Расчет оптимального размера сечения провода для электрической цепи
В этой статье мы вернемся к обсуждению оптимального размера сечения провода для электрической цепи. Итак, по нашим расчетам, сопротивление провода должно быть равно 0,2 Ом или меньше при общей длине проводки в 2300 футов.
Выбор материала и расчет площади поперечного сечения
Для проводки наиболее распространенным материалом является медь. Подставив известную длину и удельное сопротивление меди, мы можем найти необходимую площадь поперечного сечения.
Используя известные данные, мы рассчитываем площадь поперечного сечения для провода из меди и получаем итоговое значение в 116035 круговых милов.
Сравнение с таблицей размеров проводов
Согласно таблице размеров проводов, провод 2/0 с площадью поперечного сечения 133100 круговых милов является оптимальным для нашей цели. Провод 1/0 с площадью поперечного сечения 105500 круговых милов слишком мал для нашей цепи.
Рассмотрение силы тока и токовой нагрузки
Учитывая силу тока в 25 ампер, мы обращаемся к таблице токовой нагрузки для медной проволоки на открытом воздухе. Провод 14 калибра соответствует силе тока и является подходящим выбором для нашего проекта.
Однако, для уменьшения падения напряжения, провод 14 калибра не совсем подходит.
Влияние провода 14 калибра на силовую цепь
Рассмотрим эффект использования провода 14 калибра на работу силовой цепи. С учетом данных из таблицы размеров проводов, провод 14 калибра имеет площадь поперечного сечения 4107 круговых мил. Для экономии бюджета, мы продолжаем использовать медь.
Заключение
Важно подобрать оптимальный размер сечения провода для электрической цепи, учитывая сопротивление, силу тока и падение напряжения. Правильный выбор провода обеспечит эффективную работу всей цепи.
Определение сопротивления в электрических цепях
При проектировании электрических цепей одним из важных аспектов является определение сопротивления проводов. В этой статье мы рассмотрим два примера, позволяющих наглядно увидеть влияние сопротивления на всю цепь.
Пример №1: Медный провод 14 калибра
На рисунке 5 показан медный провод калибра 14. При расчете сопротивления этого провода длиной 2300 футов получаем значение 5,651 Ом. Учитывая 2 участка таких проводов в цепи, общее сопротивление составляет 11,301 Ом.
На рисунке 6 можно увидеть, что это сопротивление ограничивает ток в цепи до 20,352 ампер при генерации силы тока в 25 ампер с источником напряжения в 230 вольт. Таким образом, даже небольшое сопротивление провода может оказать значительное влияние на всю схему.
Пример №2: Алюминиевый стержень
Предположим, у нас есть алюминиевый стержень шириной 4 см, высотой 3 см и длиной 125 см. Нам необходимо рассчитать сквозное сопротивление по всей длине стержня.
Сначала определим площадь поперечного сечения стержня согласно рисунку 7. Зная эту площадь, можно будет рассчитать сопротивление для всей длины стержня.
Таким образом, понимание сопротивления в электрических цепях играет важную роль при проектировании и расчетах. Тщательное планирование и учет сопротивления помогут избежать проблем и обеспечат эффективную работу цепей.
Определение размера и длины алюминиевого стержня для проводника в виде сборной шины
Для эффективного использования алюминиевого стержня в качестве проводника в виде сборной шины необходимо знать удельное сопротивление алюминия в соответствующих единицах измерения (Ом-см). Из таблицы удельных сопротивлений можно увидеть, что это значение составляет 2,65 x 10^-6 Ом-см.
Расчет сопротивления
Используя формулу для расчета сопротивления R = ρl/A, где ρ – удельное сопротивление, l – длина проводника, A – площадь поперечного сечения, можно определить оптимальный размер и длину алюминиевого стержня.
Рис. 8: Определение размера и длины алюминиевого стержня
Большая толщина шины обеспечивает низкое сопротивление даже при использовании материала с более высоким удельным сопротивлением, таким как алюминий. Процедура расчета сопротивления шины аналогична расчету сопротивления круглого провода.
Заключение
Знание основ закона Ома и формул для расчета электрических величин является ключевым при проектировании электрических схем. Эта информация поможет упростить процесс подбора параметров и повысить эффективность разработки. Необходимо также ознакомиться с методиками запоминания основных формул закона Ома для более успешного применения их на практике.
