Таблица мощности проводов: рассмотрим подробно
Упрощенная таблица для выбора сечения проводника по номинальной мощности
Таблица зависимости мощности от сечения провода была разработана специально для новичков в вопросах электротехнике. Вообще выбор сечения провода зависит не только от мощности подключаемых нагрузок, но и от массы других параметров.
В одной из главных книг любого электрика – ПУЭ, правильному выбору сечения проводов посвящен целый пункт. И именно на основании него написана наша инструкция, которая должна помочь вам в нелегкой задаче выбора сечения проводов.
Как правильно выбирать сечение провода
Почему нельзя пользоваться таблицами мощности
Прежде всего вы должны знать, что любая таблица зависимости сечения провода от мощности не может противоречить ПУЭ. Ведь именно на основании этого документа осуществляют свой выбор не только профессионалы, но и конструкторские бюро.
Поэтому все те таблицы и видео, которые вы во множестве можете найти в сети интернет, предлагающие осуществлять выбор именно по мощности, являются своеобразным усредненным вариантом.
Итак:
- Практически любая таблица сечений проводов по мощности предлагает вам выбрать провод, исходя из активной мощности прибора или приборов. Но, те кто хорошо учился в школе должны помнить, что активная мощность — это лишь составная часть полной мощности, которая кроме того содержит реактивную мощность.
Что такое cosα
- Отличаются эти составные части на cosα. Для большинства электрических приборов этот показатель очень близок к единице, но для таких устройств как трансформаторы, стабилизаторы, разнообразная микропроцессорная техника и тому подобное он может доходить до 0,7 и меньше.
- Но любая таблица сечения провода по мощности не точна не только из-за того, что не учитывает полную мощность. Есть и другие важные факторы. Так, согласно ПУЭ, выбор проводников напряжением до 1000В должен осуществляться только по нагреву. Согласно п.1.4.2 ПУЭ, выбор по токам короткого замыкания для таких проводов не является обязательным.
- Для того, чтобы выбрать сечение провода по нагреву, следует учитывать следующие параметры: номинальный ток, протекающий через провод, вид провода – одно-, двух- или четырехжильный, способ прокладки провода, температура окружающей среды, количество прокладываемых проводов в пучке, материал изоляции провода и, конечно, материал провода. Не одна таблица нагрузочной способности проводов не способна совместить такое количество параметров.
Выбор сечения провода по номинальному току
Конечно, совместить все эти параметры в одной таблице сложно, а выбирать как-то надо. Поэтому, дабы вы могли произвести выбор своими руками и головой, мы предлагаем вам основные аспекты выбора в сокращенном варианте.
Мы отбросили все параметры выбора сечения для высоковольтных кабелей, малоиспользуемых проводов и оставили только самое важное.
Итак:
- Так как в ПУЭ используется таблица выбора сечения провода по току, то нам необходимо узнать, какой ток будет протекать в проводе при определенных значениях мощности. Сделать это можно по формуле I=P /U× cosα, где I – наш номинальный ток, P – активная мощность, cosα – коэффициент полной мощности и U – номинальное напряжение нашей электросети (для однофазной сети оно равно 220В, для трехфазной сети оно равно 380В).
На фото представлена таблица выбора сечения провода из ПУЭ для алюминиевых проводников
- Возникает закономерный вопрос, где взять показания cosα? Обычно он указан на всех электроприборах или его можно вывести, если указана полная и активная мощность. Если расчёт ведется для нескольких электроприборов, то обычно принимается средняя либо рассчитывается номинальный ток для каждого из них.
Обратите внимание! Если у вас не получается узнать cosα для каких-то приборов, то для них его можно принять равным единице. Это, конечно, повлияет на конечный результат, но дополнительный запас прочности для нашей проводки не повредит.
- Зная нагрузки для каждой из планируемых групп нашей электросети, таблица зависимости сечения провода от тока, приведенная в ПУЭ, может быть использована нами. Только для правильного пользования следует остановиться еще на некоторых моментах.
- Прежде всего следует определиться с проводом, который мы планируем использовать. Вернее, нам следует определиться с количеством жил. Кроме того, следует определиться со способом прокладки провода. Ведь при открытом способе прокладки провода интенсивность отвода тепла от него значительно выше, чем при прокладке в трубах или гофре. Это учитывается в таблицах ПУЭ.
Таблица выбора сечения провода для медных проводников
Обратите внимание! При выборе количества жил провода в расчет не принимаются нулевые и защитные жилы.
- Кроме того, таблица сечения провода по току поможет вам определиться с выбором материала для проводки. Ведь, исходя из получающихся результатов, вы можете оценить какой материал вам лучше принять.
Обратите внимание! Производя выбор сечения провода, всегда выбирайте ближайшее большее значение сечения. Кроме того, если вы собираетесь монтировать новую проводку к старой, то учитывайте, что, согласно п.3.239 СНиП 3.05.06 – 85, старые клеммные колодки не позволят использовать провод сечением больше 4 мм
2.
Дополнительные аспекты выбора сечения провода
Но когда рассматривается таблица зависимости тока от сечения провода, нельзя забывать и об условиях, в которых проложен провод. Поэтому если у вас имеют место быть условия не благоприятные по условиям нагрева провода, то стоит обратить внимание на дополнительные аспекты.
Таблица поправочных температурных коэффициентов
- Прежде всего, это температура окружающей среды. Если она будет отличаться от среднестатистических +15⁰С, исходя из которых выполнен расчет в таблицах ПУЭ, то вам следует внести поправочные коэффициенты. Сводную таблицу этих коэффициентов вы найдете ниже.
- Также таблица нагрузки и сечения проводов по п.1.3.10 ПУЭ требует введение поправочных коэффициентов при совместной прокладке нагруженных проводов в трубах, лотках или просто пучками. Так, для 5-6 проводов, проложенных совместно, этот коэффициент составляет 0,68. Для 7-9 он будет 0,63, и для большего количества он равен 0,6.
