rumah · keamanan listrik · Hambatan listrik kawat logam tidak akan berubah jika. Bagaimana pengaruh pemanasan terhadap nilai hambatan?

Hambatan listrik kawat logam tidak akan berubah jika. Bagaimana pengaruh pemanasan terhadap nilai hambatan?

Ketika dipanaskan, ia meningkat sebagai akibat dari peningkatan kecepatan pergerakan atom dalam bahan konduktor seiring dengan meningkatnya suhu. Sebaliknya, resistivitas elektrolit dan batubara menurun ketika dipanaskan, karena pada bahan ini, selain meningkatkan kecepatan pergerakan atom dan molekul, jumlah elektron dan ion bebas per satuan volume juga meningkat.

Beberapa paduan, yang memiliki lebih banyak daripada logam penyusunnya, hampir tidak mengubah resistivitasnya jika dipanaskan (konstantan, manganin, dll.). Hal ini dijelaskan oleh struktur paduan yang tidak beraturan dan jalur bebas rata-rata elektron yang pendek.

Nilai yang menunjukkan peningkatan relatif resistansi ketika bahan dipanaskan sebesar 1° (atau menurun jika didinginkan sebesar 1°) disebut.

Jika koefisien suhu dilambangkan dengan α, resistivitas di ke = 20 o oleh ρ o, maka ketika bahan dipanaskan sampai suhu t1, resistivitasnya p1 = ρ o + αρ o (t1 - to) = ρ o(1 + (α (t1 -ke))

dan karenanya R1 = Ro (1 + (α (t1 - ke))

Koefisien suhu a untuk tembaga, aluminium, tungsten adalah 0,004 1/derajat. Oleh karena itu, ketika dipanaskan hingga 100°, resistansinya meningkat sebesar 40%. Untuk besi α = 0,006 1/derajat, untuk kuningan α = 0,002 1/derajat, untuk fechral α = 0,0001 1/derajat, untuk nichrome α = 0,0002 1/derajat, untuk konstantan α = 0,00001 1/derajat, untuk manganin α = 0,00004 1/derajat. Batubara dan elektrolit memiliki koefisien resistansi suhu negatif. Koefisien suhu untuk sebagian besar elektrolit adalah sekitar 0,02 1/derajat.

Properti konduktor untuk mengubah resistensi mereka tergantung pada suhu digunakan dalam termometer resistansi. Dengan mengukur resistansi, suhu lingkungan ditentukan dengan perhitungan.Konstantan, manganin, dan paduan lainnya dengan koefisien resistansi suhu yang sangat kecil digunakan untuk pembuatan shunt dan resistansi tambahan pada alat ukur.

Contoh 1. Bagaimanakah perubahan hambatan Ro pada kawat besi jika dipanaskan hingga 520°? Koefisien suhu a besi adalah 0,006 1/derajat. Menurut rumus R1 = Ro + Ro α (t1 - to) = Ro + Ro 0,006 (520 - 20) = 4Ro, yaitu hambatan kawat besi bila dipanaskan 520° akan bertambah 4 kali lipat.

Contoh 2. Kabel aluminium pada suhu -20° mereka mempunyai hambatan 5 ohm. Penting untuk menentukan resistansinya pada suhu 30°.

R2 = R1 - R1(t2 - t1) = 5 + 0,004 x 5 (30 - (-20)) = 6 ohm.

Sifat bahan untuk mengubahnya hambatan listrik Saat memanaskan atau mendinginkan, digunakan untuk mengukur suhu. Jadi, ketahanan termal, yaitu kabel yang terbuat dari platina atau nikel murni, dilebur menjadi kuarsa, digunakan untuk mengukur suhu dari -200 hingga +600°. Resistansi termal semikonduktor dengan koefisien negatif yang besar digunakan untuk definisi yang tepat suhu dalam rentang yang lebih sempit.

Resistansi termal semikonduktor yang digunakan untuk mengukur suhu disebut termistor.

Termistor memiliki koefisien resistansi suhu negatif yang tinggi, yaitu ketika dipanaskan, resistansinya berkurang. terbuat dari bahan semikonduktor oksida (mengalami oksidasi) yang terdiri dari campuran dua atau tiga oksida logam. Yang paling umum adalah termistor tembaga-mangan dan kobalt-mangan. Yang terakhir ini lebih sensitif terhadap suhu.