Калькулятор для расчета закона Ома и мощности
Ниже приведен онлайн калькулятор для расчета закона Ома и мощности. Данный калькулятор позволяет определить взаимосвязь между четырьмя электрическими величинами: током, напряжением, сопротивлением и мощностью. Для этого достаточно ввести любые две величины.
Инструкция по использованию:
- Используйте стрелки вверх-вниз для изменения значения с шагом в единицу.
- Выберите размерности величин.
- Можно фиксировать до десяти предыдущих расчетов для удобства.
| Дата/Время | Результат |
| 15.11.2020 / 07:52 | |
| 21.03.2023 / 00:24 | |
| 06.04.2023 / 15:28 | |
| 29.04.2023 / 10:37 |
Методики запоминания закона Ома
1. Мнемоническое правило: Если из формулы закона Ома выразить сопротивление, то R = рюмка.
2. Метод треугольника: Оторвите величину, которую требуется найти, чтобы получить формулу для её нахождения.
3. Шпаргалка с формулами: В центре круга выберите параметр для расчета и получите соответствующие формулы.
Теория по электронике
- Основные концепты электричества
- Проводники, диэлектрики и поток электронов
- Что такое электрические цепи
- Напряжение и электроток в реальной цепи
- Условный ток и поток электронов
Закон Ома
- Связь между напряжением, силой тока и сопротивлением
- Аналогия для закона Ома
- Расчет электрической мощности
Важность электробезопасности
- Воздействие электричества на психологическое состояние
- Путь, который ток проходит перед ударом
- Первая медицинская помощь при ударе током
- Проектирование безопасных электроцепей
Данные о влиянии удара током на тело человека.
С уважением,
Имя, Профессиональный SEO копирайтер.
Экспоненциальная запись и метрические приставки • • Арифметические операции для экспоненциальной записи • • Преобразование метрических приставок • Используем ручной калькулятор • Экспоненциальная форма в программе SPICE
Последовательные и параллельные электрические цепи • Что такое «последовательные» и «параллельные» электрические цепи • Простая последовательная цепь • Простая параллельная цепь • • • Правильно используем закон Ома • Анализ отказов компонентов цепи • Строим простые резистивные цепи
Схемы с делителями напряжения и правила Кирхгофа • Схемы с делителем напряжения • Правило напряжений Кирхгофа (ПНК) • Цепи – делители тока и формула делителя тока • Правило Кирхгофа для силы тока (ПКТ)
Комбинированные последовательно-параллельные схемы • Что такое последовательно-параллельная цепь • Методы анализа последовательно-параллельных резисторных цепей • Перерисовываем избыточно усложнённые схемы • Анализ отказов компонентов (продолжение) • Построение простых резисторных цепей
Измерения в электрических цепях постоянного тока • Что такое измеритель? • Как устроен вольтметр • Как вольтметр влияет на измеряемую цепь • Как устроен амперметр • Как амперметр влияет на измеряемую цепь • Как устроен омметр • • • Кельвиновское 4-проводное измерение сопротивления • • Как устроен ваттметр • Как самостоятельно сделать ручной калибратор
Сигналы электрического оборудования • Аналоговые и цифровые сигналы • Системы сигналов напряжения • Системы сигналов силы тока • • • •
Анализ сети постоянного тока • Что такое сетевой анализ? • Метод токов ветвей • Аналитический метод контурных токов • Метод узловых потенциалов • Введение в сетевые теоремы • • Теорема о суперпозиции • • • Эквивалентность схем Тевенена и Нортона • И вновь о теореме Миллмана • Теорема о передаче максимальной мощности • Δ-Y и Y-Δ преобразования
Батареи и системы питания • Поведение электронов при химических реакциях • • • Батареи специального назначения • Практические рекомендации при использовании батарей
Физика проводников и диэлектриков • Введение в физику проводников и диэлектриков • • Допустимые токовые нагрузки на провода • • • Температурный коэффициент сопротивления • • Пробивное напряжение диэлектрика
• Электрическое поле и ёмкость • Конденсаторы и дифференциальное исчисление • Факторы, влияющие на ёмкость конденсатора • Последовательное и параллельное соединение конденсаторов • Практические соображения – Конденсаторы
Магнетизм и электромагнетизм • • • Единицы измерения магнитных величин • Магнитная проницаемость и насыщение • •