Вывод
Надеемся, наша таблица нагрузки медных и алюминиевых проводов поможет вам определиться с выбором. А предложенная нами методика позволит даже не профессионалу сделать правильный выбор.
Ведь цена ошибки может быть очень велика. Чего стоит только статистика пожаров, случившихся из-за короткого замыкания. А причина в большинстве случаев — не отвечающая нормам по нагреву проводка.
Таблицы выбора сечения жилы при прокладке электрических проводов в резиновой или пластиковой (в том числе ПВХ=PVC) изоляции в зависимости от тока и нагрузки. Подходят для сетей 220/380В. Выбор сечения кабеля удлинителя в зависимости от длины и нагрузки. ИТАК: ПУЭЭ, Глава 1 нормирует допустимые длительные токи через различные виды проводов и кабелей. Другие главы регламентируют способы прокладки и прочие детали. Тем не менее мы приведем 3 таблицы для оперативного выбора площади сечения токопроводящей жилы кабеля (провода) для сетей 220/380В в зависимости от тока, нагрузки, температуры окружающей среды и способа прокладки, которыми сами пользуемся.
Таблица 1. Выбора сечения жилы при одиночной прокладке проводов при температуре жил +65, окружающего воздуха +25 и земли + 15°С
Таблица 2. Поправочные коэффициенты на токи для кабелей, неизолированных и изолированных проводов и шин в зависимости от температуры земли и воздуха
Таблица 3. Снижающие коэффициенты допустимых длительных токов в зависимости от способа прокладки (в пучках, в коробах, в лотках)
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Содержание:
Если электрический ток будет протекать по проводнику в течение длительного времени, в этом случае установится определенная стабильная температура данного проводника, при условии неизменной внешней среды. Величины токов, при которых температура достигает максимального значения, в электротехнике известны как длительно допустимые токовые нагрузки для кабелей и проводов. Данные величины соответствуют определенным маркам проводов и кабелей. Они зависят от изоляционного материала, внешних факторов и способов прокладки. Большое значение имеет материал и сечение кабельно-проводниковой продукции, а также режим и условия эксплуатации. Причины нагрева кабеляПричины повышения температуры проводников тесно связаны с самой природой электрического тока. Всем известно, что по проводнику под действием электрического поля упорядоченно перемещаются заряженные частицы – электроны. Однако для кристаллической решетки металлов характерны высокие внутренние молекулярные связи, которые электроны вынуждены преодолевать в процессе движения. Это приводит к высвобождению большого количества теплоты, то есть, электрическая энергия преобразуется в тепловую. Данное явление похоже на выделение теплоты под действием трения, с той разницей, что в рассматриваемом варианте электроны соприкасаются с кристаллической решеткой металла. В результате, происходит выделение тепла. Такое свойство металлических проводников имеет как положительные, так и отрицательные стороны. Эффект нагрева используется на производстве и в быту, как основное качество различных устройств, например, электрических печей или электрочайников, утюгов и другой техники. Отрицательными качествами являются возможные разрушения изоляции при перегреве, что может привести к возгоранию, а также выходу из строя электротехники и оборудования. Это означает, что длительные токовые нагрузки для проводов и кабелей превысили установленную норму. Существует множество причин чрезмерного нагрева проводников:
Для правильного расчета сечения кабеля нужно вначале определить максимальные токовые нагрузки. С этой целью сумма всех номинальных мощностей у используемых потребителей, должна быть поделена на значение напряжения. Затем, с помощью таблиц можно легко подобрать нужное сечение кабеля. Расчет допустимой силы тока по нагреву жилПравильно выбранное сечение проводника не допускает падений напряжения, а также излишних перегревов под воздействием проходящего электротока. То есть, сечение должно обеспечивать наиболее оптимальный режим работы, экономичность и минимальный расход цветных металлов. Сечение проводника выбирается по двум основным критериям, как допустимый нагрев и допустимая потеря напряжения. Из двух значений сечения, полученных при расчетах, выбирается большая величина, округляемая до стандартного уровня. Потеря напряжения оказывает серьезное влияние преимущественно на состояние воздушных линий, а величина допустимого нагрева оказывает серьезное влияние на переносные шланговые и подземные кабельные линии. Поэтому сечение для каждого вида проводников определяется в соответствии с этими факторами. Понятие допустимой силы тока по нагреву (Iд) представляет собой протекающую по проводнику силу тока в течение длительного времени, в процессе которого появляется значение длительно допустимой температуры нагрева. При выборе сечения необходимо соблюдение обязательного условия, чтобы расчетная сила тока Iр соответствовала допустимой силе тока по нагреву Iд. Значение Iр определяется по следующей формуле: Iр, в которой Рн является номинальной мощностью в кВт; Кз – коэффициент загрузки устройства, составляющий 0,8-0,9; Uн – номинальное напряжение устройства; hд – КПД устройства; cos j – коэффициент мощности устройства 0,8-0,9. Таким образом, любому току, протекающему через проводник в течение длительного времени, будет соответствовать определенное значение установившейся температуры проводника. При этом, внешние условия, окружающие проводник, остаются неизменными. Величина тока, при которой температура данного кабеля считается максимально допустимой, известна в электротехнике, как длительно допустимый ток кабеля. Этот параметр зависит от материала изоляции и способа прокладки кабеля, его сечения и материала жил. Когда рассчитываются длительно допустимые токи кабелей, обязательно используется значение максимальной положительной температуры окружающей среды. Это связано с тем, что при одинаковых токах теплоотдача происходит значительно эффективнее в условиях низких температур. В разных регионах страны и в разное время года температурные показатели будут отличаться. Поэтому в ПУЭ имеются таблицы с допустимыми токовыми нагрузками для расчетных температур. Если же температурные условия значительно отличаются от расчетных, существуют поправки с помощью коэффициентов, позволяющих рассчитать нагрузку для конкретных условий. Базовое значение температуры воздуха внутри и вне помещений устанавливается в пределах 250С, а для кабелей, проложенных в земле на глубине 70-80 