Sayfa 10 / 21

Elektrik tesisatlarında çeşitli malzemelerden üretilen ürünler bir arada çalışır. Yaygın olarak kullanılanlar: yapısal ve elektrikli çelikler, bakır, alüminyum, bronz, pirinç, kurşun, kalay, gümüş, nikel, altın, tungsten, platin, çeşitli metallerin alaşımları, kömür, grafit, kablo kağıdı, kauçuk, iplik, polivinil klorür, polietilen , tektolit, ebonit, elyaf, yağlama ve yalıtım yağları, organik ve silikat cam, porselen, yapıştırıcılar, vernikler, macunlar, bitüm, silikon, selenyum, germanyum, bakır oksit yarı iletkenler, asidik ve alkalin elektrolitler vb. Kısacası elektrik mühendisliğinde kullanılmayan bir malzeme bulmak zordur. Ve her malzemenin kendine has özellikleri vardır.
Malzemelerin özellikleri, tercih edilen uygulama alanlarını ve malzemelerin hangi koşullar altında kullanılamayacağını belirler. Örneğin kauçuk mükemmel İzolasyon malzemesi. Ancak yağın olduğu yerlere kauçuk izolasyonlu teller döşenirse kauçuk ıslanacaktır. Bu koşullar altında plastik izolasyona ihtiyaç vardır. Veya başka bir örnek.
Kauçuk izolasyonlu teller, kauçuk yanacağından ısıtma cihazlarına doğrudan bağlanamaz. Burada ısıya dayanıklı silikon izolasyona ihtiyacınız var. Örnekler sonsuz olarak verilebilir.
Elektrikli ürün üreticileri malzemelerin özelliklerine güvenmektedir, ancak onarımlar sırasında bazen kabul edilemez değiştirmelere de başvurmaktadırlar. Değiştirme nedenleri farklılık göstermektedir. Bazı durumlarda, örneğin pirincin her zaman kırmızı bakırın yerini alamayacağını bilmiyorlar - tipik bir durum yukarıda Alıştırma 20'de tartışılmıştır. Diğer durumlarda uygun bir malzeme yoktur; örneğin nemli bir oda için bir textolite panele ihtiyacınız vardır ve bunun yerine getinax kullanılır, ancak getinax nemi emer ve bu da panelin yalıtımını büyük ölçüde bozar. Üçüncüsü, insanlar işleme kolaylığından etkilenirler: pirincin delinmesi kolaydır, ancak kırmızı bakırın delinmesi zordur.
İlgili paragraflarda çeşitli faktörlerin malzeme ve ürünler üzerindeki etkisi tartışılmaktadır. Bu bölümde sadece termal olaylara odaklanacağız. Ancak öncelikle çok önemli bir hususu vurgulayalım: Malzemelerin özelliklerini karşılaştırmak için aynı koşullar altında parametreleri karşılaştırılır. Belirli değerler bu aynı koşulları karşılar; belirli bir birim (pay) için tasarlanmıştır.
Yani, örneğin, bakır ve alüminyumun spesifik iletkenliği sırasıyla 54 ve 32'dir, bu, bakırın elektriksel olarak daha iletken olduğu anlamına gelir - 54: 32 ^ 1,6 kat. Bu, direncinin 1 Ohm (direnç birimi) olduğu 1 mm2 (kesit birimi) kesitli bir iletkenin metre cinsinden uzunluğundan başka bir şey olmayan spesifik iletkenliğin fiziksel anlamından kaynaklanır. Örneğimizde 1 Ohm elde etmek için 1 mm2 kesitli 54 m bakır veya 32 m alüminyum tel almanız gerekir.
Yeterince yüksek bir sıcaklıkta metaller ve bunların alaşımları erir ve organik maddeler - kömür, kağıt vb. - yanar. Farklı metallerin ve alaşımlarının erime noktaları farklıdır. Örneğin tungsten, çelik, nikel, bakır, gümüş, pirinç, alüminyum, çinko, kurşun, kalay'ın erime noktaları (sayılar yuvarlanmıştır) sırasıyla 3410, 1530, 1455,1083,981,900,658,419, 327,232 °C'dir.
Sunulan verilerden görülebileceği gibi, metaller arasında çok refrakter olanlar, örneğin tungsten ve düşük erime noktalı olanlar - kurşun, kalay, çinko vardır. Tungsten, akkor lambaların filamanlarını (çalışma sıcaklığı yaklaşık 2500 °C) ve darbe modlu röle kontaklarını, önemli endüktansa sahip yüksek frekanslı anahtarlama elektromıknatıslarını yapmak için kullanılır. Bu durumlarda akımlar genellikle küçük ve kısa ömürlüdür ve kontaklar esas olarak yüksek sıcaklıktaki bir kıvılcımla ısıtılır.
Atalet sigortaları için eriyebilir bağlantılar, başta kurşun olmak üzere düşük erime noktasına sahip metallerden yapılır; Sigorta ekleri genellikle çinkodur.
Yumuşak lehimler şunlardır: kalay (saf kalay yalnızca özel durumlarda kullanılır) ve kalay ve kurşun alaşımlarıdır. Örneğin kalay-kurşun lehim GYUS-40 %40 kalay içerir. Lehimlemeyle ilgili önemli bilgiler Alıştırma 23'te yer almaktadır.
Alıştırma 23. İletkenleri bağlamak için lehimleme ve kaynak yaygın olarak kullanılmaktadır.
Soruları cevaplayın: 1. Lehimleme ve kaynak arasındaki temel fark nedir? Lehimleme ve kaynak kullanımına örnekler verin. 2. Kurşun kablo bağlantılarını lehimlerken neden özel dikkat gereklidir? 3. Yumuşak lehimlerin avantajları ve dezavantajları nelerdir ve kullanımları kabul edilemezse ne yapılmalıdır? 4. Akı nedir? 5. Aşırı ısınmış bir havya neden “lehim yapmıyor”? Deneyimli montajcılar lehimlemeler arasında ne yapar?
Yanıtlar. 1. Lehimleme, bir ürünün parçalarının erimiş lehim metali kullanılarak birleştirilmesidir. Lehimleme sırasında ürünün bağlı kısımları erimez, sadece erime noktası daha düşük olan lehim erir. Bu nedenle bağlanan parçalar arasında doğrudan bir bağlantı yoktur. Kaynak, metallerin yerel alaşımlama veya eklem plastik deformasyonu yoluyla birleştirilmesi, bunun sonucunda birleştirilen metallerin atomları arasında güçlü bağların oluşması işlemidir. Lehimlemenin tipik örnekleri: bakır iletkenlerin konektör pinlerine, röle kontak plakalarına, yarı iletken diyotlara vb. bağlanması. Alüminyum da lehimlenir ancak alüminyumun lehimlenmesi çok daha zordur ve özel lehim gerektirir. Alüminyum iletkenler, örneğin aydınlatma ağlarının branşman kutularında füzyon kaynağıyla eşleştirilir. Bara bağlantıları ve bunlardan branşmanlar soğuk kaynakla yapılır, yani. basınçlı kaynak.
Kurşunun erime noktası lehimin erime noktasından biraz daha yüksektir, bu da lehimleme sırasında kablonun kurşun kılıfının aşırı ısınmasını ve erimesini kolaylaştırır.
Yumuşak kalay-kalay lehimlerle çalışmak kolaydır ancak mekanik olarak yeterince güçlü değildirler. Bu nedenle ürünün bağlantılı parçaları. mekanik yükler mümkünse, lehimlemeden önce bunları sabitlemek gerekir (iletkenleri bükün, bunları röle kontak yaylarının, konektörlerin vb. saplarındaki deliklerden geçirin).
Ayrıca acil durum modlarında lehimleme alanlarının güçlü bir şekilde ısıtılması mümkünse lehim yumuşayabilir ve ısınan yüzey oksitlenebilir. Lehim soğuduktan sonra bağlantı artık çalışmayacaktır çünkü bu durumda akı yoktur.
Yüksek mekanik mukavemet gerekiyorsa veya sıcaklıkta güçlü bir artış mümkünse, örneğin pirinç esaslı sert lehimler kullanılır. Ancak bu durumda lehimleme sıcaklığı çok daha yüksektir.
Akı, erimiş halde oksitleri çözen bir maddedir; Lehimleme yüzeylerini temizler. Temizlenmemiş yüzeyler lehimlenmez. Bakır, pirinç ve bronzun yumuşak lehimlerle lehimlenmesinde akı olarak reçine kullanılır. Çeliği lehimlerken reçine uygulanamaz. Çinko ile kazınmış hidroklorik asit kullanmalısınız. Asitle lehimleme sonrasında, girebileceği bölgenin iyice yıkanması gerekir, aksi takdirde iletkenler korozyona uğrar.