• Магнитные поля и индуктивность • Катушки индуктивности и дифференциальное исчисление • Факторы, влияющие на индуктивность • Катушки индуктивности в последовательных и параллельных соединениях • Практические соображения – Катушки индуктивности
Постоянные времени в RC и L/R цепях • Переходные процессы в электрических цепях • Переходные процессы в цепях с конденсатором • Переходные процессы в цепях с катушкой индуктивности • Расчёт напряжения и силы тока • Почему L/R, а не LR? • Комплексные расчёты напряжения и тока • • Расчёт неизвестного времени
Основы теории переменного тока • Что такое переменный ток? • Формы волн переменного тока • Измерение величин переменного тока • Расчёт простейшей цепи переменного тока • Фаза переменного тока •
• Введение в комплексные числа • Векторы и волны переменного тока • Сложение простых векторов • Сложение сложных векторов • Полярная и алгебраическая запись комплексных чисел • Арифметика комплексных чисел • И ещё по поводу полярности переменного тока • Несколько примеров с цепями переменного тока
Реактанс и импеданс – Индуктивность • Резистор в цепи переменного тока (Индуктивность) • Катушка индуктивности в цепи переменного тока • Последовательные резистивно-индуктивные цепи • Параллельные резистивно-индуктивные цепи • Особенности катушек индуктивности • Что такое «скин-эффект»?
Реактанс и импеданс – Ёмкость • Резистор в цепи переменного тока (Ёмкость) • Конденсатор в цепи переменного тока • Последовательные резистивно-ёмкостные цепи • Параллельные резистивно-ёмкостные цепи •
Реактанс и импеданс – R/L/C-цепи • Обзор R, X и Z (сопротивление, реактанс и импеданс) • • • • Реактивная проводимость и адмиттанс • R/L/C-цепи – что в итоге?
• • Простой параллельный резонанс (колебательный контур) • Простой последовательный резонанс • • Резонанс в последовательно-параллельных цепях • Добротность и полоса пропускания резонансной цепи
Сигналы переменного тока смешанной частоты • Сигналы переменного тока смешанной частоты – Введение • Прямоугольные волновые сигналы • Другие волновые формы • Подробнее о спектральном анализе • Эффекты в электрических цепях
• Что такое фильтр? • • • • • • Подводя итоги по фильтрам
• Взаимная индуктивность и основные операции • Повышающие и понижающие трансформаторы • • • • • Специальные трансформаторы и приложения • Практические соображения – Трансформаторы
Многофазные цепи переменного тока • Однофазные системы питания • Трёхфазные системы питания • • Устройство многофазного двигателя • Трёхфазные Y- и дельта-конфигурации • Трёхфазные цепи с трансформатором • Гармоники в многофазных энергосистемах • Гармонические фазовые последовательности
• Мощность в резистивных и реактивных цепях переменного тока • Истинная, реактивная и полная мощность • Расчёт коэффициента мощности • Практическая коррекция коэффициента мощности
Измерение цепей переменного тока • Вольтметры и амперметры переменного тока • Измерение частоты и фазы • • Измерение качества электроэнергии • Мостовые схемы переменного тока • Измерительные преобразователи переменного тока
Двигатели переменного тока • Введение в двигатели переменного тока • • • Двигатель с магнитным сопротивлением • • Бесщёточный двигатель постоянного тока • Многофазные асинхронные двигатели Теслы • Асинхронные двигатели с фазным ротором • Однофазные асинхронные двигатели • Прочие специализированные двигатели • Сельсин-двигатели (синхронизированные двигатели) • Коллекторные двигатели переменного тока
• Кабель на 50 Ом? • Электрические цепи и скорость света • • Линии передачи конечной длины • «Длинные» и «короткие» линии передачи • Стоячие волны и резонанс • •
Усилители и активные устройства • От электрики к электронике • Активные и пассивные устройства • • • • •
Теория твердотельных приборов • Введение в теорию твердотельных устройств • • Валентность и кристаллическая структура • Зонная теория твёрдых тел • Электроны и «дырки» • • • Транзисторы с биполярным переходом • • Полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET) • • Методы производства полупроводников • • • Полупроводниковые приборы в SPICE