см – 150С. Расчеты с помощью формул достаточно сложные, поэтому на практике чаще всего используется таблица допустимых значений тока для кабелей и проводов. Это позволяет быстро определить, способен ли данный кабель выдержать нагрузку на данном участке при существующих условиях. Условия теплоотдачиНаиболее эффективными условиями для теплоотдачи является нахождение кабеля во влажной среде. В случае прокладки в грунте, отведение тепла зависит от структуры и состава грунта и количества влаги, содержащейся в нем. Для того чтобы получить более точные данные, необходимо определить состав почвы, влияющий на изменение сопротивления. Далее с помощью таблиц находится удельное сопротивление конкретного грунта. Данный параметр может быть уменьшен, если выполнить тщательную трамбовку, а также изменить состав засыпки траншеи. Например, теплопроводность пористого песка и гравия ниже, чем у глины, поэтому кабель рекомендуется засыпать глиной или суглинком, в которых отсутствуют шлаки, камни и строительный мусор. Воздушные кабельные линии обладают плохой теплоотдачей. Она ухудшается еще больше, когда проводники прокладываются в кабель-каналах с дополнительными воздушными прослойками. Кроме того, кабели, расположенные рядом, подогревают друг друга. В таких ситуациях выбираются минимальные значения нагрузок по току. Чтобы обеспечить благоприятные условия эксплуатации кабелей, значение допустимых токов рассчитывается в двух вариантах: для работы в аварийном и длительном режиме. Отдельно рассчитывается допустимая температура на случай короткого замыкания. Для кабелей в бумажной изоляции она составит 2000С, а для ПВХ – 1200С. Значение длительно допустимого тока и допустимая нагрузка на кабель представляет собой обратно пропорциональную зависимость температурного сопротивления кабеля и теплоемкости внешней среды. Необходимо учитывать, что охлаждение изолированных и неизолированных проводов происходит в совершенно разных условиях. Тепловые потоки, исходящие от кабельных жил, должны преодолеть дополнительное тепловое сопротивление изоляции. На кабели и провода, проложенные в земле и трубах, существенно влияет теплопроводность окружающей среды. Если в одной траншее прокладывается сразу несколько кабелей, в этом случае условия их охлаждения значительно ухудшаются. В связи с этим длительно допустимые токовые нагрузки на провода и кабели снижаются на каждой отдельной линии. Данный фактор нужно обязательно учитывать при расчетах. На определенное количество рабочих кабелей, проложенных рядом, существуют специальные поправочные коэффициенты, сведенные в общую таблицу. Таблица нагрузок по сечению кабеляПередача и распределение электрической энергии совершенно невозможно без проводов и кабелей. Именно с их помощью электрический ток подводится к потребителям. В этих условиях большое значение приобретает токовая нагрузка по сечению кабеля, рассчитываемая по формулам или определяемая с помощью таблиц. В связи с этим, сечения кабелей подбираются в соответствии с нагрузкой, создаваемой всеми электроприборами. Предварительные расчеты и выбор сечения обеспечивают бесперебойное прохождение электрического тока. Для этих целей существуют таблицы с широким спектром взаимных связей сечения с мощностью и силой тока. Они используются еще на стадии разработки и проектирования электрических сетей, что позволяет в дальнейшем исключить аварийные ситуации, влекущие за собой значительные затраты на ремонт и восстановление кабелей, проводов и оборудования. Существующая таблица токовых нагрузок кабелей, приведенная в ПУЭ показывает, что постепенный рост сечения проводника вызывает снижение плотности тока (А/мм2). В некоторых случаях вместо одного кабеля с большой площадью сечения, более рациональным будет использование нескольких кабелей с меньшим сечением. Однако, данный вариант требует экономических расчетов, поскольку при заметной экономии цветного металла жил, возрастают затраты на устройство дополнительных кабельных линий. Выбирая наиболее оптимальное сечение проводников с помощью таблицы, необходимо учитывать несколько важных факторов. Во время проверки на нагрев, токовые нагрузки на провода и кабели принимаются из расчета их получасового максимума. То есть, учитывается средняя максимальная получасовая токовая нагрузка для конкретного элемента сети – трансформатора, электродвигателя, магистралей и т.д. Кабели, рассчитанные на напряжение до 10 кВ, имеющие пропитанную бумажную изоляцию и работающие с нагрузкой, не превышающей 80% от номинала, допускается краткосрочная перегрузка в пределах 130% на максимальный период 5 суток, не более 6 часов в сутки. Когда нагрузка кабеля по сечению определяется для линий, проложенных в коробах и лотках, ее допустимое значение принимается как для проводов, уложенных открытым способом в лотке в одном горизонтальном ряду. Если провода прокладываются в трубах, то это значение рассчитывается, как для проводов, уложенных пучками в коробах и лотках. Если в коробах, лотках и трубах прокладываются пучки проводов в количестве более четырех, в этом случае допустимая токовая нагрузка определяется следующим образом:
Таблица для определения допустимого токаРасчеты, выполняемые вручную, не всегда позволяют определить длительно допустимые токовые нагрузки для кабелей и проводов. В ПУЭ содержится множество разных таблиц, в том числе и таблица токовых нагрузок, содержащая готовые значения, применительно к различным условиям эксплуатации. Характеристики проводов и кабелей, приведенные в таблицах, дают возможность нормальной передачи и распределения электроэнергии в сетях с постоянным и переменным напряжением. Технические параметры кабельно-проводниковой продукции находятся в очень широком диапазоне. Они различаются собственной маркировкой, количеством жил и другими показателями. Таким образом, перегрев проводников при постоянной нагрузке можно исключить путем правильного подбора длительно допустимого тока и расчетов отведения тепла в окружающую среду. |
Сечение медного кабеля | Полезные статьи
Проектирование любых электрических сетей включает выбор кабеля с подходящими параметрами, ключевым из которых является сечение. От того, насколько правильно подобрано сечение медного кабеля, зависит работоспособность и надежность всей сети. Если неправильно рассчитать этот параметр, то можно столкнуться с проблемой, когда сеть будет работать с существенным перегрузом. Использование кабеля на переделе возможностей обычно приводит к его значительному нагреву и рано или поздно он выйдет из строя.