Havyanın aşırı ısınmasına izin verirseniz, reçine yanmaya başlar ve yüzeyi temizlemek yerine kirletir. Havyanın aşırı ısınmasını önlemek için (lehimleme sırasında aşırı ısınmaz, çünkü ısı lehimi eritmek için kullanılır), fazla ısıyı gideren metal bir nesnenin üzerine yerleştirilir.
Erimiş haldeki bazı metaller daha fazla refrakter metalleri çözer. Yani erimiş kalay bakırı çözer. Bu fenomen bakır telden sigorta bağlantılarının imalatında kullanılır. Bakır telin üzerine bir teneke top eritilir. Bakırın erime noktasından önemli ölçüde daha düşük bir sıcaklığa ısıtıldığında, top bakırı eritir ve çözer: sigorta hızla atar.
Çeşitli metallerin kesin olarak tanımlanmış oranlarda alaşımlanmasıyla gerekli özelliklere sahip alaşımlar elde edilir. Örneğin nikrom ve fekral yaklaşık 1000 °C sıcaklıklarda çalışabildiğinden elektrikli ısıtma cihazlarında kullanılırlar.
Reotan ve nikel yüksek dirence sahiptir, ancak yüksek sıcaklıklara tolerans göstermezler - bunlar reostatik alaşımlardır.
Manganinin ana özelliği - sıcaklık değiştiğinde direncin pratik sabitliği - ana uygulama alanını belirler. Manganin, ampermetreleri bağlamak için şöntler, voltmetrelere ek dirençler, direnç depoları ve elektrikli ölçüm ekipmanlarındaki diğer hassas direnç elemanlarını yapmak için kullanılır.
Invar'ın genleşme sıcaklık katsayısı çeliğin sıcaklık genleşme katsayısından yaklaşık 12 kat daha azdır, bu nedenle invar bir termobimetalin bileşenlerinden biri olarak hizmet eder (aşağıya bakın, alıştırma 29).
Sabit n, kromel ve alümel, termokupllar, onlar için kompanzasyon telleri vb. için malzemelerdir.
Kısacası, her alaşım belirli bir amaca yöneliktir ve bu nedenle değiştirilmesi her zaman kabul edilebilir değildir. Örneğin, ısıtma bobini nikromdan değil nikelden yapılmışsa (boyutları yaklaşık olarak aynı olacaktır), o zaman yanacaktır.
Farklı metallerin (alaşımların) birleşimini ısıtırken Termal enerji doğrudan elektrik enerjisine dönüşür: termoEMF ortaya çıkar. Diğer her şey eşit olduğunda, termoEMF sıcaklıkla orantılıdır ve termokupllar kullanılarak yapılan ölçüm buna dayanmaktadır. Termokupl, sıcaklığın ölçülmesi ve bir milivoltmetreye bağlanması gereken ürünün yerine yerleştirilir (örneğin, özel kompanzasyon kabloları vb. kullanılarak bir takım gereksinimlere uyularak). Milivoltmetre ölçeği santigrat derece cinsinden derecelendirilmiştir.
Önemli termoEMF'ler, yarı iletkenlerden bir araya getirilen termopiller tarafından geliştirilir. Bir gazyağı lambasının camına yerleştirilen bir termopil, radyoyu çalıştırmak için yeterli gücü sağlar.
Sıcaklık arttıkça elektrik direnci metaller artarken kömür, elektrolitler ve yarı iletken cihazlar azalır. Direncin sıcaklık katsayısı kullanılarak direncin ne kadar değiştiği hesaplanabilir. Pozitifse, sıcaklık arttıkça direnç artar, bu nedenle akım azalır, ancak elektromıknatısların, ağların, ölçüm cihazlarının, lambaların sargılarında - içinde değişen dereceler. Bu nedenle akımı değiştirmenin sonuçları farklıdır. Tipik durumlar Alıştırma 24'te tartışılmaktadır.
Alıştırma 24. Bir elektrik tesisatının metal parçalarından geçen akım onları ısıtır: direnç artar.
Soruları cevaplayın ve hangi durumlarda dirençteki artışın önemli olduğunu değerlendirin: 1. 10 ° C sıcaklıkta, elektromıknatıs sargısı R'nin direnci 500 Ohm'dur ve besleme bakır kablo 1 Ohm. Elektromıknatıs 60 °C'ye kadar ısıtıldı. Devredeki akım nasıl değişecek? Besleme kablosunun direnci çok değişecek mi? Isıtılmış bir elektromıknatıs "daha güçlü" mü yoksa "daha zayıf" mı olacak? 2. Diğer her şey eşit olduğunda tel 40 "C'ye kadar ısıtılır. Bu, devredeki akım gücünü değiştirir mi? İki durumu düşünün: a) tel yük akımı tarafından ısıtılır; b) tel yüksüzdür, ancak yanlışlıkla boru hattı sıcak su kaynağının yakınına döşendiği için ısındı 3. Düzinelerce güçlü lambalı tiyatro avizeleri hemen tam ısıya değil, yavaş yavaş açılıyor, bunu "güzellik için mi" yapıyorlar, yoksa daha ciddi nedenler mi var? 4. Voltmetrenin yerleştirildiği odanın sıcaklığı 10 ila 35 °C arasında değişmekle birlikte, ölçüm doğruluğu kabul edilebilir sınırlar içinde kalmaktadır.Bu nasıl elde edilir?Bakır için direnç sıcaklık katsayılarının 0,004 olduğunu varsayalım ve manganin 0.000008 derece." 5. Elektromıknatıs sargısının sıcaklığı yukarıda belirtilmiştir. Ancak sarımın dış kısımlarının iç kısımlara göre daha iyi ve dolayısıyla daha soğuk soğutulduğu oldukça açıktır. Hangi sıcaklıktan bahsediyoruz?
Yanıtlar. 1. Bakırın sıcaklık direnç katsayısı 0,004 derece-1'dir - Bu, 100 °C'ye ısıtıldığında direncin %40, 60 °C'ye ısıtıldığında ise %24 arttığı anlamına gelir. Akım buna göre azalır. Tel direnci, değer direncinin %0,2'sidir. O kadar küçüktür ki dikkate alınmamalıdır. Akım azaldıkça (elektromıknatıs sargısının ısınması nedeniyle), telin sıcaklığının azaldığını (artmadığını) ve dolayısıyla direncinin azaldığını belirtmek ilginçtir. Ancak bu değişiklikler küçük ve önemsizdir. Akımın azalması nedeniyle MMF azalır: elektromıknatıs "zayıflar" (yukarıya bakın, Alıştırma 1).
40 °C'ye ısıtıldığında telin direnci %16 artar ve örneğimizde 1,16 Ohm'a eşit olacaktır. Ancak devre direnci hemen hemen aynı kalacaktır (501 Ohm % 501,16 Ohm). a) durumu için yük akımıyla ısınma normal bir olgudur, b) durumu için ise tel üzerindeki izin verilen yük önemli ölçüde azaltılmalıdır.
Akkor lamba filamanının çalışma sıcaklığı 2500 °C'nin üzerindedir. Dolayısıyla lamba filamanının açılmadan önceki direnci, yanan lambanın direncinden yaklaşık 10 kat daha azdır. bu nedenle ani akım yüksektir ve azaltılması gerekir.
Voltmetre çerçevesinin direnci, manganinden yapıldığından ek dirençle karşılaştırıldığında ihmal edilebilir düzeydedir ve manganinin direnci neredeyse sabittir. 1. litre ve ek direnç manganin değil bakır olsaydı, aynı voltajda 10 °C'deki voltmetre okumaları 35 °C'deki okumalardan %10-12 farklı olurdu.
Birinci sorudaki durumda başlangıç ​​sıcaklığı 10°C, ısıtma ise 60°C’dir. Dolayısıyla sargı sıcaklığı 10 + 60 =70 °C olur. Ortalama sıcaklık, sargı sıcaklığı olarak alınır; direnç ölçümlerinin sonuçlarından hesaplanır.
Direnç termometreleri kullanılarak ölçümü, metallerin direncinin sıcaklığa bağımlılığına dayanmaktadır.
Sıcaklık direnci katsayısı negatifse, ısıtma akımda çığ benzeri bir artışa neden olur ve sınırlandırılması gerekir. Aslında akım, negatif direnç katsayısına sahip bir iletkeni (yarı iletken) ısıtır. Direnç azalır, akım artar vb.
Örneğin, yatak sıcaklıklarının otomatik kontrolü, yarı iletken dirençler (termistörler) ısıtıldığında akımın çığ gibi artmasına dayanır. İletkenlerin ve yarı iletkenlerin direncinin sıcaklığa bağımlılığına dayalı sıcaklık ölçümü ve kontrolü sırasıyla Alıştırma 25 ve 26'da gösterilmektedir.