  • 1.5. Teorema Ostrogradsky-Gauss untuk medan listrik dalam ruang hampa
  • 1.6. Kerja medan listrik untuk memindahkan muatan listrik. Sirkulasi vektor kuat medan listrik
  • 1.7. Energi muatan listrik dalam medan listrik
  • 1.8. Potensial dan beda potensial medan listrik. Hubungan antara kuat medan listrik dan potensinya
  • 1.8.1. Potensi medan listrik dan beda potensial
  • 1.8.2. Hubungan antara kuat medan listrik dan potensinya
  • 1.9. Permukaan ekuipotensial
  • 1.10. Persamaan dasar elektrostatika dalam ruang hampa
  • 1.11.2. Bidang bidang yang luasnya tak terhingga dan bermuatan seragam
  • 1.11.3. Bidang dua bidang yang memanjang tak terhingga dan bermuatan seragam
  • 1.11.4. Bidang permukaan bola bermuatan
  • 1.11.5. Bidang bola bermuatan volumetrik
  • Kuliah 2. Konduktor dalam medan listrik
  • 2.1. Konduktor dan klasifikasinya
  • 2.2. Medan elektrostatis pada rongga konduktor ideal dan pada permukaannya. Perlindungan elektrostatik. Distribusi muatan dalam volume konduktor dan permukaannya
  • 2.3. Kapasitas listrik suatu konduktor soliter dan arti fisisnya
  • 2.4. Kapasitor dan kapasitasnya
  • 2.4.1. Kapasitansi kapasitor pelat sejajar
  • 2.4.2. Kapasitansi kapasitor silinder
  • 2.4.3. Kapasitansi kapasitor bola
  • 2.5. Koneksi kapasitor
  • 2.5.1. Sambungan seri kapasitor
  • 2.5.2. Koneksi kapasitor paralel dan campuran
  • 2.6. Klasifikasi kapasitor
  • Kuliah 3. Medan listrik statis pada suatu benda
  • 3.1. Dielektrik. Molekul polar dan non-polar. Dipol pada medan listrik homogen dan tidak homogen
  • 3.1.1. Dipol dalam medan listrik seragam
  • 3.1.2. Dipol dalam medan listrik luar yang tidak seragam
  • 3.2. Muatan bebas dan terikat (polarisasi) pada dielektrik. Polarisasi dielektrik. Vektor polarisasi (polarisasi)
  • 3.4. Kondisi pada antarmuka antara dua dielektrik
  • 3.5. Penyempitan listrik. Efek piezoelektrik. Ferroelektrik, sifat dan aplikasinya. Efek elektrokalori
  • 3.6. Persamaan dasar elektrostatika dielektrik
  • Kuliah 4. Energi medan listrik
  • 4.1. Energi interaksi muatan listrik
  • 4.2. Energi konduktor bermuatan, dipol dalam medan listrik luar, benda dielektrik dalam medan listrik luar, kapasitor bermuatan
  • 4.3. Energi medan listrik. Kerapatan energi medan listrik volumetrik
  • 4.4. Gaya-gaya yang bekerja pada benda bermuatan makroskopis yang ditempatkan dalam medan listrik
  • Kuliah 5. Arus listrik searah
  • 5.1. Arus listrik konstan. Tindakan dasar dan syarat adanya arus searah
  • 5.2. Ciri-ciri utama arus listrik searah : besaran/kekuatan/arus, rapat arus. Kekuatan luar
  • 5.3. Gaya gerak listrik (ggl), tegangan dan beda potensial. Arti fisiknya. Hubungan antara ggl, tegangan dan beda potensial
  • Kuliah 6. Teori elektronik klasik tentang konduktivitas logam. hukum DC
  • 6.1. Teori elektronik klasik tentang konduktivitas listrik logam dan pembenaran eksperimentalnya. Hukum Ohm dalam bentuk diferensial dan integral
  • 6.2. Hambatan listrik konduktor. Perubahan resistansi konduktor tergantung pada suhu dan tekanan. Superkonduktivitas
  • 6.3. Sambungan resistansi: seri, paralel, campuran. Shunting alat ukur listrik. Resistensi tambahan terhadap alat ukur listrik
  • 6.3.1. Koneksi seri resistensi
  • 6.3.2. Koneksi resistensi secara paralel
  • 6.3.3. Shunting alat ukur listrik. Resistensi tambahan terhadap alat ukur listrik
  • 6.4. Aturan (hukum) Kirchhoff dan penerapannya pada perhitungan rangkaian listrik sederhana
  • 6.5. Hukum Joule-Lenz dalam bentuk diferensial dan integral
  • Kuliah 7. Arus listrik dalam ruang hampa, gas dan cairan
  • 7.1. Arus listrik dalam ruang hampa. Emisi termionik
  • 7.2. Emisi sekunder dan auto-elektronik
  • 7.3. Arus listrik dalam gas. Proses ionisasi dan rekombinasi
  • 7.3.1. Konduktivitas gas tidak independen dan independen
  • 7.3.2. hukum Paschen
  • 7.3.3. Jenis pelepasan gas
  • 7.3.3.1. Keluarnya cahaya
  • 7.3.3.2. Pelepasan percikan
  • 7.3.3.3. Pelepasan corona
  • 7.3.3.4. Pelepasan busur
  • 7.4. Konsep plasma. Frekuensi plasma. Panjangnya sampai jumpa. Konduktivitas listrik plasma
  • 7.5. Elektrolit. Elektrolisa. Hukum elektrolisis
  • 7.6. Potensi elektrokimia
  • 7.7. Arus listrik melalui elektrolit. Hukum Ohm untuk elektrolit
  • 7.7.1. Penerapan elektrolisis dalam teknologi
  • Kuliah 8. Elektron dalam kristal
  • 8.1. Teori kuantum konduktivitas listrik logam. tingkat Fermi. Elemen teori pita kristal
  • 8.2. Fenomena superkonduktivitas dari sudut pandang teori Fermi-Dirac
  • 8.3. Konduktivitas listrik semikonduktor. Konsep konduktivitas lubang. Semikonduktor intrinsik dan pengotor. Konsep persimpangan p-n
  • 8.3.1. Konduktivitas intrinsik semikonduktor
  • 8.3.2. Semikonduktor pengotor
  • 8.4. Fenomena elektromagnetik pada antarmuka antar media
  • 8.4.1. Pn – transisi
  • 8.4.2. Fotokonduktivitas semikonduktor
  • 8.4.3. Pendaran suatu zat
  • 8.4.4. Fenomena termoelektrik. hukum Volta
  • 8.4.5. Efek Peltier
  • 8.4.6. Fenomena Seebeck
  • 8.4.7. Fenomena Thomson
  • Kesimpulan
  • Daftar Pustaka Utama
  • Tambahan
  • 6.2. Hambatan listrik konduktor. Perubahan resistansi konduktor tergantung pada suhu dan tekanan. Superkonduktivitas