Диоды и выпрямители • Диоды и выпрямители – Введение • Проверка диодов мультиметром • Номинальные характеристики диодов • • • Схемы ограничителей напряжения • Схемы фиксаторов уровня • Умножители напряжения (удвоители, утроители, учетверители и т.д.) • Схемы коммутации индуктивных нагрузок • Диодные схемы коммутации • Что такое диод Зенера (стабилитрон)? • Диоды специального назначения • Прочие диодные технологии • Модели диодов в SPICE
• Транзисторы с биполярным переходом (ТБП) – Введение • Транзистор с биполярным переходом (ТБП) как переключатель • Проверка транзистора с биполярным переходом (ТБП) с помощью мультиметра • Активный режим работы транзистора с биполярным переходом (ТБП) • Усилительный каскад с общим эмиттером • Усилительный каскад с общим коллектором • Усилительный каскад с общей базой • • Методы смещения для транзисторов с биполярным переходом (ТБП) • Расчёт смещения для транзисторов с биполярным переходом (ТБП) • Взаимодействие входа и выхода в транзисторах с биполярным переходом (ТБП) • Обратная связь в транзисторах с биполярным переходом (ТБП) • • Токовые зеркала в транзисторах с биполярным переходом (ТБП) • Параметры и корпуса транзисторов с биполярным переходом (ТБП) • Особенности транзисторов с биполярным переходом (ТБП)
• Полевые транзисторы (JFET) – Введение • Полевой транзистор (JFET) как переключатель • Проверка полевого транзистора (JFET) с помощью мультиметра • Активный режим работы полевого транзистора (JFET)
Полевые транзисторы с изолированным затвором • Полевые транзисторы с изолированным затвором – Введение • Обедняющие полевые транзисторы с изолированным затвором • Биполярные транзисторы с изолированным затвором
• • • Диод Шокли (динистор) • DIAC (симметричный динистор) • Управляемый кремниевый выпрямитель (SCR-тиристор) • TRIAC (симметричный тринистор, триак) • • • Управляемый кремниевый коммутатор (SCS-тиристор) • Тиристоры с полевым управлением
• Операционные усилители (ОУ) – Введение • Несимметричные и дифференциальные усилители • • Отрицательная обратная связь • Делитель напряжения в цепи обратной связи • Аналогия для делителя напряжения в цепи обратной связи • Преобразование сигнала напряжения в сигнал тока • Схемы усреднителя и сумматора • Построение дифференциальных усилителей • Инструментальный (измерительный) усилитель • Схемы дифференциатора и интегратора • Положительная обратная связь • Практические аспекты ОУ • Модели операционных усилителей
Практические аналоговые полупроводниковые схемы • • Схемы источников питания • • • • •
Приводы двигателей постоянного тока •
• Электронные лампы – Введение • История электронных ламп – с чего всё началось • • • Силовой лучевой тетрод • • Комбинированные электронные лампы • Характеристики электронных ламп • Ионизированные (газовые) электронные лампы • Индикаторные электронные лампы • Микроволновые электронные лампы • Сравниваем электронные лампы и полупроводники
• Числа и способы их выражения • • Сравниваем десятеричные и двоичные числа • Восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления • Восьмеричные и шестнадцатеричные числа преобразовываем в десятеричные • Преобразование из десятеричной системы счисления
• Числа и системы счисления • • Отрицательные двоичные числа • • •
• Цифровые сигналы и вентили • • • Вентили с более чем одним входом • Транзисторно-транзисторная логика вентилей «И-НЕ» и «И» • Транзисторно-транзисторная логика вентилей «ИЛИ-НЕ» и «ИЛИ» • • Специальные выходы в вентилях • Универсальность вентилей «И-НЕ» и «ИЛИ-НЕ» • Уровни напряжения для «высоких» и «низких» логических сигналов • Вентильные DIP корпусы
• • Как устроены контакты переключателей • «Нормальное» состояние контакта и последовательное замыкание/размыкание •
• • • Реле с задержкой времени • •
• • Функции цифровой логики • Разрешающие и блокирующие схемы • Схемы управления двигателем • • Программируемые логические контроллеры (ПЛК)
• Булева алгебра – Введение • • Булевы алгебраические тождества • Булевы алгебраические свойства • Логические правила для упрощения • Примеры упрощения схем • Функция «Исключающее ИЛИ»: вентиль XOR • Законы де Моргана • Преобразование таблиц истинности в логические выражения