Pirinç. 9. Pozitif sıcaklık direnç katsayısına (a) sahip bir termistör kullanılarak sıcaklık ölçümü ve negatif sıcaklık direnç katsayısına sahip bir termistör ile sıcaklık kontrolü 16) - alıştırmalar 25 ve 26'ya
Alıştırma 25. Şek. 9 ve şunu gösterir: güç kaynağı (+,"), ölçüm cihazı I"R - oran ölçer.
direnç RK1 ve kesme direnci R. Sıcaklığın ölçülmesi gereken yere, örneğin bir yağ deposuna, uygun takviyeli bir termistör takılır ve ölçüm cihazı kontrol paneline monte edilir.
Soruları cevaplayın: 1. RK1 termistörünün görüntüsünde ne temsil edilmektedir: eğik çizgi ve harf 2. Ölçülen sıcaklıkla orantılı olan elektriksel miktar nedir? 3. Akımı ölçmek için neden sadece miliampermetre değil, oran ölçer de kullanılıyor? 4. Devreye neden bir ayar direnci ekleniyor?
Yanıtlar. 1- Doğrusal öz düzenlemenin standart işareti olan eğik çizgi, direncin sıcaklıktaki değişikliklerle doğru orantılı olarak değiştiğini ve bu sürecin kendi kendine gerçekleştiğini vurgulamaktadır. herhangi bir dış etki olmadan. Mektup, etkisi altında kendi kendini düzenlemenin gerçekleştiği fiziksel bir miktarı, bizim durumumuzda sıcaklığı belirtir.
Mevcut güçle orantılı.
Miliammetre okuması yalnızca dirence (gerekli olan) değil, aynı zamanda güç kaynağının voltajındaki değişikliklere de bağlıdır ve bu, ölçümde bir hataya neden olur. Oran ölçerler (oran ölçerler) bu dezavantajdan muaftır: okumaları pratik olarak voltaj değişikliklerinden bağımsızdır. Gerçek şu ki, bir oran ölçerdeki karşıt moment bir yay tarafından (miliammetrede olduğu gibi) değil, elektriksel olarak, yani. Şekil 2'deki ikinci sargıyı kullanarak 9 ve yeşil çizgiyle gösterilmiştir. Aslında, voltaj ne kadar düşük olursa, çalışma sargısından o kadar az akım geçer (Şekil 9a'da kırmızı).
Ancak karşıt torku yaratan akım da aynı ölçüde azalır. Gerilim arttıkça hem çalışma hem de karşı sargılardaki akımlar eşit oranda artar.
4. Sıcaklığı ölçmek için kullanılan oran ölçerler, besleme kablolarının belirli bir direnç değerine göre kalibre edilir. Bir ayar direnci R kullanılarak bu değer kurulum sırasında ayarlanır.
Alıştırma 26. Şek. Şekil 9.6, bir mekanizmanın yatağının sıcaklığının izlenmesine yönelik bir diyagramı göstermektedir. Sıcaklık sensörü yarı iletken termistörü (termistör) RK2 - yatak kalkanına monte edilir ve röle sargısı K ile seri olarak bağlanır. İkincil sargıdan gelen musluklar kullanılarak transformatörden (75) gelen stabilize besleme voltajı, sıcaklığın altındaki bir sıcaklıkta olacak şekilde seçilir. ayar noktası (örneğin 80°C'nin altında) termal denge korunur. Bu, termistörden geçen akımın ürettiği ısının kontrollü ortam tarafından tamamen uzaklaştırıldığı ve termistörün direncinin binlerce ohm olduğu anlamına gelir. Yükselen sıcaklık belirli bir ayar noktasına ulaşırsa, termal denge bozulur, termistörün sıcaklığı artar ve elektrik direnci azalır. Dirençteki bir azalma, akımda yeni bir artışa ve termistörün daha fazla ısınmasına neden olur.
Süreç çığ gibi ilerliyor ve hızla rölenin çalışmasına yol açıyor. Kontakları örneğimizdeki gibi herhangi bir devrede, örneğin sinyal lambası devresinde (III.) kullanılabilir.
Soruları cevaplayın: I. RK2 termistör tanımındaki kesikli çizgi ve t°1 yazısı neyi gösterir? 2. Besleme gerilimini stabilize etmenin amacını açıklayın. 7*5 transformatörün tanımında stabilizasyonu gösteren nedir? 3. Transformatörün sekonder sargısındaki ve anahtar 5'teki musluklar ne için kullanılır? 4. Transformatörün sekonder sargısından sağlanan voltajın arttırılması durumunda sıcaklık ayarının artıp artmayacağını veya azalacağını değerlendirin. 5. Diyagramdan, K rölesi etkinleştirildikten sonra kontağının termistöre kısa devre yaptığı görülebilir. Bu temasın olmaması durumunda termistöre ne olur?
Yanıtlar. 1. Kesikli çizgi, doğrusal olmayan kendi kendini düzenlemeyi belirtir: bu, termistör direncinin sıcaklıkla orantılı olarak değişmediği, ancak çok daha keskin bir şekilde değiştiği anlamına gelir. -t yazısı sıcaklığın fiziksel miktarını belirtir ve eksi işareti negatif sıcaklık direnci katsayısını gösterir. Bu, sıcaklık arttıkça direncin artmadığı (direnç termometresinde olduğu gibi, egzersiz 25) ancak azaldığı anlamına gelir.
Gerilim stabilizasyonu olmadan gerilimdeki değişiklikler sıcaklık ayar noktasını değiştirir. Stabilizasyon, transformatör 75'in tanımında kesikli bir çizgi ile gösterilir.
Musluklar, anahtar 5 kullanılarak gerekli ayara karşılık gelen voltajın ayarlanmasına yarar.
Gerilim arttıkça, kontrol edilen ortamın daha düşük bir sıcaklığında termal denge kurulur, dolayısıyla sıcaklık ayar noktası düşer.
yanmış olurdu.
Sıcaklıktaki değişiklikler her zaman cisimlerin boyutunda değişikliklere yol açar. Bazı durumlarda termal genleşme zararlıdır. Elektrikli makinelerin yapıldığı malzemelerin (çelik, bakır, yalıtım) farklı termal genleşme katsayıları nedeniyle, çekme kuvvetleri ortaya çıkar ve bu da yalıtımın mekanik olarak aşınmasına neden olur. Elektrik tesisatlarının işleyişindeki ciddi bozulmaların örnekleri Alıştırma 27'de verilmiştir.