    Jelas dari ungkapan bahwa konduktivitas listrik konduktor, dan akibatnya, resistivitas dan resistansi listrik bergantung pada bahan konduktor dan kondisinya. Kondisi konduktor dapat bervariasi tergantung pada berbagai hal faktor eksternal tekanan (tekanan mekanis, gaya luar, kompresi, regangan, dll., yaitu faktor yang mempengaruhi struktur kristal konduktor logam) dan suhu.

    Hambatan listrik suatu penghantar (resistansi) tergantung pada bentuk, ukuran, bahan penghantar, tekanan dan suhu:


    . (6.21)

    Dalam hal ini, ketergantungan resistivitas listrik konduktor dan resistansi konduktor pada suhu, sebagaimana ditetapkan secara eksperimental, dijelaskan oleh hukum linier:


    ; (6.22)


    , (6.23)

    dimana  t dan  o, R t dan R o masing-masing merupakan resistansi spesifik dan resistansi konduktor pada t = 0 o C;


    atau

    . (6.24)

    Dari rumus (6.23), ketergantungan resistansi konduktor pada suhu ditentukan oleh hubungan:


    , (6.25)

    di mana T adalah suhu termodinamika.

    G Ketergantungan resistansi konduktor pada suhu ditunjukkan pada Gambar 6.2. Grafik ketergantungan resistivitas logam terhadap suhu absolut T disajikan pada Gambar 6.3.