• Карты Карно – Введение • Диаграммы Венна и множества • Булевы соотношения на диаграммах Венна • Преобразование диаграмм Венна в карты Карно • Карты Карно, таблицы истинности и логические выражения • Упрощение логики с помощью карт Карно • Бо́льшие карты Карно с 4-мя переменными • Минтермы и макстермы в реализациях • Обозначения сумм и произведений • Поля «безразличия» на картах Карно • Бо́льшие карты Карно с 5-ю и 6-ю переменными
Функции комбинационной логики • Функции комбинационной логики – Введение • • • • • • • Совместное использование множественных комбинационных схем
• Цифровая логика с обратной связью • • • • Защёлки с запуском по фронту сигнала: триггеры • • Триггеры с асинхронными входами •
• Двоичная счётная последовательность • • •
• Сдвиговые регистры – Введение • Сдвиговые регистры: последовательный вход, последовательный выход (SISO) • Сдвиговые регистры: параллельный вход, последовательный выход (PISO) • Сдвиговые регистры: последовательный вход, параллельный выход (SIPO) • Универсальные сдвиговые регистры: параллельный вход, параллельный выход (PIPO) •
Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразования • Цифро-аналоговые (ЦАП) и аналого-цифровые (АЦП) преобразования – Введение • ЦАП R/2nR: цифро-аналоговый преобразователь с двоично-взвешенным входом • ЦАП R/2R: (цифро-аналоговый преобразователь) • • Цифровые ступенчатые АЦП • АЦП с последовательным приближением • • Скатные (интегрирующие) АЦП • • Практические аспекты схем АЦП
• Цифровая связь – Введение • Сети и шины • • Типы электрических сигналов • Оптическая передача данных • • • Практические аспекты цифровой связи
Цифровое хранилище (память) • • Понятия и концепции цифровой памяти • Современная немеханическая память • Устаревшие немеханические технологии памяти • Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) • Память с движущимися частями: «Приводы»
Принципы цифровых вычислений • • • • •
Полезные уравнения и коэффициенты пересчёта • Уравнения и законы для цепей постоянного тока • Правила последовательных цепей • Правила параллельных цепей • Эквивалентные значения компонентов в последовательных и параллельных цепях • Уравнение ёмкости конденсатора • Уравнение катушки индуктивности • Уравнения постоянной времени • Уравнения цепей переменного тока • Уравнения для децибел • Метрические приставки и преобразования единиц измерения
• Цветовая маркировка резисторов • Цветовая маркировка проводки • Инфографика цветовой маркировки проводки
Таблицы проводников и диэлектриков • Таблица калибров медной проволоки • Таблица допустимых нагрузок для медного провода • Коэффициенты удельного сопротивления • Таблица температурных коэффициентов сопротивления • Критические температуры для сверхпроводников • Диэлектрическая прочность изоляторов
Справочник по алгебре • Основные алгебраические тождества • Основные свойства арифметики • • • • • Формулы сокращённого умножения • • • • Решение систем уравнений: метод подстановки и метод сложения
Справочник по тригонометрии • Тригонометрия прямоугольного треугольника • Тригонометрия произвольного треугольника • •
Справочник по исчислению • Формулы вычисления пределов • • • Производные показательных функций с основанием e • Производные простых тригонометрических функций • Правила вычисления производных • Первообразная (неопределённый интеграл) • • Первообразные показательных функций от числа e • Правила вычисления первообразных • Определённые интегралы и основная теорема исчисления •
Использование программы SPICE для моделирования электрических схем • Программа моделирования электрических цепей SPICE — Введение • История программы SPICE • Основы программирования в SPICE • Интерфейс командной строки • Компоненты электрических схем • Опции для проведения анализа • Странные особенности программы SPICE • Примеры электрических цепей и списков связей
Устранение неполадок – теория и практика • Вопросы, которые следует задать, прежде чем продолжить • Общие советы по устранению неполадок • Конкретные методы устранения неполадок • Вероятные сбои в проверенных системах • Вероятные сбои в непроверенных системах • Возможные ментальные ловушки