Pirinç. 10. Termal genleşme elektrik tesisatlarının çalışmasını bozabilir - alıştırma 27 için
Isıl genleşmenin arızalara yol açmasını önlemek için bir takım önlemler alınır, örneğin lastikler sağlam bir şekilde sabitlenmez, içlerine esnek uçlar yapılır vb.
Alıştırma 27. Aşağıda termal genleşmeden kaynaklanan elektrik tesisatı arızasının üç örneği verilmiştir.
Durum A. Arızalı bir ısıtma elemanı Isı eşanjörü, üzerine asbest izolasyonu (2) üzerine nikrom telin (3) sarıldığı çubuk (1) ile değiştirildi. Çubuk, ısı eşanjörü gövdesinden iyi bir şekilde yalıtıldı. Telin bir ucu ısı değiştirici gövdesine, diğer ucu ise çubuğa bağlanarak Şekil 2.1’de görüldüğü gibi güç sağlanmıştır. 10 A. Açıldıktan birkaç dakika sonra sigorta 4 patladı, bir sonraki açılmadan önce çubuk gövdesinin yalıtım direnci bir megohmmetre ile ölçüldü. İzolasyon yüksekti. Bir dahaki sefere açtığımda aynı şey oldu: birkaç dakika sonra sigorta patladı.
Durum B. Porselen izolatör 5, flanş b ile güçlendirilmiştir (Şekil 10.6) ve mevcut çimento, bağlayıcı 7 olarak kullanılmıştır. Sıcak havalarda izolatörde çatlak oluştu.
Durum B. Rayların (9) altına döşenen Kablo 8 (Şekil 10,c), bir boru parçası (10) tarafından mekanik hasardan korunmuştur. İlkbaharda kablo hasar görmüş ve tam olarak borunun içinde hasar görmüştür.
Soruları cevaplayın: 1. Açmadan önce megaohmmetre ile ölçülen yalıtım tamamlanmış olmasına rağmen A durumunda sigorta neden atmış? 2. B durumunda yalıtkanın çatlamasına ne sebep oldu? 3. Kablo nasıl hasar gördü? Kurulum sırasında hangi hatayı yaptınız?
Yanıtlar. 1. Açıldığında çubuk ısındı ve uzadı. Sol ucu ısı eşanjörünün gövdesine dokundu: kısa devre oluştu. Megaohmmetreyi alacakken çubuk biraz soğudu ve bir boşluk 5 oluştu (bkz. Şekil 10, a).
Çimento ısıtıldığında genişledi. Dayanıklı dökme demir flanşı "veremezdi". Bu nedenle daha kırılgan olan porselenler çatlar.
Gün içerisinde kar eridi ve boru su ile doldu. Gece su dondu. Ve buzun hacmi, buzun oluştuğu su hacminden daha büyük olduğundan buz, kabloyu sıkıştırdı. Montajcıların borunun içine su girmemesi için borunun uçlarını kapatmaları gerekiyordu.
Termal genleşme önemli faydalı uygulamalar. Bu nedenle, genleşme termometrelerinin, termal alarmların ve doğrudan etkili termostatların bazı versiyonlarının eylemi termal genleşmeye dayanmaktadır (bir örnek alıştırma 28'de verilmiştir).
Alıştırma 28. Şek. Şekil 11, doğrudan etkili bir termostatı şematik olarak göstermektedir. Herhangi bir mekanizmanın soğutma ceketindeki (1) suyun sıcaklığı arttığında, termal silindirde (2) bulunan çalışma sıvısı genleşir ve bağlantı borusu (3) aracılığıyla basıncı çubuğa (6) aktarır, bu da valfe (7) baskı yapar. Valf Çalışma akışkanının basıncı ile geri çekme yayının direnci dengelenene kadar hareket devam eder. 8. Su akışının artması, soğutma ceketindeki sıcaklığı düşürür. Termal silindirdeki çalışma akışkanının basıncı azalır ve yay, su akışını azaltarak valfi yükseltir. Böylece valf, sıcaklığının belirli bir seviyede kalması için gerektiği kadar suyun içeri girmesine izin vererek "nefes alır".
Soruları cevaplayın: 1. Oluklu borular (körük) 5 ve el çarkı 4"" ne için kullanılır (Şekil 11, o)? 2. Termostat neye dayanarak doğrudan etkili termostat olarak adlandırılır?
Yanıtlar. 1. Oluklu metal borular havayı, soğutma suyunu ve çalışma sıvısını ayırır. Sızdırmazlık görevi görürler ancak tam sızdırmazlıkları ve sürtünmesiz hareket kabiliyetleri nedeniyle çok daha gelişmişlerdir.
El çarkı, üst körüğün tabanına takılan çubuğun vidalanması veya sökülmesi, yani esnetilmesi veya sıkıştırılması için kullanılır. Bu sayede çalışma sıvısının başlangıç ​​basıncı yaratılır, yani. Termostat gerekli sıcaklık ayar noktasına ayarlanır.
2. Termometrik sistem herhangi bir ara tahrik olmadan doğrudan vanaya etki eder.
Termal genleşme, otomatik anahtarlarda, termal rölelerde (motorları aşırı yükten korumak için), sıcaklık kontrol cihazlarında ve telefonda ve sıklıkla otomasyonda kullanılan basit zaman rölelerinde sıcaklığa duyarlı bir eleman olarak yaygın şekilde kullanılan termobimetalin oluşturulmasının temelidir.