    DENGAN Menurut teori elektronik klasik logam, dalam kisi kristal ideal (konduktor ideal), elektron bergerak tanpa mengalami hambatan listrik ( = 0). Dari sudut pandang konsep modern, penyebab munculnya hambatan listrik pada logam adalah pengotor dan cacat asing kisi kristal, serta gerakan termal atom logam, yang amplitudonya bergantung pada suhu.

    Aturan Matthiessen menyatakan bahwa ketergantungan resistivitas listrik pada suhu (T) merupakan fungsi kompleks yang terdiri dari dua suku independen:


    , (6.26)

    dimana  ost – resistivitas sisa;

     id adalah resistivitas ideal suatu logam, yang sesuai dengan resistansi logam yang benar-benar murni dan hanya ditentukan oleh getaran termal atom.

    Berdasarkan rumus (6.25), resistivitas logam ideal harus cenderung nol ketika T  0 (kurva 1 pada Gambar 6.3). Namun, resistivitas sebagai fungsi suhu merupakan penjumlahan suku bebas  id dan  istirahat. Oleh karena itu, karena adanya pengotor dan cacat lainnya pada kisi kristal logam, resistivitas (T) dengan penurunan suhu cenderung ke nilai akhir yang konstan res (kurva 2 pada Gambar 6.3). Kadang-kadang melewati batas minimum, suhunya sedikit meningkat dengan penurunan suhu lebih lanjut (kurva 3 pada Gambar 6.3). Nilai resistivitas sisa bergantung pada adanya cacat pada kisi dan kandungan pengotor, dan meningkat seiring dengan peningkatan konsentrasinya. Jika jumlah pengotor dan cacat pada kisi kristal dikurangi seminimal mungkin, maka masih ada satu faktor lagi yang mempengaruhi resistivitas listrik logam - getaran termal atom, yang menurut mekanika kuantum, tidak berhenti bahkan pada suhu nol mutlak. Sebagai akibat dari getaran ini, kisi tidak lagi ideal, dan gaya variabel muncul di ruang angkasa, yang tindakannya mengarah pada hamburan elektron, yaitu. munculnya resistensi.

    Selanjutnya diketahui bahwa ketahanan beberapa logam (Al, Pb, Zn, dll) dan paduannya pada suhu rendah T (0,1420 K), yang disebut kritis, karakteristik setiap zat, tiba-tiba menurun hingga nol, yaitu e. . logam menjadi konduktor absolut. Fenomena yang disebut superkonduktivitas ini pertama kali ditemukan pada tahun 1911 oleh G. Kamerlingh Onnes untuk merkuri. Ditemukan bahwa pada T = 4,2 K, merkuri tampaknya kehilangan ketahanannya terhadap arus listrik. Penurunan resistensi terjadi sangat tajam pada kisaran beberapa ratus derajat. Selanjutnya, hilangnya resistensi diamati pada zat murni lainnya dan banyak paduan. Suhu transisi ke keadaan superkonduktor bervariasi, namun selalu sangat rendah.

    Seru listrik dalam cincin bahan superkonduktor (misalnya menggunakan induksi elektromagnetik), dapat diamati bahwa kekuatannya tidak berkurang selama beberapa tahun. Hal ini memungkinkan kita menemukan batas atas resistivitas superkonduktor (kurang dari 10 -25 Ohmm), yang jauh lebih kecil daripada resistivitas tembaga pada suhu rendah (10 -12 Ohmm). Oleh karena itu, hambatan listrik superkonduktor diasumsikan nol. Resistensi sebelum transisi ke keadaan superkonduktor bisa sangat berbeda. Banyak superkonduktor suhu kamar mempunyai resistensi yang cukup tinggi. Transisi ke keadaan superkonduktor selalu terjadi dengan sangat tiba-tiba. Dalam kristal tunggal murni ia menempati kisaran suhu kurang dari seperseribu derajat.