Схематические обозначения элементов цепи • Провода и соединения • • • • • Взаимные катушки индуктивности • Переключатели с ручным управлением • Управляемые процессом переключатели • Переключатели с электрическим приводом (реле) • • • • Переходные транзисторы с полевым эффектом (JFET) • Транзисторы с полевым эффектом с изолированным затвором (IGFET или MOSFET) • • • •
Периодическая таблица химических элементов •
• Электроника как точная наука • Обустраиваем домашнюю лабораторию
Основные концепции и испытательное оборудование • • • Очень простая схема • Использование амперметра при измерении силы тока • • • • Цепь с переключателем • Эксперимент по электромагнетизму • Эксперимент с электромагнитной индукцией
Электрические цепи постоянного тока • Электрические цепи постоянного тока – Введение • Последовательные источники питания • Параллельные источники питания • • • Потенциометр как делитель напряжения • Потенциометр как реостат • • Ограничение диапазона реостата • • Мультиметр своими руками • Чувствительный детектор напряжения • • 4-проводное измерение сопротивления • • • Зарядка и разрядка конденсатора • Индикатор скорости изменения
Электрические цепи переменного тока • Электрические цепи переменного тока – Введение • Трансформатор – блок питания • • • • Обнаружение магнитных полей переменного тока • Обнаружение электрических полей переменного тока • Альтернатор – автомобильный генератор • • Асинхронный двигатель побольше • • • Музыкальный синтезатор как генератор сигналов • • Анализ волновых сигналов • •
Дискретные полупроводниковые схемы • Дискретные полупроводниковые схемы – Введение • • • Двухполупериодный мостовой выпрямитель • Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом • • • Транзистор как переключатель • Датчик статического электричества • Датчик импульсного света • • Усилитель с общим эмиттером • • Как построить схему токового зеркала • JFET – регулятор тока • • Простой операционный усилитель • • Ламповый аудио усилитель
Аналоговые интегральные схемы • Аналоговые интегральные схемы – Введение • • Прецизионный повторитель напряжения • • • • Аудио осциллограф на таймерной схеме 555 • Наклонный генератор на таймерной схеме 555 • • Аудиоусилитель класса B
Цифровые интегральные схемы • Цифровые интегральные схемы – Введение • Основная функция вентилей • SR-защёлка на основе вентилей «ИЛИ-НЕ» • SR-защёлка на основе вентиля «И-НЕ» с входом разрешения • SR-триггер на основе вентиля «И-НЕ» • • Простейший кодовый замок • 3-битный двоичный счётчик •
Таймерные схемы 555 • Интегральный таймер 555 • Триггер Шмитта на интегральном таймере 555 • Гистерезисный осциллограф на интегральном таймере 555 • Моностабильный мультивибратор на интегральном таймере 555 • Минимальное количество комплектующих для КМОП-схемы 555 проблескового прибора длительного действия на красных светодиодах • КМОП-схема 555 проблескового прибора длительного действия на синих светодиодах • КМОП-схема 555 проблескового прибора длительного действия на светодиодах обратного хода • КМОП-схема 555 проблескового прибора длительного действия на красных светодиодах
Расчёт сопротивления проводов
Номинально допустимая токовая нагрузка на проводник – это грубая оценка сопротивления, основанная на том, что ток нагревает провода до потенциально опасных температур. Однако, помимо опасности возгорания, возможны и другие проблемные ситуации, возникающие в результате падения напряжения из-за сопротивления проводов в цепи. Например, мы можем проектировать схему, в которой определённый уровень напряжения на элементе критически важен и не должен опускаться ниже определённого предела. В этом случае падение напряжения из-за сопротивления провода может привести к техническим проблемам, при этом вероятность пожара будет нулевой:
Рис. 1. Схема, в которой потенциально могут возникнуть проблемы. Речь не об опасности возгорания в случае токовых перегрузок, а о том, что для нагрузки критически важен уровень напряжения, ниже которого нельзя опускаться.