По определению, сечение медного кабеля — это площадь среза токоведущей жилы. Если кабель состоит из одной жилы круглого сечения, то его площадь вычисляется по формуле площади круга, а если из множества проводников — то суммой сечения всех жил. Этот параметр является стандартизированной величиной. Главным документом, регламентирующим этот вопрос, является ПУЭ («Правила устройства электроустановок»). Кроме того, зная марку кабеля, количество и сечение жил, можно также определить, сколько весит медный кабель.
Как рассчитать сечение медного кабеля
Для того чтобы правильно рассчитать сечение кабеля, необходимо знать следующие параметры медных кабелей: напряжение сети, сила тока и мощность потребителей. Основным же параметром, влияющим на подбор кабеля, является предельно допустимая токовая нагрузка. Выбор сечения по токовой нагрузке производится по следующему алгоритму:
1) определение суммарной мощности нагрузки;
2) расчет силы тока;
3) выбор сечения кабеля по таблице.
Допустим, вам необходимо выбрать кабель для бытовой сети. Для начала необходимо определить суммарную мощность всех электрических приборов и оборудования, которые планируется использовать. Делается это простым арифметическим сложением всей нагрузки. Значение мощности у каждого прибора указывается в его паспортных данных и на табличке. Расчет силы тока для однофазной сети 220 В рассчитывается по формуле:
I = P / 220, где
Р — суммарная мощность, кВт;
220 — напряжение сети, В.
Формула расчета для 3-фазной сети 380В:
I = P / √3 х 380
Используя полученную величину, остается выбрать соответствующее значение сечения из таблицы в ПУЭ.
Кабель медный: технические характеристики
Описанная методика помогает выбрать для квартиры или дома силовой кабель для различных групп электропотребителей. Следует понимать, что токовая нагрузка для осветительной группы значительно ниже, чем у розеточной, следовательно, нет необходимости закладывать везде одинаковое сечение. Вес медного кабеля и его стоимость для освещения будут существенно ниже.
Дополнительные факторы, влияющие на выбор сечения
Дополнительным фактором, который может внести свои коррективы при выборе, является длина кабеля. Его следует учитывать при прокладке длинных трасс. Дело в том, что при увеличении длины увеличивается вес медного кабеля, а с ним — сопротивление и потери. Проектная величина потерь не должна превышать 5 %.
Потери можно рассчитать вручную, но проще всего воспользоваться готовыми данными зависимости потерь от момента нагрузки из ПУЭ и приведенными в таблицах ниже. Момент нагрузки — величина, получаемая произведением длины кабеля в метрах на мощность в кВт. Например, момент нагрузки для медного кабеля длиной 40 м и мощности нагрузки 3 кВт составляет: 40 х 3 = 120 кВт*м.
Зависимость потерь напряжения от момента нагрузки для кабельной линии 220В при заданном сечении токопроводящей жилы
Зависимость потерь напряжения от момента нагрузки для кабельной линии 380 В при заданном сечении токопроводящей жилы
Приведенные данные не учитывают увеличение сопротивления от нагрева кабеля при токах эксплуатации, составляющих от 0,5 и выше от предельно допустимых значений для данного сечения. В этом случае необходимо применить поправочный коэффициент, который также приводится в ПУЭ.
При более точных расчетах длинных кабельных сетей учитывают также потери в контактных соединениях. Это обычно делается при наличии большого количества потребителей (например, при проектировании линии городского освещения). Существуют и другие, менее значительные факторы, влияющие на величину потерь, но ими, как правило, пренебрегают, если общая величина падения напряжения не превышает нормативные 5 %.
Компания «Кабель.РФ®» является одним из лидеров по продаже кабельной продукции и располагает складами, расположенными практически во всех регионах Российской Федерации. Проконсультировавшись со специалистами компании, вы можете приобрести нужную вам марку медного кабеля по выгодным ценам.
Главная Услуги Загрузить | В таблице сведены данные мощности, тока и сечения кабельно-проводниковых материалов, для расчетов и выбора защитных средств, кабельно-проводниковых материалов и электрооборудования. Медные жилы, проводов и кабелей
Алюминиевые жилы, проводов и кабелей
В расчете применялись: данные таблиц ПУЭ; формулы активной мощности для однофазной и трехфазной симметричной нагрузки расчет кабеля по мощности, сечение кабеля по току, сечение провода по току, сечение кабеля по мощности, выбор сечения кабеля по мощности, расчет сечения кабеля по мощности, сечение провода по мощности, сечение провода и мощность, таблица сечения проводов, расчет сечения кабеля, сечение кабеля от мощности, сечение кабеля и мощность, выбор сечения кабеля по току, выбор кабеля по мощности, сечение провода мощность, расчет сечения провода по мощности, расчет кабеля по мощности, таблица сечения кабеля, сечение провода таблица, расчёт сечения кабеля по мощности, выбор кабеля по току, таблица соотношения ампер киловатт сечение, медь сколько киловатт, допустимый ток проводов сечения | |||
|
Калькулятор расчета сечения силового провода – Ученик – общение музыкой
Проводом какого сечения нужно подключать те или иные устройства в бортовую сеть автомобиля? Как сечение провода влияет на падение напряжения на нагрузке?Чтобы рассчитать это и был создан этот калькулятор. Он позволяет рассчитать необходимое сечение провода в зависимости от материала из которого изготовлены провода, напряжения бортовой сети, мощности нагрузки, длины проводов и допустимого (по Вашему мнению) падения напряжения в проводах.