    DENGAN Di antara zat murni, aluminium, kadmium, seng, indium, dan galium menunjukkan superkonduktivitas. Selama penelitian, ternyata struktur kisi kristal, homogenitas dan kemurnian material mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap sifat transisi ke keadaan superkonduktor. Hal ini dapat dilihat, misalnya, pada Gambar 6.4, yang menunjukkan kurva eksperimental transisi ke keadaan superkonduktor timah dengan berbagai kemurnian (kurva 1 - timah kristal tunggal; 2 - timah polikristalin; 3 - timah polikristalin dengan pengotor).

    Pada tahun 1914, K. Onnes menemukan bahwa keadaan superkonduktor dihancurkan oleh medan magnet ketika induksi magnet B melebihi beberapa nilai kritis. Nilai kritis induksi bergantung pada bahan superkonduktor dan suhu. Medan kritis yang menghancurkan superkonduktivitas juga dapat diciptakan oleh arus superkonduktor itu sendiri. Oleh karena itu, terdapat kekuatan arus kritis yang menghancurkan superkonduktivitas.

    Pada tahun 1933, Meissner dan Ochsenfeld menemukan bahwa tidak ada medan magnet di dalam benda superkonduktor. Ketika superkonduktor yang terletak di medan magnet konstan eksternal didinginkan, pada saat transisi ke keadaan superkonduktor, medan magnet dipindahkan sepenuhnya dari volumenya. Hal ini membedakan superkonduktor dari konduktor ideal, di mana, ketika resistivitas turun ke nol, terjadi induksi Medan gaya volumenya harus tetap tidak berubah. Fenomena perpindahan medan magnet dari volume suatu penghantar disebut efek Meissner. Efek Meissner dan tidak adanya hambatan listrik adalah properti yang paling penting superkonduktor.

    Tidak adanya medan magnet pada volume konduktor memungkinkan kita untuk menarik kesimpulan hukum umum medan magnet, yang hanya terdapat arus permukaan saja. Ini secara fisik nyata dan oleh karena itu memerlukan beberapa hal lapisan tipis dekat permukaan. Medan magnet arus menghancurkan medan magnet luar di dalam konduktor. Dalam hal ini, superkonduktor secara formal berperilaku seperti diamagnetik ideal. Namun, ia tidak bersifat diamagnetik, karena magnetisasi internalnya (vektor magnetisasi) adalah nol.

    Zat murni yang mengalami fenomena superkonduktivitas jumlahnya sedikit. Superkonduktivitas paling sering diamati pada paduan. Dalam zat murni, hanya efek Meissner yang terjadi, dan dalam paduan, medan magnet tidak sepenuhnya dikeluarkan dari volume (efek Meissner parsial diamati).

    Zat yang memiliki efek Meissner penuh disebut superkonduktor jenis pertama, dan sebagian disebut superkonduktor jenis kedua.

    Superkonduktor tipe kedua memiliki arus melingkar dalam volumenya yang menciptakan medan magnet, namun tidak memenuhi seluruh volume, tetapi didistribusikan di dalamnya dalam bentuk filamen individu. Adapun resistansinya sama dengan nol, seperti halnya superkonduktor tipe I.

    Berdasarkan sifat fisiknya, superkonduktivitas adalah superfluiditas cairan yang terdiri dari elektron. Superfluiditas terjadi karena terhentinya pertukaran energi antara komponen superfluid zat cair dengan bagian lainnya, sehingga mengakibatkan hilangnya gesekan. Penting dalam hal ini adalah kemungkinan “kondensasi” molekul cair pada tingkat energi terendah, dipisahkan dari tingkat lain oleh kesenjangan energi yang cukup lebar sehingga gaya interaksi tidak dapat diatasi. Inilah alasan untuk mematikan interaksi. Untuk dapat menemukan banyak partikel pada tingkat terendah, partikel tersebut harus mematuhi statistik Bose-Einstein, yaitu. memiliki putaran bilangan bulat.

    Elektron mematuhi statistik Fermi-Dirac dan oleh karena itu tidak dapat “mengembun” pada tingkat energi terendah dan membentuk cairan elektron superfluida. Gaya tolak menolak antar elektron sebagian besar dikompensasi oleh gaya tarik menarik ion positif kisi kristal. Namun, karena getaran termal atom pada titik-titik kisi kristal, gaya tarik-menarik dapat timbul di antara elektron-elektron, dan kemudian mereka bergabung menjadi berpasangan. Pasangan elektron berperilaku seperti partikel dengan putaran bilangan bulat, yaitu. mematuhi statistik Bose-Einstein. Mereka dapat mengembun dan membentuk arus pasangan elektron cair superfluida, yang membentuk arus listrik superkonduktor. Di atas tingkat energi terendah terdapat kesenjangan energi yang tidak dapat diatasi oleh pasangan elektron karena energi interaksi dengan muatan lain, yaitu. tidak dapat mengubah keadaan energinya. Oleh karena itu tidak ada hambatan listrik.