Если нагрузка в приведённой схеме должна получить напряжения не ниже 220 вольт, при этом напряжение источника 230 вольт, тогда необходимо быть уверенным, что сопротивление самой проводки не приведёт к падению напряжения более чем на 10 вольт на нагрузке. Если учитывать как питающие (заходящие в нагрузку по пути следования тока), так и обратные (выходящие из нагрузки) провода этой цепи, тогда допустимо максимальное падение в 5 вольт по длине каждого из этих двух проводов. Используя закон Ома (R = E/I), мы можем определить максимально допустимое сопротивление для каждого проводного участка:
Рис. 2. Находим с помощью закона Ома максимально допустимое сопротивление на каждом из двух участков проводки цепи.
Мы знаем, что длина каждого участка в целом составляет 2300 футов, но как определить величину сопротивления для конкретного размера (диаметра) и длины провода? Для этого нам понадобится другая формула:
Рис. 3. Размер и длина провода находится с помощью формулы для удельного сопротивления.
Эта формула связывает сопротивление проводника с его удельным сопротивлением (греческая буква «ро» (ρ), которая похожа на строчную букву «р»), его длиной (в формуле обозначен буквой «l») и его площадью поперечного сечения (обозначен буквой «А»). Обратите внимание, что если увеличивать значение длины, которая находится в числителе дроби, тогда значение сопротивления тоже увеличивается (аналогия: вода по длинной трубе течёт с бо́льшими усилиями, чем по короткой). А если увеличить площадь поперечного сечения, находящегося в знаменателе дроби, то сопротивление уменьшится (аналогия: вода течёт с меньшими усилиями по толстой трубе, чем по тонкой). Удельное сопротивление является константой, которая зависит от типа рассчитываемого материала для проводника.
Вот таблица, где приведены удельные сопротивления различных проводящих материалов. Чем ниже материал находится в таблице – тем лучше он проводит ток (т.е. тем удельное сопротивление меньше). Как видим, в самом низу находится медь, по низкому удельному сопротивлению она уступает только серебру (которое проводит ток ещё лучше, но, увы, стоит дороже):
* = Стальной сплав с содержанием железа 99,5% и углерода 0,5%.
Обратите внимание, что значения удельного сопротивления в приведенной выше таблице даны в очень странной единице «Ом-кр.мил/фут» (Ом, умноженный на круговой мил и делёный на фут). Эта единица измерения указывает, какие именно величины мы должны использовать в формуле сопротивления (R = ρl/A). В этом случае эти значения удельного сопротивления предназначены для использования, когда длина измеряется в футах, а площадь поперечного сечения измеряется в круговых милах.
Метрической единицей измерения удельного сопротивления является ом-метр (Ом-м) или ом-сантиметр (Ом-см). Чтобы перевести из ом-метров (или ом-сантиметров) в ом-кр.милы/футы, используйте это соотношение: 1,66243×10-9 Ом-м на 1 Ом-кр.мил/фут или 1,66243×10-7 Ом-см на 1 Ом-кр.мил/фут. В столбце таблицы значения для Ом-см масштабированы как мкОм-см из-за их очень малых величин. Например, железо указано как 9,61 мкОм-см, что может быть представлено как 9,61×10-6 Ом-см.
При использовании единицы измерения удельного сопротивления Ом-метр в формуле R = ρl/A длина должна быть в метрах, а площадь – в квадратных метрах. При использовании единицы Ом-сантиметр (Ом-см) в той же формуле длина должна быть в сантиметрах, а площадь – в квадратных сантиметрах.
Все эти единицы измерения удельного сопротивления действительны для любого материала (Ом-кр.мил/фут, Ом-м или Ом-см). Однако, в случае с круглым сечением проволоки, пожалуй, предпочтительней использовать Ом-кр.мил/фут, площадь поперечного сечения которой уже известна в круговых милах. И наоборот, при работе с шиной нестандартной формы или изготовленной по индивидуальному заказу, вырезанной из металлической заготовки, где известны только линейные размеры длины, ширины и высоты, более подходящими могут быть единицы измерения удельного сопротивления Ом-метр или Ом-см.