Pirinç. 11. Termal genleşmenin birçok yararlı uygulaması vardır - Alıştırma 28 ve 29'a
Termobimetal (Şekil 11d), farklı sıcaklık genleşme katsayılarına sahip ve artık deformasyon olmayacak şekilde yeterince elastik olan iki kaynaklı plakadan yapılmıştır. Metallerden biri, önemsiz bir termal genleşme katsayısına sahip olan bir alaşım - invar, diğeri - bronz olabilir. Isıtıldığında (t cinsinden sıcaklık, başlangıç ​​sıcaklığından daha büyüktür), termobimetal plaka bir yönde bükülür ve soğutulduğunda (t cinsinden sıcaklık, başlangıç ​​sıcaklığından daha büyüktür), termobimetal plaka bir yönde bükülür ve soğutulduğunda (in2 in'den daha az) - diğerinde.Bazı tasarımlarda bükülme, kontakların değişmesine yol açarken, diğerlerinde mekanizmanın mandalı serbest bırakılır.Örnekler alıştırma 29'da verilmiştir.
Alıştırma 29. Şek. Şekil 11.6, telefon rölesinin gövdesine monte edilen termal grup adı verilen en basit bimetalik zaman rölesinin bir diyagramını göstermektedir. Yalıtılmış nikrom telden yapılmış bir ısıtma sargısı (11) bimetalik plakanın (13) üzerine sarılır. Kontak (9) kapatıldığında, akım ayarlanabilir bir direnç (10) aracılığıyla sargıya girer. Plaka (13) ısınır, bükülür ve bir süre sonra plakalar (12 ve 13) üzerine perçinlenen kontağı kapatır.
İncirde. Şekil 11, c bimetalik bir termal alarmı göstermektedir. Bimetalik plaka (17) braketin (16) üzerine monte edilmiştir. Normal su sıcaklıklarında kontaklar açıktır. Sıcaklık yükseldiğinde bir kontak (örneğin 18) kapanır ve yeşil lamba yanar. Sıcaklık düştüğünde başka bir kontak 15 kapanır ve kırmızı lambayı yakar.
Şematik diyagram koruyucu termal röle Şekil 2'de gösterilmektedir. 11, d. Yük akımı / bimetalik plaka 21, kontak 22, kontak köprüsü 24 ve kontak 25'ten geçer. Geri dönüş yayı 26 sıkıştırılır (soldaki resim). Önemli ve uzun süreli bir aşırı yük meydana geldiğinde, bimetalik plaka bükülür (sağdaki şekil) ve kolu (20) serbest bırakır. Yay (26) parçayı (23) kaldırır, kol (20) O ekseni etrafında döner ve kontak açılır.
Soruları cevaplayın: 1. Şekil 2'deki zaman rölesi. Şekil 11.6'da, üzerinde hiçbir kontak veya sargı bulunmayan bimetalik bir plaka (14) bulunmaktadır. Bunlar gereksiz bir detay değil mi? 2. Gerekli zaman gecikmesi nasıl ayarlanır? Neden yayı 12 bükerek değil de "elektrikli olarak" (mevcut gücü değiştirerek) kurulmalı, yani. temaslar arasındaki boşluğu bu şekilde mi artırıyorsunuz? 3. Bimetalik zaman rölesinin temel dezavantajı nedir? 4. Şek. Şekil 11'de bimetalik plakanın üzerinde ek parça (19) gösterilmektedir, ne için kullanılır ve uzunluğu nasıl belirlenir? 5. Diyagramı Şekil 2'de gösterilen tasarımın temel avantajı nedir? 11, d?
Yanıtlar. 1. Sıcaklık değişimlerini telafi etmek için Plaka 14'e ihtiyaç vardır çevre. Gerçek şu ki, plaka (13) yalnızca ısıtma sargısının etkisi altında değil, aynı zamanda ortam sıcaklığının etkisi altında da bükülmektedir. Ancak 14 nolu plaka da aynı ölçüde bükülmektedir, sıcaklık arttığında itici aracılığıyla 12 nolu plakayı kaldırmaktadır, sıcaklık düştüğünde ise ondan uzaklaşmaktadır: 12 nolu plaka esnekliğinden dolayı aşağıya doğru bükülmektedir. Sonuç olarak, herhangi bir ortam sıcaklığında, plakalar (12 ve 13) arasındaki boşluk neredeyse hiç değişmeden kalır. Elektrik motorlarını aşırı yükten korumak için kullanılan modern termik rölelerde sıcaklık kompanzasyonu yaklaşık olarak aynı şekilde uygulanır.
Ayarlanabilir bir direnç kullanılarak gerekli ayarın yapılması, rölenin mekanik özelliklerini ihlal etmez ve artık deformasyona yol açmasa bile plakaların bükülmesi her durumda yaşlanmayı hızlandırır.
Ayar, ısıtma sargısının besleme voltajındaki değişikliklere bağlıdır.
Ek parça (19) olmadan, bimetalik şeridin (17) bir kısmı kontrollü bir ortamda olacaktır - bu iyidir. Ancak ortamdan çıkıntı yapan diğer kısmı hava sıcaklığını ölçecektir ve bu kötüdür. Kontrollü ortam tüm bimetalik şeridin etrafından akmalıdır. Bu durum ekleme uzunluğunu belirler.
Tasarım, bimetalik plakanın yavaş bükülmesine rağmen, kesinlikle gerekli olan devrenin hızlı bir şekilde açılmasını mümkün kılar. Tasarım hızlı açılmayı sağlamıyorsa, kontakların tahribattan korunması için özel önlemler alınmalıdır.
Önemli Not. Proses parametrelerinin (sıcaklık, seviye, basınç, akış, hız, hareket vb.) izlenmesine yönelik sensörlerin konumu ve bunların kontrollü ortama daldırılma derinliği büyük önem taşır. Bu nedenle, örneğin, termostatın termal silindirinin, termokuplun veya direnç termometresinin nereye takılacağı kayıtsız olmaktan uzaktır. Gerçek şu ki, transformatör tankının alt ve üst kısımlarındaki sıcaklıklar farklıdır (ısıtılan yağ yükselir). Suyun soğutma ceketine girişine yakın ve çıkışındaki sıcaklıkları farklıdır.
Veya başka bir örnek. Hareket veya limit anahtarının montaj yeri yanlış seçilirse mekanizmanın hareketli kısmı yanlış yerde duracaktır. Genel olarak, tüm bunlar ilk bakışta göründüğünden çok daha karmaşıktır ve çoğu zaman otomasyonun yetersiz çalışmasının nedeni sensörün kötü yerleştirilmesidir. Ancak tasarım sırasında bu en önemli koşullar hafife alınır ve bazen ayarlayıcıların katılımı olmadan dikkate alınamaz.
Yalıtım özellikle sıcaklık artışlarına karşı hassastır. Kauçuk ve kağıt ısıtıldığında çatlar ve ufalanır; kağıt, karton, izolasyon yağı, iplik ve kendi kendine sönmeyen polietilen gibi bazı plastikler tutuşabilir. Organik cam ve elyaf ısıtıldığında yumuşar, mekanik mukavemetini kaybeder ve sıklıkla eğrilir. Emdirme kütlesi kapasitörlerden dışarı akar ve içeride emprenye etme kütlesinden daha az elektriksel olarak daha az güçlü olan (aşağıya bakınız, § 7) hava kabarcıkları oluşur.
Bazen elektrikli ekipmanın onarımında kullanılan balmumu, parafin, yumuşatıcı boyalar ve vernikler erimiş halde ankrajların yüzeyine nüfuz eder ve tutkal görevi görür. Sonuç olarak, röle armatürü serbest bırakmayabilir veya önemli bir gecikmeyle serbest bırakabilir, bu da otomasyonun çalışmasını bozabilir.
Yarı iletken cihazların aşırı ısınması son derece tehlikelidir. Yarı iletken cihazlar aşırı ısınmanın bir sonucu olarak yalıtım özelliklerini kaybeder ve selenyum redresörleri genellikle bir arıza sonrasında onarılırken, germanyum ve silikon redresörleri umutsuzca arızalanır ve değiştirilmeleri gerekir.
Yarı iletken cihazların doğrusal olmayan özelliklere sahip olduğu özellikle vurgulanmalıdır; başka bir deyişle, cihazların iletkenliğinin sıcaklığa açık bir bağımlılığı vardır. Bu, "çok fazla ısınmamış" bir ürünün bile (örneğin bir bilgisayar), termal rejim dikkate alınmadan tasarlanmışsa "birdenbire" hata yapmaya başlayabileceği anlamına gelir. Ancak yeterli soğutmanın ardından bir sonraki aşırı ısınmaya kadar tekrar düzgün çalışır.
İzin verilen sıcaklık, yani. Yalıtımın uzun süreli çalışmasının sağlandığı sıcaklık, ısıya dayanıklılık sınıfına göre belirlenir. Elektrikli makinelerin yalıtıldığı gün, ısıya dayanıklılık sınıfları, 90,105, 120, 130, 155, 180 ve 180 ° üzerindeki izin verilen sıcaklıklara karşılık gelen Y, A, E, B, F, H ve C harfleriyle belirtilir. C - hepsi malzemeye bağlı. Örneğin, E sınıfı (120 °C) sentetik organik malzemeleri (filmler, elyaflar, reçineler, bileşikler vb.) içerir; F sınıfı (155 °C), sentetik bileşiklerle kombinasyon halinde kullanılan mika, asbest ve cam elyafı bazlı malzemeleri içerir. , vesaire.
Aşırı ısınma aldatıcı bir olgudur. Çok büyük değilse, sonuçları hemen belli olmaz ve keşfedildiğinde herhangi bir önlem almak için zaten çok geç olur - ürün zarar görmüştür. Ayrıca, özellikle yoğun havalandırma durumunda, dış parçalar her zaman iç kısımlara göre daha az ısıtılır ve bu genellikle yanıltıcıdır. Çok çekirdekli kabloların bireysel damarları aşırı ısınabilir, ancak şimdilik bu da fark edilmeyecektir.
Elektrik tesisatlarının birçok kritik parçası aşırı ısınma korumasına sahip değildir, aynı zamanda olamaz. İlk bakışta böyle bir ifade mantıksız görünüyor. Ancak örneğin bir rölenin, kontaktörün veya manyetik yol vericinin aşırı ısınan bobinini düşünün. Aşırı ısınma nedeniyle yalıtımı tamamen bozulana kadar devredeki akım artamaz ve dolayısıyla ne sigorta ne de devre kesici korunmayacaktır.
Doğal olarak şu soru ortaya çıkıyor: Neden koruma sağlamayan böyle bir koruma? Koruma, bobinleri değil, elektrik tesisatını kısa devreye karşı korur ve ayrıca bobin yandıktan sonra kısa devre akımını keserek elektrik tesisatının kendisine zarar vermesini önler.
Isınmanın olumsuz etkisine rağmen, ısının açığa çıkmasını önlemek temelde imkansızdır: Akım olduğu için bu, ısının olduğu anlamına gelir. Ancak ısının açığa çıkması, yalıtımın mutlaka aşırı ısınacağı ve yeterince uzun süre ve iyi çalışamayacağı anlamına gelmez.
Isıl (ısıl) dayanım koşulları sağlandığı takdirde yalıtım kabul edilebilir sınırlar içerisinde ısınır ve garantili bir süre hizmet verir. Termal direnç farklı şekillerde ifade edilir. Birkaç örnek verelim.
Gerilim, nominal gerilimin %110'undan yüksek değil. Bu, ürünün terminallerindeki (röle, motor, kondansatör vb.) voltajın %10'dan fazla artmaması gerektiği anlamına gelir. Görünüşe göre bu, makul olmayan derecede katı bir gerekliliktir. Ancak oldukça haklı. Aslında aktif dirençli devrelerde akım, voltajla orantılıdır. Bu, örneğin voltajdaki %30'luk bir artışın, akımda %30'luk bir artışa neden olduğu anlamına gelir. Ancak ısı miktarı akımın karesiyle orantılı olduğundan, nominal voltaja göre %69 daha fazla ısı açığa çıkacaktır.
Sürekli akım 5 A, çift aşırı yük en fazla 10 saniye - yukarıya bakın, egzersiz 15.
Maksimum güç 15 W - yukarıya bakın, alıştırma 5 ve 15.
Sıcaklık 55 ° C'den yüksek değil
Alternatif voltaj bileşeni %5'ten fazla değildir. Benzer koşullar genellikle kapasitörler için ayarlanır, çünkü titreşimli bir voltaja açıldığında, alternatif bir bileşenin etkisi altında, kapasitörden bir akım geçerek kapasitörü ısıtır ve tahrip eder (yukarıya bakın, Alıştırma 4).
Yalıtım direnci sıcaklığa bağlı olarak büyük ölçüde değişir. Yani örneğin elektrikli kartonun 20°C'deki iletkenliği birlik olarak alınırsa 30, 40 ve 50°C sıcaklıklarda iletkenlik sırasıyla 4, 13 ve 37 kat artacaktır. Yalıtım direnci aynı miktarda azalır. Basit bir deney yaparsak bu kadar keskin bir bağımlılık netleşecektir. Mükemmel bir yalıtkan olan soğuk elastik kağıdı 130 - 140 ° C'ye kadar ısıtıyoruz: kağıt kırılgan ve kırılgan hale gelecektir. Daha fazla ısıtıldığında kağıt kahverengiye dönecek ve sonunda kömürleşecektir. Yani yalıtımdan iletkene dönüşecek.
Bu, pratik için en önemli sonuca varır: Yalıtım direncinin ölçülmesinin sonuçlarını değerlendirirken ve özellikle yeni ölçümleri öncekilerle karşılaştırırken sıcaklığa dikkat etmeniz gerekir. Yani yalıtımın bozulduğunu ileri sürmeden önce, yeni ölçümün sonuçlarının önceki ölçümün sıcaklığına getirilmesi (yeniden hesaplanması) gerekir. Ortamın sıcaklığından değil, sargının sıcaklığından bahsettiğimiz açıktır: örneğin bir trafo merkezinde hava soğuk olabilir, ancak inceleme için bağlantısı kesilen bir transformatörün sargısı sıcaktır.
Sargı sıcaklığı negatifse yalıtım direnci ölçülemez. Aynı zamanda nemin donması yani yalıtımın ıslanması da yalıtımın bozulmasının en olası nedenidir.
Elektrikli ekipmanın metal parçaları üzerindeki aşırı sıcaklık zararlı olabilir. İki tipik örneğe bakalım.
Uzun süreli kısa devreler sırasında, akım yaylardan geçerse (birçok röle versiyonunda olduğu gibi temas veya geri dönüş yayları) onları tavlayabilir. Sonuç olarak elastikiyet kaybolur.
Birincil devrelerde izolasyon hasar gördüğünde, arıza akımı I sıklıkla kontrol kablolarının kurşun kılıfları yoluyla topraklama yolunu bulur. Akım, kabuklardan braketlere, tepsilere ve diğer topraklanmış yapılara geçer. Ancak kablo kılıfları ile yapılar arasındaki geçiş direnci R yüksektir, bu nedenle akım geçişi noktasındaki I2R termal kayıplarının gücü, kılıfların yanmasına neden olacak kadar önemli olabilir. Bu durumda, damarların yalıtımı da zarar görebilir: nem nüfuzundan korunmayan zayıf bir nokta ortaya çıkar.