Для простоты расчетов сечения провода приводим следующую таблицу перевода AWG (American Wire Gauge – обозначения сечения провода по американскому стандарту) в метрические характеристики провода. Сила максимального тока, указанная в правом столбце, дана для долговременной нагрузки с запасом по возможности увеличения плотности тока до 25-50%. Однако, результатом такого увеличения плотности тока будет большее падение напряжения на подключенном потребителе.
| Номер AWG | Диаметр, мм | Площадь сечения, кв.мм | Maкс. ток, при 5 А/кв.мм |
|---|---|---|---|
| 0000 | 11.70 | 107.459 | 537.3 |
| 000 | 10.40 | 84.906 | 424.5 |
| 00 | 9.30 | 67.895 | 339.5 |
| 0 | 8.30 | 54.079 | 270.4 |
| 1 | 7.35 | 42.385 | 211.9 |
| 2 | 6.54 | 33.617 | 168.1 |
| 3 | 5.83 | 26.654 | 133.3 |
| 4 | 5.19 | 21.137 | 105.7 |
| 5 | 4.62 | 16.763 | 83.8 |
| 6 | 4.12 | 13.293 | 66.5 |
| 7 | 3.67 | 10.544 | 52.7 |
| 8 | 3.26 | 8.363 | 41.8 |
| 9 | 2.91 | 6.629 | 33.1 |
| 10 | 2.59 | 5.258 | 26.3 |
| 11 | 2.31 | 4.171 | 20.9 |
| 12 | 2.05 | 3.309 | 16.5 |
| 13 | 1.83 | 2.623 | 13.1 |
| 14 | 1.63 | 2.081 | 10.4 |
| 15 | 1.45 | 1.650 | 8.3 |
| 16 | 1.29 | 1.308 | 6.5 |
| 17 | 1.15 | 1.038 | 5.2 |
| 18 | 1.02 | 0.823 | 4.1 |
| 19 | 0.91 | 0.653 | 3.3 |
| 20 | 0.81 | 0.517 | 2.6 |
| 21 | 0.72 | 0.410 | 2.1 |
| 22 | 0.64 | 0.326 | 1.6 |
| 23 | 0.57 | 0.258 | 1.3 |
| 24 | 0.51 | 0.205 | 1.0 |
| 25 | 0.46 | 0.163 | 0.8 |
| 26 | 0.41 | 0.129 | 0.6 |
| 27 | 0.36 | 0.102 | 0.5 |
| 28 | 0.32 | 0.081 | 0.4 |
| 29 | 0.29 | 0.064 | 0.3 |
| 30 | 0.26 | 0.0510 | 0.3 |
| 31 | 0.23 | 0.040 | 0.2 |
| 32 | 0.20 | 0.032 | 0.2 |
| 33 | 0.18 | 0.025 | 0.1 |
| 34 | 0.16 | 0.020 | 0.1 |
| 35 | 0.14 | 0.016 | 0.1 |
| 36 | 0.13 | 0.013 | 0.1 |
| 37 | 0.11 | 0.010 | 0.1 |
| 38 | 0.10 | 0.008 | 0.0 |
Сопротивление и удельное сопротивление | Физика
Цели обучения
К концу этого раздела вы сможете:
- Объясните понятие удельного сопротивления.
- Используйте удельное сопротивление для расчета сопротивления материалов указанной конфигурации.
- Используйте термический коэффициент удельного сопротивления для расчета изменения сопротивления в зависимости от температуры.
Зависимость сопротивления от материала и формы
Сопротивление объекта зависит от его формы и материала, из которого он сделан.Цилиндрический резистор на Рисунке 1 легко анализировать, и таким образом мы можем получить представление о сопротивлении более сложных форм. Как и следовало ожидать, электрическое сопротивление цилиндра R прямо пропорционально его длине L , подобно сопротивлению трубы потоку жидкости. Чем длиннее цилиндр, тем больше зарядов соударяется с его атомами. Чем больше диаметр цилиндра, тем больше тока он может пропускать (аналогично потоку жидкости по трубе).Фактически, R обратно пропорционален площади поперечного сечения цилиндра A .
Рис. 1. Однородный цилиндр длиной L и площадью поперечного сечения A. Его сопротивление потоку тока аналогично сопротивлению, которое труба оказывает потоку жидкости. Чем длиннее цилиндр, тем больше его сопротивление. Чем больше площадь его поперечного сечения A, тем меньше его сопротивление.
Для данной формы сопротивление зависит от материала, из которого состоит объект.Различные материалы обладают разным сопротивлением потоку заряда. Мы определяем удельное сопротивление ρ вещества так, чтобы сопротивление R объекта было прямо пропорционально ρ . Удельное сопротивление ρ — это внутреннее свойство материала, независимо от его формы или размера. Сопротивление R однородного цилиндра длиной L , площадью поперечного сечения A , изготовленного из материала с удельным сопротивлением ρ , составляет
[латекс] R = \ frac {\ rho L} {A} \\ [/ латекс].