    Kemungkinan pembentukan pasangan elektron dan superfluiditasnya dijelaskan oleh teori kuantum.

    Penggunaan praktis bahan superkonduktor (dalam gulungan magnet superkonduktor, dalam sistem memori komputer, dll.) sulit dilakukan karena suhu kritisnya yang rendah. Saat ini ditemukan dan diteliti secara aktif bahan keramik, memiliki superkonduktivitas pada suhu di atas 100 K (superkonduktor suhu tinggi). Fenomena superkonduktivitas dijelaskan oleh teori kuantum.

    Ketergantungan resistansi konduktor pada suhu dan tekanan digunakan dalam teknologi untuk mengukur suhu (termometer resistansi) dan tekanan besar yang berubah dengan cepat (pengukur regangan listrik).

    Dalam sistem SI, resistivitas listrik konduktor diukur dalam Ohmm, dan resistansi diukur dalam Ohm. Satu Ohm adalah hambatan suatu penghantar yang arus searahnya sebesar 1A mengalir pada tegangan 1V.

    Konduktivitas listrik adalah besaran yang ditentukan oleh rumus


    . (6.27)

    Satuan SI untuk konduktivitas adalah siemens. Satu siemens (1 cm) – konduktivitas suatu bagian rangkaian dengan hambatan 1 Ohm.

    Berbicara tentang hukum Ohm (§ 1.7), kami menekankan persyaratan seperti itu kondisi fisik seperti suhu dan tekanan. Faktanya adalah bahwa resistansi konduktor biasanya bergantung pada suhu:

    Resistansi kabel logam meningkat seiring dengan pemanasan.

    Untuk kabel tembaga Untuk setiap kenaikan suhu sebesar 2,5 °C, resistansi meningkat sekitar 1% (seperseratus dari resistansi aslinya), atau resistansi meningkat sebesar 0,4% untuk setiap kenaikan suhu 1 °C. Nilai resistivitas yang diberikan di atas sesuai dengan suhu 20 °C.

    Misalnya, Anda ingin menentukan resistivitas tembaga pada suhu 45 °.

    Kita tahu bahwa pada 20 °C sama dengan 0,0178 Ohm per 1 m panjang dengan penampang 1 mm2. Kita tahu bahwa setiap 2,5° bertambah 1%, yaitu.

    Suhu baru melebihi 20°C sebesar 25°C.

    Artinya resistivitas yang diinginkan adalah 10% lebih besar dari 0,0178: resistivitas pada 45° sama dengan Ohm per 1 m dengan penampang 1 mm2.

    Ketergantungan resistansi pada temperatur sering digunakan untuk menentukan temperatur kabel tembaga pada mesin listrik.

    Ketergantungan resistansi yang sama pada suhu digunakan untuk merancang termometer listrik berdasarkan pengukuran resistansi sepotong kawat (seringkali dililitkan dalam bentuk spiral) yang terletak di ruangan yang suhunya ingin ditentukan.

    Dengan pengukuran suhu ini, pemantauan suhu dapat dikonsentrasikan dengan mudah di satu tempat bagian yang berbeda ruangan (misalnya di lemari es) atau berbagai bagian instalasi industri.

    Dalam hal ini, Anda dapat menggunakan alat pengukur penunjuk tunggal dengan menggerakkan sakelar ke posisi berbeda: dengan setiap posisi baru, spiral kawat, yang terletak, misalnya, di lantai lemari es yang berbeda, dihidupkan untuk pengukuran.