Sayfa 1

Metal iletkenlerin ve kontaklarının direnci sıcaklık arttıkça artar. Joule ısısı nedeniyle metalin ilave ısınması nedeniyle metal iletkenlerin ve bunların kontaklarının elektrolizördeki elektrolitten daha yüksek bir sıcaklığa sahip olabileceği dikkate alınmalıdır. Metal iletkenlerin ve bunların kontaklarının aşırı ısınması, eğer elektrolizörün tasarımı, iç iletkenleri ve elektrolitle temasları ve (etrafındaki havanın serbestçe akması yoluyla) dış iletkenleri ve kontakları soğutmak için iyi koşullar sağlamıyorsa özellikle önemli olabilir.

Metal iletkenin direnci artan sıcaklıkla artar, çünkü metaldeki akım taşıyıcılarının sayısı pratikte değişmez ve elektronların metal kristal kafesinin iyonlarıyla çarpışma sayısı artar. Aksine, yarı iletkenin direnci artan sıcaklıkla azalır, çünkü akım taşıyıcılarının sayısı keskin bir şekilde artar. Diğer faktörler burada daha az rol oynamaktadır.

Metal iletkenlerin direnci sıcaklık arttıkça artar, sıcaklık azaldıkça azalır. Her sıcaklık değeri belirli bir iletken direnç değerine karşılık gelir.

Metal iletkenlerin direnci, serbest elektronların kristal kafesin iyonlarıyla çarpışmasından kaynaklanır. Bir iletkendeki serbest elektronlar, ideal bir gazın molekülleri gibi kaotik bir harekete maruz kalır. Bir elektrik alanı açıldığında, elektronların kaotik hareketi, yönlendirilmiş bir hareketin üzerine bindirilir - elektronların alan kuvveti vektörünün tersi yönde kayması denir. Sürüklenme süreci sırasında elektronlar yollarında karşılaşılan kristal kafesin iyonlarıyla çarpışır.

Metal iletkenlerin direnci sıcaklık arttıkça artar. Yarıiletkenlerde sıcaklık arttıkça direnç büyük ölçüde azalır.

Metal iletkenlerin ve kontaklarının direnci ve içlerindeki gerilim kaybı sıcaklık arttıkça artar. Ayrıca Joule ısısından dolayı ilave ısınmaları nedeniyle elektrolite göre daha yüksek bir sıcaklığa sahip olabilirler.

Metal iletkenlerin direnci sıcaklık arttıkça artar.

Bir metal iletkenin direnci aynı zamanda sıcaklığa da bağlıdır: artan sıcaklıkla direnç r artar.

Sıcaklığın yanı sıra, sınıf I metal iletkenlerin direnci de diğer faktörlerden, özellikle aktif alandan etkilenir.

Metal iletkenlerin direncinin sıcaklığa bağımlılığı, direnç termometreleri oluşturmak için teknolojide yaygın olarak kullanılmaktadır. R0 direnci bilinen bir spirali fırına yerleştirerek ve Rt direncini ölçerek, (15.10)'a göre fırının sıcaklığını t belirlemek mümkündür. Öte yandan, bu sıcaklığa bağlılığın hassas elektrikli ölçüm cihazlarının çalışması üzerinde zararlı bir etkisi vardır ve dış koşullar değiştiğinde ikincisinin direncini değiştirir.

Metal iletkenlerin direncinin sıcaklığa bağımlılığı, direnç termometreleri oluşturmak için teknolojide yaygın olarak kullanılmaktadır. Rb, (15.10)'a göre fırının sıcaklığı i'ye göre belirlenebilir. Öte yandan, bu sıcaklığa bağlılığın hassas elektrikli ölçüm cihazlarının çalışması üzerinde zararlı bir etkisi vardır ve dış koşullar değiştiğinde ikincisinin direncini değiştirir.

Metal iletkenlerin direncinin sıcaklığa bağımlılığı olgusu pratikte yaygın olarak kullanılmaktadır. Direnç termometreleri adı verilen sıcaklığı ölçmek için kullanılan aletlerin çalışma prensibinin temelini oluşturur. En yaygın olarak kullanılanlardan biri, sıcaklığa duyarlı unsuru bir mika plakası üzerine iki kanatlı olarak sarılmış ince bir platin tel olan platin dirençli termometredir.

Bir iletken ısıtıldığında geometrik boyutları biraz değişir. Bir iletkenin direnci esas olarak direncindeki değişikliklere bağlı olarak değişir. Bu direncin sıcaklığa bağımlılığını şu şekilde bulabilirsiniz: .

İletkenin sıcaklığı değiştiğinde çok az değiştiği için iletkenin direncinin doğrusal olarak sıcaklığa bağlı olduğunu varsayabiliriz (Şekil 1).

Pirinç. 1

Katsayı oldukça küçük olmasına rağmen, ısıtma cihazlarını hesaplarken direncin sıcaklığa bağımlılığını hesaba katmak basitçe gereklidir. Böylece, akkor lambanın tungsten filamanının direnci, içinden akım geçtiğinde 10 kattan fazla artar.

Bakır-nikel alaşımı gibi bazı alaşımlar çok küçük bir sıcaklık direnç katsayısına sahiptir:

; Köstencenin direnci yüksektir: . Bu tür alaşımlar referans dirençlerin ve ek dirençlerin üretiminde kullanılır. ölçüm aletleri yani Direncin sıcaklık dalgalanmalarıyla belirgin şekilde değişmemesinin gerekli olduğu durumlarda.

Direnç termometrelerinde metal direncinin sıcaklığa bağımlılığı kullanılır. Tipik olarak, böyle bir termometrenin ana çalışma elemanı, direncinin sıcaklığa bağımlılığı iyi bilinen platin teldir. Sıcaklık değişiklikleri, ölçülebilen tel direncindeki değişikliklerle değerlendirilir. Bu tür termometreler, geleneksel sıvı termometrelerin uygun olmadığı durumlarda çok düşük ve çok yüksek sıcaklıkları ölçmenize olanak sağlar.

Metallerin direnci sıcaklık arttıkça doğrusal olarak artar. Elektrolit çözeltileri için sıcaklık arttıkça azalır.

V.Süperiletkenlik

Pirinç. 2

1911'de Hollandalı fizikçi Kamerlingh Onnes dikkat çekici bir fenomeni keşfetti: süperiletkenlik. Cıvanın sıvı helyumda soğutulduğunda direncinin önce kademeli olarak değiştiğini, ardından sıcaklıkta çok keskin bir şekilde sıfıra düştüğünü keşfetti (Şekil 2). Bu olaya süperiletkenlik adı verildi. Daha sonra birçok başka süper iletken keşfedildi. Süperiletkenlik çok düşük sıcaklıklarda meydana gelir - yaklaşık.

Süper iletken durumdaki bir halka iletkende bir akım oluşturulduğunda ve ardından elektrik akımının kaynağı ortadan kaldırıldığında, bu akımın gücü uzun süre değişmez. Sıradan bir süperiletken olmayan iletkende elektrik durur.