В таблице 1 приведены репрезентативные значения ρ . Материалы, перечисленные в таблице, разделены на категории проводников, полупроводников и изоляторов на основе широких групп удельных сопротивлений. У проводников наименьшее удельное сопротивление, а у изоляторов наибольшее; полупроводники имеют промежуточное удельное сопротивление. Проводники имеют различную, но большую плотность свободных зарядов, тогда как большинство зарядов в изоляторах связаны с атомами и не могут двигаться. Полупроводники являются промежуточными, имеют гораздо меньше свободных зарядов, чем проводники, но обладают свойствами, из-за которых количество свободных зарядов сильно зависит от типа и количества примесей в полупроводнике.Эти уникальные свойства полупроводников находят применение в современной электронике, о чем мы поговорим в следующих главах.
| Материал | Удельное сопротивление ρ ( Ом м ) |
|---|---|
| Проводники | |
| Серебро | 1. 59 × 10 −8 |
| Медь | 1.72 × 10 −8 |
| Золото | 2. 44 × 10 −8 |
| Алюминий | 2. 65 × 10 −8 |
| Вольфрам | 5. 6 × 10 −8 |
| Утюг | 9. 71 × 10 −8 |
| Платина | 10. 6 × 10 −8 |
| Сталь | 20 × 10 −8 |
| Свинец | 22 × 10 −8 |
| Манганин (сплав Cu, Mn, Ni) | 44 × 10 −8 |
| Константан (сплав Cu, Ni) | 49 × 10 −8 |
| Меркурий | 96 × 10 −8 |
| Нихром (сплав Ni, Fe, Cr) | 100 × 10 −8 |
| Полупроводники | |
| Углерод (чистый) | 3.5 × 10 5 |
| Углерод | (3,5 — 60) × 10 5 |
| Германий (чистый) | 600 × 10 −3 |
| Германий | (1−600) × 10 −3 |
| Кремний (чистый) | 2300 |
| Кремний | 0,1–2300 |
| Изоляторы | |
| Янтарь | 5 × 10 14 |
| Стекло | 10 9 — 10 14 |
| Люцит | > 10 13 |
| Слюда | 10 11 — 10 15 |
| Кварц (плавленый) | 75 × 10 16 |
| Резина (твердая) | 10 13 — 10 16 |
| Сера | 10 15 |
| тефлон | > 10 13 |
| Дерево | 10 8 — 10 11 |
Пример 1.Расчет диаметра резистора: нить накала фары
Нить накала автомобильной фары изготовлена из вольфрама и имеет сопротивление холоду 0,350 Ом. Если нить представляет собой цилиндр длиной 4,00 см (ее можно свернуть в бухту для экономии места), каков ее диаметр?
СтратегияМы можем переписать уравнение [латекс] R = \ frac {\ rho L} {A} \\ [/ latex], чтобы найти площадь поперечного сечения A нити на основе данной информации. Тогда его диаметр можно определить, предположив, что он имеет круглое поперечное сечение.{-5} \ text {m} \ end {array} \\ [/ latex].
ОбсуждениеДиаметр чуть меньше десятой миллиметра. Он состоит только из двух цифр, потому что ρ известен только из двух цифр.
Температурное изменение сопротивления
Удельное сопротивление всех материалов зависит от температуры. Некоторые даже становятся сверхпроводниками (нулевое сопротивление) при очень низких температурах. (См. Рисунок 2.)
Рис. 2. Сопротивление образца ртути равно нулю при очень низких температурах — это сверхпроводник примерно до 4.2 К. Выше этой критической температуры его сопротивление резко возрастает, а затем увеличивается почти линейно с температурой.
И наоборот, удельное сопротивление проводников увеличивается с увеличением температуры. Поскольку атомы колеблются быстрее и на больших расстояниях при более высоких температурах, электроны, движущиеся через металл, совершают больше столкновений, эффективно увеличивая удельное сопротивление. При относительно небольших изменениях температуры (около 100 ° C или меньше) удельное сопротивление ρ изменяется с изменением температуры Δ T , как выражается в следующем уравнении
ρ = ρ 0 (1 + α Δ T ),
, где ρ 0 — исходное удельное сопротивление, а α — температурный коэффициент удельного сопротивления .(См. Значения α в Таблице 2 ниже.) Для более значительных изменений температуры α может изменяться, или может потребоваться нелинейное уравнение, чтобы найти ρ . Обратите внимание, что α положителен для металлов, что означает, что их удельное сопротивление увеличивается с температурой. Некоторые сплавы были разработаны специально, чтобы иметь небольшую температурную зависимость. Например, у манганина (который состоит из меди, марганца и никеля) α близко к нулю (до трех знаков на шкале в Таблице 2), и поэтому его удельное сопротивление незначительно изменяется с температурой.Это полезно, например, для создания не зависящего от температуры эталона сопротивления.
| Материал | Коэффициент (1 / ° C) |
|---|---|
| Проводники | |
| Серебро | 3,8 × 10 −3 |
| Медь | 3,9 × 10 −3 |
| Золото | 3.4 × 10 −3 |
| Алюминий | 3,9 × 10 −3 |
| Вольфрам | 4,5 × 10 −3 |
| Утюг | 5,0 × 10 −3 |
| Платина | 3,93 × 10 −3 |
| Свинец | 3,9 × 10 −3 |
| Манганин (сплав Cu, Mn, Ni) | 0,000 × 10 −3 |
| Константан (сплав Cu, Ni) | 0.002 × 10 −3 |
| Меркурий | 0,89 × 10 −3 |
| Нихром (сплав Ni, Fe, Cr) | 0,4 × 10 −3 |
| Полупроводники | |
| Углерод (чистый) | −0,5 × 10 −3 |
| Германий (чистый) | −50 × 10 −3 |
| Кремний (чистый) | −70 × 10 −3 |
Обратите внимание, что α отрицателен для полупроводников, перечисленных в таблице 2, что означает, что их удельное сопротивление уменьшается с повышением температуры.Они становятся лучшими проводниками при более высоких температурах, потому что повышенное тепловое перемешивание увеличивает количество свободных зарядов, доступных для переноса тока. Это свойство уменьшения ρ с температурой также связано с типом и количеством примесей, присутствующих в полупроводниках. Сопротивление объекта также зависит от температуры, поскольку R 0 прямо пропорционально ρ . Для цилиндра мы знаем, что R = ρL / A , и поэтому, если L и A не сильно изменяются с температурой, R будет иметь такую же температурную зависимость, как ρ .(Исследование коэффициентов линейного расширения показывает, что они примерно на два порядка меньше типичных температурных коэффициентов удельного сопротивления, поэтому влияние температуры на L и A примерно на два порядка меньше, чем на ρ .) Таким образом,
R = R 0 (1 + α Δ T )
— это температурная зависимость сопротивления объекта, где R 0 — исходное сопротивление, а R — сопротивление после изменения температуры Δ T .Многие термометры основаны на влиянии температуры на сопротивление. (См. Рис. 3.) Одним из наиболее распространенных является термистор, полупроводниковый кристалл с сильной температурной зависимостью, сопротивление которого измеряется для определения его температуры. Устройство небольшое, поэтому быстро приходит в тепловое равновесие с той частью человека, к которой прикасается.
