ich rodzaju. Prąd termoelektryczny powstaje w obwodzie zamkniętym. Siła elektromotoryczna (EMF), która wytwarza ten prąd, nazywa się siła termoelektromotoryczna(termo-EMF).

Zjawisko różnicy potencjałów kontaktowych wykorzystuje się w technologii pomiaru temperatury za pomocą termopar. Podczas pomiaru małych prądów i napięć w obwodzie na połączeniach różne metale Może wystąpić duża różnica potencjałów, która będzie zniekształcać wyniki pomiarów. W takim przypadku konieczne jest dobranie materiałów tak, aby dokładność pomiaru była wysoka.

Wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie przy rozciąganiu

Przy wyborze przewodów oprócz przekroju, materiału drutu i izolacji należy wziąć pod uwagę ich wytrzymałość mechaniczną. Dotyczy to szczególnie przewodów linie lotnicze przesył mocy Przewody są rozciągnięte. Pod wpływem siły przyłożonej do materiału, ten ostatni ulega wydłużeniu. Jeśli wyznaczymy pierwotną długość l 1 i ostateczna długość l 2, to różnica l 1 - l 2 = Δ l będzie wydłużenie absolutne.

Postawa

zwany wydłużenie względne.

Siła powodująca rozerwanie materiału nazywa się obciążenie niszczące i nazywa się stosunek tego obciążenia do pola przekroju poprzecznego materiału w momencie zniszczenia tymczasowa wytrzymałość na rozciąganie i jest wyznaczony

Dane dotyczące wytrzymałości na rozciąganie dla różne materiały podano poniżej.

Wartość wytrzymałości na rozciąganie dla różnych metali