Süper iletkenler yaygın olarak kullanılmaktadır. Böylece, enerji tüketmeden uzun süre boyunca manyetik alan oluşturan, süper iletken sargılı güçlü elektromıknatıslar üretilir. Sonuçta süper iletken sargıda ısı açığa çıkmaz.

Ancak süperiletken bir mıknatıs kullanarak keyfi derecede güçlü bir manyetik alan elde etmek imkansızdır. Çok güçlü bir manyetik alan süperiletken durumu yok eder. Böyle bir alan, süperiletkenin kendisindeki akım tarafından yaratılabilir. Bu nedenle, süper iletken durumdaki her iletken için, bu durumu ihlal etmeden aşılamayacak kritik bir akım gücü değeri vardır.

Oda sıcaklığına yakın sıcaklıklarda süper iletken malzemeler oluşturmak mümkün olsaydı, enerjinin teller aracılığıyla kayıpsız iletilmesi sorunu çözülecekti. Fizikçiler şu anda bir çözüm üzerinde çalışıyorlar.

Birçok metal ve alaşım, aşağıdaki sıcaklıklarda dirençlerini tamamen kaybeder; süper iletkenler haline gelirler. Son zamanlarda yüksek sıcaklıkta süperiletkenlik keşfedildi.

VI.Yarı iletkenlerde elektrik akımı

Pirinç. 3

Yarı iletkenler, elektriksel iletkenliğin sıcaklığa bağımlılığının doğası gereği iletkenlerden en açık şekilde farklıdır. Ölçümler, bazı elementler (silisyum, germanyum, selenyum, vb.) ve bileşikler (PbS, CdS, vb.) için direncin metallerde olduğu gibi artan sıcaklıkla artmadığını, aksine aşırı derecede keskin bir şekilde azaldığını göstermektedir. (Şek. 3 ). Bu tür maddelere yarı iletkenler denir.

Yarı iletkenlerin yapısı.

Transistörlü bir alıcıyı açmak için hiçbir şey bilmenize gerek yoktur. Ancak bunu yaratmak için çok şey bilmeniz ve olağanüstü bir yeteneğe sahip olmanız gerekiyordu. Genel anlamda bir transistörün nasıl çalıştığını anlamak o kadar da zor değil. Öncelikle yarı iletkenlerdeki iletim mekanizmasını tanımanız gerekir. Bunu yapmak için, yarı iletken bir kristalin atomlarını birbirine yakın tutan bağların doğasını araştırmanız gerekecek. Örneğin bir silikon kristalini düşünün.

Silikon dört değerlikli bir elementtir. Bu, atomun dış kabuğunda çekirdeğe nispeten zayıf bağlı dört elektronun bulunduğu anlamına gelir. Her silikon atomunun en yakın komşularının sayısı da dörttür. Bir silikon kristalinin yapısının düz bir diyagramı Şekil 4'te gösterilmektedir.

Bir çift komşu atomun etkileşimi, kovalent bağ adı verilen bir çift elektronik bağ kullanılarak gerçekleştirilir. Bu bağın oluşumuna, atomlardan ayrılan (kristal tarafından kolektifleştirilen) ve hareketleri sırasında zamanın çoğunu komşu atomlar arasındaki boşlukta geçiren her atomdan bir değerlik elektronu katılır. Negatif yükleri pozitif silikon iyonlarını birbirine yakın tutar.

Silikonun çift elektron bağları oldukça güçlüdür ve düşük sıcaklıklarda kopmaz. Bu nedenle düşük sıcaklıklarda silikon elektrik akımını iletmez. Atomların bağlanmasında rol oynayan değerlik elektronları elektrik kafesine sıkı bir şekilde bağlıdır ve dış Elektrik alanı hareketleri üzerinde gözle görülür bir etkisi yoktur. Germanyum kristali de benzer bir yapıya sahiptir.

Metal iletkenlerin temel özellikleri

İletken malzemelerin özelliklerini karakterize eden en önemli parametreler şunları içerir: 1) spesifik iletkenlik γ veya bunun ters değeri - direnç ρ, 2) direnç sıcaklık katsayısı TKρ veya α ρ , 3) termal iletkenlik katsayısı λ T(daha önce γ T olarak adlandırılıyordu), 4) spesifik ısı kapasitesi İle; 5) özgül füzyon ısısı r T .

Akım yoğunluğu δ, (A/m²) ile elektrik alan kuvveti arasındaki ilişki e Yukarıda gösterildiği gibi metal bir iletkendeki (V/m) iyi bilinen formülle verilir. δ = γE, Ohm yasasının diferansiyel formu denir.

Direnci olan bir iletken için R uzunluk ben ve sabit kesit S, direnç ρ formülle hesaplanır

ρ = RS/l.

Ölçmek için ρ iletken malzemelerde sistem dışı birim Ohm·mm²/m'nin kullanılmasına izin verilir. Bu direnç birimleri arasındaki ilişki aşağıdaki gibidir:

Ohm mm 2 /m=μOhm m.

Direnç aralığı ρ normal sıcaklıklarda metal iletkenler oldukça dardır: gümüş için 0,036'dan demir-krom-alüminyum alaşımları için yaklaşık 3,4 μΩ m'ye kadar.

Bir iletkenin direnci içinden geçen akımın frekansına bağlıdır. Yüksek frekanslarda akım yoğunluğunun iletkenin kesiti boyunca değiştiği bilinmektedir. Yüzeyde maksimumdur ve iletkenin derinliklerine doğru ilerledikçe azalır. Akım iletkenin yüzeyine doğru kaydırılır. Bu fenomene denir yüzey etkisi. Frekans ne kadar yüksek olursa, o kadar güçlü olur. Akımın geçtiği kesit alanı azaldığı için telin direnci alternatif akım direncinden daha büyük oldu DC. Belirli bir frekansta akımın bir iletkene nüfuz etme derinliği, akım yoğunluğunun iletkenin yüzeyindeki değerine kıyasla e = 2,72 kat azaldığı derinlik olarak alınır.

Metallerin direnç sıcaklık katsayısı.

Serbest elektron konsantrasyonu N artan sıcaklığa sahip bir metal iletkende neredeyse hiç değişmeden kalır, ancak ortalama termal hareket hızları artar. Kristal kafes düğümlerinin titreşimleri de artar. Ortamın elastik titreşimlerinin kuantumu genellikle denir. fonon. Kristal kafesin küçük termal titreşimleri bir fonon topluluğu olarak düşünülebilir. Artan sıcaklıkla birlikte atomların termal titreşimlerinin genlikleri artar, yani. titreşen atomun kapladığı küresel hacmin kesiti artar.

Böylece sıcaklık arttıkça, elektrik alanının etkisi altında elektron sürüklenme yolunda giderek daha fazla engel ortaya çıkar. Bu, bir elektronun (λ) ortalama serbest yolunun azalmasına, elektronların hareketliliğinin azalmasına ve bunun sonucunda metallerin iletkenliğinin azalmasına ve direncin artmasına neden olur. Bir iletkenin sıcaklığı 3K değiştiğinde, bu iletkenin belirli bir sıcaklıktaki özdirenç değerine bağlı olarak özdirençteki değişime özdirenç sıcaklık katsayısı denir. TK ρ veya . Direncin sıcaklık katsayısı K -3 cinsinden ölçülür. Metallerin direnç sıcaklık katsayısı pozitiftir. Yukarıda verilen tanımdan aşağıdaki gibi, diferansiyel ifade TK ρşu forma sahiptir:

.

Isı kapasitesi Bir maddenin ısıyı absorbe etme yeteneğini karakterize eder Qısıtıldığında. Isı kapasitesi İLE herhangi bir fiziksel cismin faz durumu değişmeden 3K ısıtıldığında bu cisim tarafından emilen termal enerji miktarına eşit bir değerdir. Isı kapasitesi J/K cinsinden ölçülür. Metalik malzemelerin ısı kapasitesi artan sıcaklıkla artar. Bu nedenle ısı kapasitesi İLE durumundaki sonsuz küçük bir değişiklikle belirlenir:

Isı kapasitesi oranı İLE vücut ağırlığına Mözgül ısı kapasitesi denir İle:

.

Özgül ısı kapasitesi J/(kg∙K) cinsinden ölçülür. Refrakter malzemeler düşük spesifik ısı kapasitesi değerleri ile karakterize edilirken, düşük erime noktalı malzemeler ise yüksek spesifik ısı kapasitesi değerleri ile karakterize edilir.