Рис. 3. Эти знакомые термометры основаны на автоматическом измерении сопротивления термистора в зависимости от температуры.(Источник: Biol, Wikimedia Commons)
Пример 2. Расчет сопротивления: сопротивление горячей нити
Хотя следует соблюдать осторожность при применении ρ = ρ 0 (1 + α Δ T ) и R = R 0 (1 + α Δ T ). ) для изменений температуры более 100 ° C, для вольфрама уравнения достаточно хорошо работают при очень больших изменениях температуры. Каково же сопротивление вольфрамовой нити в предыдущем примере, если ее температура повышается с комнатной температуры (20ºC) до типичной рабочей температуры 2850ºC?
СтратегияЭто прямое применение R = R 0 (1 + α Δ T ), поскольку исходное сопротивление нити было задано равным R 0 = 0.{-3} / º \ text {C} \ right) \ left (2830º \ text {C} \ right) \ right] \\ & = & {4.8 \ Omega} \ end {array} \\ [/ latex] .
ОбсуждениеЭто значение согласуется с примером сопротивления фары в Законе Ома: сопротивление и простые цепи.
Исследования PhET: сопротивление в проводеУзнайте о физике сопротивления в проводе. Измените его удельное сопротивление, длину и площадь, чтобы увидеть, как они влияют на сопротивление провода. Размеры символов в уравнении меняются вместе со схемой провода.
Щелкните, чтобы запустить моделирование.
Сводка раздела
- Сопротивление R цилиндра длиной L и площадью поперечного сечения A составляет [латекс] R = \ frac {\ rho L} {A} \ [/ латекс], где ρ — удельное сопротивление материала.
- Значения ρ в таблице 1 показывают, что материалы делятся на три группы — проводников, полупроводников и изоляторов .
- Температура влияет на удельное сопротивление; для относительно небольших изменений температуры Δ T удельное сопротивление равно [латекс] \ rho = {\ rho} _ {0} \ left (\ text {1} + \ alpha \ Delta T \ right) \\ [/ latex], где ρ 0 — исходное удельное сопротивление, а [латекс] \ text {\ alpha} [/ latex] — температурный коэффициент удельного сопротивления.
- В таблице 2 приведены значения для α , температурного коэффициента удельного сопротивления.
- Сопротивление R объекта также зависит от температуры: [латекс] R = {R} _ {0} \ left (\ text {1} + \ alpha \ Delta T \ right) \\ [/ latex], где R 0 — исходное сопротивление, а R — сопротивление после изменения температуры.
Концептуальные вопросы
1. В каком из трех полупроводниковых материалов, перечисленных в Таблице 1, примеси дают свободные заряды? (Подсказка: изучите диапазон удельного сопротивления для каждого из них и определите, имеет ли чистый полупроводник большую или меньшую проводимость.)
2. Зависит ли сопротивление объекта от пути тока, проходящего через него? Рассмотрим, например, прямоугольный стержень — одинаково ли его сопротивление по длине и по ширине? (См. Рисунок 5.)
Рис. 5. Встречается ли ток, проходящий по двум разным путям через один и тот же объект, с разным сопротивлением?
3. Если алюминиевый и медный провода одинаковой длины имеют одинаковое сопротивление, какой из них имеет больший диаметр? Почему?
4. Объясните, почему [латекс] R = {R} _ {0} \ left (1+ \ alpha \ Delta T \ right) \\ [/ latex] для температурного изменения сопротивления R объекта равен не так точен, как [латекс] \ rho = {\ rho} _ {0} \ left ({1} + \ alpha \ Delta T \ right) \\ [/ latex], что дает температурное изменение удельного сопротивления ρ .
Задачи и упражнения
1. Каково сопротивление отрезка медного провода 12-го калибра длиной 20,0 м и диаметром 2,053 мм?
2. Диаметр медного провода нулевого сечения — 8,252 мм. Найдите сопротивление такого провода длиной 1,00 км, используемого для передачи энергии.
3. Если вольфрамовая нить диаметром 0,100 мм в лампочке должна иметь сопротивление 0,200 Ом при 20 ° C, какой длины она должна быть?
4. Найдите отношение диаметра алюминиевого провода к медному, если они имеют одинаковое сопротивление на единицу длины (как в бытовой электропроводке).
5. Какой ток протекает через стержень из чистого кремния диаметром 2,54 см и длиной 20,0 см при приложении к нему 1,00 × 10 3 В? (Такой стержень может быть использован, например, для изготовления детекторов ядерных частиц.)
6. (a) До какой температуры нужно нагреть медный провод, изначально равный 20,0 ° C, чтобы удвоить его сопротивление, не обращая внимания на любые изменения в размерах? (б) Происходит ли это в бытовой электропроводке при обычных обстоятельствах?
7. Резистор из нихромовой проволоки используется там, где его сопротивление не может изменяться более чем на 1.00% от его значения при 20,0ºC. В каком температурном диапазоне его можно использовать?
8. Из какого материала изготовлен резистор, если его сопротивление на 40,0% больше при 100 ° C, чем при 20,0 ° C?
9. Электронное устройство, предназначенное для работы при любой температуре в диапазоне от –10,0 ° C до 55,0 ° C, содержит резисторы из чистого углерода. В какой степени их сопротивление увеличивается в этом диапазоне?