    Contoh 2: Hambatan belitan mesin listrik pada 20°C sama dengan 60 Ohm. Setelah mesin dioperasikan selama satu jam, hambatan belitan meningkat menjadi 69,6 Ohm. Tentukan seberapa panas belitan tersebut jika setiap kenaikan suhu 10 °C, resistansinya meningkat sebesar 4%. ,

    Pertama-tama, kita mencari berapa persen resistensi yang meningkat:

    Sekarang kita dengan mudah menemukan bahwa suhu meningkat sebesar 40° C, yaitu menjadi sama dengan 20 + 40 = 60° C.

    Tentu saja, pertanyaan sekarang harus muncul: apakah resistensi berubah? lampu listrik kapan filamen di dalamnya memanas? Jawaban: ya, tentu saja hambatan filamen lampu dingin lebih kecil dibandingkan hambatan dalam kondisi pengoperasian. Inilah yang terkait dengan catatan kami yang dibuat di § 1.7.

    Kami hanya mencatat bahwa sering kali sifat nonlinier dijelaskan oleh fenomena kelistrikan murni. Hal ini terjadi pada kasus varistor, karakteristiknya ditunjukkan pada Gambar. 1.14.

    Dalam beberapa alat pengukur dan pada peralatan khusus sering kali resistansinya harus tidak berubah seiring suhu. Untuk produk semacam itu, paduan telah dikembangkan yang ketahanannya praktis tidak bergantung pada suhu.

    Dari paduan tersebut, yang paling umum digunakan adalah manganin dan konstantan.

    Banyak konduktor secara nyata mengubah resistansinya ketika diregangkan atau dikompresi. Properti konduktor ini juga dianggap penting aplikasi teknis: saat ini, tekanan dan gerakan kecil yang timbul, misalnya, di bawah beban balok, rel, bagian-bagian mesin, dll., sering kali dinilai dari perubahan hambatan listrik dari elemen yang diproduksi secara khusus.

    Resistansi tembaga memang berubah seiring suhu, tapi pertama-tama kita perlu memutuskan apakah kita berbicara tentang resistivitas listrik konduktor (resistansi ohmik), yang penting untuk daya DC melalui Ethernet, atau apakah kita berbicara tentang sinyal dalam jaringan data, dan kemudian kita berbicara tentang kerugian penyisipan selama perambatan gelombang elektromagnetik dalam media twisted pair dan ketergantungan atenuasi pada suhu (dan frekuensi, yang tidak kalah pentingnya).

    Resistivitas tembaga

    Dalam sistem SI internasional, resistivitas konduktor diukur dalam Ohm∙m. Di bidang TI, dimensi non-sistem Ohm∙mm 2 /m lebih sering digunakan, yang lebih nyaman untuk perhitungan, karena penampang konduktor biasanya ditunjukkan dalam mm 2. Nilai 1 Ohm∙mm 2 /m adalah satu juta kali lebih kecil dari 1 Ohm∙m dan mencirikan resistivitas suatu zat, konduktor homogen yang panjangnya 1 m dan luas penampang 1 mm 2 memberikan a resistansi 1 Ohm.

    Resistivitas tembaga listrik murni pada 20°C adalah 0,0172 Ohm∙mm 2 /m. DI DALAM berbagai sumber Anda dapat menemukan nilai hingga 0,018 Ohm∙mm 2 /m, yang juga dapat diterapkan pada tembaga listrik. Nilainya bervariasi tergantung pada pemrosesan bahan yang dilakukan. Misalnya, anil setelah menggambar (“menggambar”) kawat mengurangi resistivitas tembaga beberapa persen, meskipun hal ini dilakukan terutama untuk mengubah sifat mekanik daripada sifat listrik.

    Resistivitas tembaga mempunyai implikasi langsung terhadap aplikasi Power over Ethernet. Hanya sebagian dari aslinya arus searah, dimasukkan ke dalam konduktor, akan mencapai ujung konduktor - kerugian tertentu di sepanjang jalan tidak dapat dihindari. Misalnya, PoE Tipe 1 mensyaratkan bahwa dari 15,4 W yang disuplai oleh sumber, setidaknya 12,95 W menjangkau perangkat bertenaga listrik di ujung terjauh.