Termal iletkenlik termal hareketin ve onu oluşturan parçacıkların etkileşiminin bir sonucu olarak, eşit olmayan şekilde ısıtılmış bir ortamda termal enerji Q'nun transferi olarak adlandırılır. Herhangi bir ortamda veya herhangi bir cisimde ısının transferi, sıcak kısımlardan soğuk kısımlara doğru gerçekleşir. Isı transferi sonucunda ortamın veya vücudun sıcaklığı eşitlenir. Metallerde termal enerji iletim elektronları tarafından aktarılır. Metalin birim hacmi başına serbest elektron sayısı çok fazladır. Bu nedenle, kural olarak, metallerin ısıl iletkenliği, dielektriklerin ısıl iletkenliğinden çok daha fazladır. Metaller ne kadar az yabancı madde içerirse, termal iletkenlikleri de o kadar yüksek olur. Kirlilikler arttıkça termal iletkenlikleri azalır.

Bilindiği gibi ısı transfer süreci Fourier kanunu ile açıklanmaktadır:

.

Burada – ısı akısı yoğunluğu, yani koordinat boyunca geçen ısı miktarı X birim zaman başına birim kesit alanı boyunca, J/m 2 ∙s,

– koordinat boyunca sıcaklık gradyanı X, K/m,

– termal iletkenlik katsayısı (önceden belirlenmiş) olarak adlandırılan orantı katsayısı, W/K∙m.

Dolayısıyla, termal iletkenlik terimi iki kavrama karşılık gelir: bu, ısı transfer süreci ve bu süreci karakterize eden orantı katsayısıdır.

Füzyon sıcaklığı ve ısısı. Katı kristalin bir cismin bir fazdan diğerine geçişi sırasında emdiği ısıya faz geçiş ısısı denir. Özellikle kristalin bir katının katıdan sıvıya geçişi sırasında emdiği ısıya denir. füzyon ısısı ve erimenin meydana geldiği sıcaklığa (sabit basınçta) denir. erime noktası ve belirtmek TPL.. Sıcaklıkta katı kristal bir cismin birim kütlesi başına sağlanması gereken ısı miktarı TPL sıvı hale dönüştürmeye denir özgül füzyon ısısı r PL ve MJ/kg veya kJ/kg cinsinden ölçülür. Erime noktasına bağlı olarak, demirden daha yüksek bir erime noktasına sahip olan refrakter metaller ayırt edilir; 3539 0 C'den yüksek ve erime noktası 500 0 C'den düşük olan düşük erime noktalı. 500 0 C ila 3539 0 C arasındaki sıcaklık aralığı, ortalama erime noktası değerlerini ifade eder.

Bir metalden ayrılan elektronun iş fonksiyonu. Deneyimler, serbest elektronların pratikte metali normal sıcaklıklarda bırakmadığını göstermektedir. Bunun nedeni, metalin yüzey katmanında bir tutucu elektrik alanının yaratılmasıdır. Bu elektrik alanı, elektronların metalden çevredeki boşluğa kaçmasını önleyen potansiyel bir bariyer olarak düşünülebilir. Tutma potansiyeli bariyeri iki nedenden dolayı yaratılır. Birincisi, metalden kaçan elektronların bir sonucu olarak metalde ortaya çıkan aşırı pozitif yükten kaynaklanan çekici kuvvetler nedeniyle ve ikincisi, daha önce yayılan elektronların itici kuvvetleri nedeniyle metalin yüzeyine yakın bir elektron bulutu oluşturdu. metal. Bu elektron bulutu, pozitif kafes iyonlarının dış katmanıyla birlikte, elektrik alanı paralel plakalı bir kapasitörünkine benzer olan bir elektrikli çift katman oluşturur. Bu katmanın kalınlığı birkaç atom arası mesafeye (30 -30 -30 -9 m) eşittir. Dış uzayda bir elektrik alanı oluşturmaz ancak serbest elektronların metalden kaçmasını engelleyen potansiyel bir bariyer oluşturur.

§ 46'daki genel hususlara uygun olarak deneyim, bir iletkenin direncinin aynı zamanda sıcaklığına da bağlı olduğunu göstermektedir.

Birkaç metre ince (0,1-0,2 mm çapında) demir teli 1 spiral şeklinde saralım ve bunu bir galvanik hücre pili 2 ve bir ampermetre 3 içeren bir devreye bağlayalım (Şekil 81). Bu telin direncini, oda sıcaklığında ampermetre iğnesinin neredeyse tüm ölçeği saptıracağı şekilde seçiyoruz. Ampermetre okumalarını not ettikten sonra teli bir meşale kullanarak kuvvetlice ısıtıyoruz. Isındıkça devredeki akımın azaldığını, yani telin ısıtıldığında direncinin arttığını göreceğiz. Bu sonuç sadece demirde değil diğer tüm metallerde de ortaya çıkar. Sıcaklık arttıkça metallerin direnci artar. Bazı metaller için bu artış önemlidir: saf metaller için 100°C'ye ısıtıldığında %40-50'ye ulaşır; alaşımlar için genellikle daha azdır. Direncin artan sıcaklıkla neredeyse değişmediği özel alaşımlar vardır; Bunlar örneğin konstantan (Latince constans kelimesinden - sabit) ve manganindir. Köstence bazı ölçüm aletlerinin yapımında kullanılır.

Pirinç. 81. Tel direncinin sıcaklığa bağımlılığını gösteren bir deney. Isıtıldığında telin direnci artar: 1 – tel, 2 – galvanik hücre bataryası, 3 – ampermetre

Aksi halde ısıtıldığında elektrolitlerin direnci değişir. Açıklanan deneyi tekrarlayalım, ancak devreye demir tel yerine bir tür elektrolit ekleyelim (Şekil 82). Elektrolit ısıtıldığında ampermetre okumalarının sürekli arttığını göreceğiz, bu da sıcaklık arttıkça elektrolitlerin direncinin azaldığı anlamına gelir. Kömürün ve diğer bazı malzemelerin de ısıtıldığında direncinin azaldığını unutmayın.

Pirinç. 82. Elektrolit direncinin sıcaklığa bağımlılığını gösteren bir deney. Isıtıldığında elektrolitin direnci azalır: 1 – elektrolit, 2 – galvanik hücre bataryası, 3 – ampermetre

Metallerin direncinin sıcaklığa bağımlılığı, direnç termometreleri oluşturmak için kullanılır. En basit haliyle, çeşitli sıcaklıklardaki direnci iyi bilinen bir mika plakası üzerine sarılmış ince bir platin teldir (Şekil 83). Sıcaklığını ölçmek istediğiniz gövdenin içine (örneğin bir fırına) direnç termometresi yerleştirilir ve sargının uçları devreye bağlanır. Sargı direnci ölçülerek sıcaklık belirlenebilir. Bu tür termometreler sıklıkla çok yüksek ve çok düşük sıcaklıkları ölçmek için kullanılır; bu durumda cıvalı termometreler artık uygulanamaz.

Pirinç. 83. Direnç termometresi

Bir iletkenin 1°C ısıtıldığında direncindeki artışın başlangıç ​​direncine bölümü, direncin sıcaklık katsayısı olarak adlandırılır ve genellikle harfle gösterilir. Genel olarak konuşursak, direncin sıcaklık katsayısının kendisi sıcaklığa bağlıdır. Değerin bir anlamı vardır; örneğin sıcaklığı 20°C'den 21°C'ye çıkarırsak, sıcaklığı 200°C'den 201°C'ye çıkarırsak başka bir anlamı olur. Ancak birçok durumda oldukça geniş bir sıcaklık aralığındaki değişim önemsizdir ve bu aralığın üzerindeki ortalama değer kullanılabilir. Bir iletkenin sıcaklıktaki direnci eşitse ve sıcaklıkta eşitse, ortalama değer

. (48.1)

Genellikle 0°C sıcaklıktaki direnç değer olarak alınır.

Tablo 3. Bazı iletkenlerin ortalama sıcaklık direnç katsayısı (0 ila 100 ° C aralığında)

Madde		Madde
Tungsten
		Köstence
		Manganin

Masada Tablo 3'te bazı iletkenlere ait değerler gösterilmektedir.

48.1. Bir ampulü yaktığınızda ilk anda devrede oluşan akım ile ampul yanmaya başladıktan sonra akan akım farklıdır. Karbon lambalı ve metal filamanlı lambalı bir devrede akım nasıl değişir?

48.2. Tungsten filamanlı kapalı bir akkor ampulün direnci 60 ohm'dur. Tamamen ısıtıldığında ampulün direnci 636 ohm'a çıkar. Sıcak filamanın sıcaklığı nedir? Masayı kullanın. 3.

48.3. Isıtılmamış durumda nikel sargılı bir elektrikli fırının direnci 10 Ohm'dur. Sargısı 700°C'ye ısıtıldığında bu fırının direnci ne olacaktır? Masayı kullanın. 3.