    Resistivitas tembaga bervariasi terhadap temperatur, namun untuk temperatur IT, perubahannya kecil. Perubahan resistivitas dihitung dengan menggunakan rumus:

    ΔR = α R ΔT

    R 2 = R 1 (1 + (T 2 - T 1))

    dimana ΔR adalah perubahan resistivitas, R adalah resistivitas pada suhu yang diambil sebagai tingkat dasar (biasanya 20°C), ΔT adalah gradien suhu, α adalah koefisien suhu resistivitas untuk bahan tertentu (dimensi °C -1 ). Dalam kisaran dari 0°C hingga 100°C, koefisien suhu 0,004 °C -1 diterima untuk tembaga. Mari kita hitung resistivitas tembaga pada 60°C.

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

    Resistivitas meningkat sebesar 16% dengan peningkatan suhu sebesar 40°C. Selama operasi sistem kabel, Tentu saja, pasangan bengkok tidak boleh dekat suhu tinggi, hal ini tidak boleh dibiarkan. Ketika dirancang dengan benar dan sistem yang diinstal suhu kabel sedikit berbeda dari biasanya 20°C, dan perubahan resistivitasnya akan kecil. Sesuai dengan persyaratan standar telekomunikasi, resistensi konduktor tembaga Panjang 100 m pada kabel twisted pair Kategori 5e atau Kategori 6 tidak boleh melebihi 9,38 ohm pada 20°C. Dalam praktiknya, pabrikan memasukkan nilai ini dengan margin tertentu, sehingga bahkan pada suhu 25°C 30°C, resistansi konduktor tembaga tidak melebihi nilai ini.

    Redaman Sinyal Twisted Pair/Kerugian Penyisipan

    Ketika gelombang elektromagnetik merambat melalui kabel tembaga twisted pair, sebagian energinya dihamburkan sepanjang jalur dari ujung dekat ke ujung jauh. Semakin tinggi suhu kabel, semakin banyak sinyal yang dilemahkan. Pada frekuensi tinggi, redamannya lebih besar daripada pada frekuensi rendah, dan lebih banyak lagi kategori tinggi Batasan yang dapat diterima untuk pengujian insertion loss lebih ketat. Dalam hal ini, semua nilai batas ditetapkan untuk suhu 20°C. Jika pada suhu 20°C sinyal asli tiba di ujung segmen sepanjang 100 m dengan tingkat daya P, maka pada suhu tinggi, kekuatan sinyal tersebut akan diamati pada jarak yang lebih pendek. Jika perlu untuk memberikan kekuatan sinyal yang sama pada output segmen, maka Anda harus memasang lebih banyak kabel pendek(yang tidak selalu memungkinkan), atau pilih merek kabel dengan redaman lebih rendah.

    • Untuk kabel berpelindung pada suhu di atas 20°C, perubahan suhu sebesar 1 derajat menyebabkan perubahan redaman sebesar 0,2%
    • Untuk semua jenis kabel dan frekuensi apa pun pada suhu hingga 40°C, perubahan suhu sebesar 1 derajat menyebabkan perubahan redaman sebesar 0,4%
    • Untuk semua jenis kabel dan frekuensi apa pun pada suhu dari 40°C hingga 60°C, perubahan suhu sebesar 1 derajat menyebabkan perubahan redaman sebesar 0,6%
    • Kabel kategori 3 mungkin mengalami perubahan redaman sebesar 1,5% per derajat Celcius

    Sudah di awal tahun 2000. Standar TIA/EIA-568-B.2 merekomendasikan pengurangan panjang tautan/saluran permanen Kategori 6 maksimum yang diizinkan jika kabel dipasang di lingkungan bersuhu tinggi, dan semakin tinggi suhunya, semakin pendek segmennya.

    Mengingat batas frekuensi pada kategori 6A dua kali lebih tinggi dibandingkan kategori 6, pembatasan suhu untuk sistem tersebut akan lebih ketat.

    Hari ini, ketika mengimplementasikan aplikasi PoE Kita berbicara tentang kecepatan maksimum 1 gigabit. Namun, ketika aplikasi 10-Gigabit digunakan, Power over Ethernet bukanlah suatu pilihan, setidaknya belum ada. Jadi tergantung pada kebutuhan Anda, ketika suhu berubah, Anda perlu mempertimbangkan perubahan resistivitas tembaga atau perubahan redaman. Dalam kedua kasus tersebut, yang paling masuk akal adalah memastikan bahwa kabel disimpan pada suhu mendekati 20°C.