10. (a) Из какого материала сделана проволока, если она имеет длину 25,0 м, диаметр 0,100 мм и сопротивление 77.7 Ом при 20,0 ° C? (б) Каково его сопротивление при 150 ° C?
11. При условии постоянного температурного коэффициента удельного сопротивления, каков максимальный процент уменьшения сопротивления константановой проволоки, начиная с 20,0 ° C?
12. Через матрицу протягивают проволоку, растягивая ее в четыре раза по сравнению с исходной длиной. По какому фактору увеличивается его сопротивляемость?
13. Медный провод имеет сопротивление 0,500 Ом при 20,0 ° C, а железный провод имеет сопротивление 0,525 Ом при той же температуре.При какой температуре их сопротивления равны?
14. (a) Цифровые медицинские термометры определяют температуру путем измерения сопротивления полупроводникового устройства, называемого термистором (который имеет α, = –0,0600 / ºC), когда он находится при той же температуре, что и пациент. Какова температура пациента, если сопротивление термистора при этой температуре составляет 82,0% от его значения при 37,0 ° C (нормальная температура тела)? (b) Отрицательное значение для α не может сохраняться при очень низких температурах.Обсудите, почему и так ли здесь. (Подсказка: сопротивление не может стать отрицательным.)
15. Integrated Concepts (a) Повторите упражнение 2 с учетом теплового расширения вольфрамовой нити. Вы можете принять коэффициент теплового расширения 12 × 10 −6 / ºC. б) На какой процент ваш ответ отличается от приведенного в примере?
16. Необоснованные результаты (a) До какой температуры необходимо нагреть резистор из константана, чтобы удвоить его сопротивление, при условии постоянного температурного коэффициента удельного сопротивления? б) разрезать пополам? (c) Что необоснованного в этих результатах? (d) Какие допущения необоснованны или какие посылки несовместимы?
Сноски
- 1 Значения сильно зависят от количества и типа примесей
- 2 значения при 20 ° C.
Глоссарий
- удельное сопротивление:
- внутреннее свойство материала, независимо от его формы или размера, прямо пропорциональное сопротивлению, обозначаемое как ρ
- температурный коэффициент удельного сопротивления:
- эмпирическая величина, обозначаемая α , которая описывает изменение сопротивления или удельного сопротивления материала при температуре
Избранные решения проблем и упражнения
1.0,104 Ом
3. 2,8 × 10 −2 м
5. 1,10 × 10 −3 A
7. от −5ºC до 45ºC
9. 1.03
11. 0,06%
13. −17ºC
15. (a) 4,7 Ом (всего) (b) уменьшение на 3,0%
Microsoft Word — Revision1April_26_2015_NoMarks
% PDF-1.5 % 1 0 объект > эндобдж 5 0 obj > эндобдж 2 0 obj > транслировать application / pdf
E84-P102-107_T19.indd
% PDF-1.3
%
1 0 объект
>] / PageLabels 6 0 R / Pages 3 0 R / Type / Catalog / ViewerPreferences >>>
эндобдж
2 0 obj
> поток
2017-04-25T14: 53: 48 + 09: 002017-04-25T14: 53: 50 + 09: 002017-04-25T14: 53: 50 + 09: 00Adobe InDesign CC 2017 (Windows) uuid: bf5390b7-5069-4177 -ad95-576173e83906xmp.did: F87F117407206811958D90A86CA06A77xmp.id: 943-110d-eb4e-bdf1-bc8d78af0a5dproof: pdf1xmp.iid: 63ac8a20-6623-d449emp.iid: 63ac8a20-6623-d5498498498d5498498d5498d4d5498d3d4e4e5a8a8aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa24aсделал: F87F117407206811958D90A86CA06A77 по умолчанию
Основы волоконной оптики
SMA — благодаря конструкции из нержавеющей стали и низкопрецизионному механизму фиксации волокон с резьбой, этот разъем используется в основном в приложениях, требующих соединения мощных лазерных лучей в многомодовые волокна с большой сердцевиной. Типичные области применения включают системы доставки лазерного луча в медицине, биомедицине и промышленности. Типичные вносимые потери разъема SMA превышают 1 дБ.
ST — разъем ST широко используется как в полевых условиях, так и в оптоволоконных сетях LAN внутри помещений.Его высокоточный керамический наконечник позволяет использовать его как с многомодовыми, так и с одномодовыми волокнами. Байонетный соединительный механизм с ключом и блокировкой соединителя при нажатии и повороте предотвращает чрезмерное затягивание и повреждение конца волокна. Вносимые потери разъема ST менее 0,5 дБ, при этом обычно достигаются типичные значения 0,3 дБ. Просверленные металлические разъемы ST с вносимыми потерями> 1 дБ используются с волокнами Newport с большой сердцевиной (> 140 мкм).
FC — FC стал предпочтительным соединителем для одномодовых волокон и в основном используется в волоконно-оптических приборах, волоконно-оптических компонентах SM и в высокоскоростных волоконно-оптических линиях связи.Этот высокоточный керамический соединитель с наконечником оснащен ключом, препятствующим вращению, что снижает повреждение торца волокна и снижает чувствительность волокна к центру вращения. Ключ также используется для повторяемого выравнивания волокон в оптимальном положении с минимальными потерями. Также доступны многомодовые версии этого разъема. Типичные вносимые потери разъема FC составляют около 0,3 дБ. Просверленные металлические соединители FC с вносимыми потерями> 1 дБ используются с волокнами Newport с большой сердцевиной (> 140 мкм).
SC — разъем SC становится все более популярным в одномодовом оптоволоконном телекоммуникационном и аналоговом кабельном телевидении, в полевых каналах. Конструкция высокоточного керамического наконечника оптимальна для юстировки одномодовых оптических волокон. Внешний квадратный профиль разъемов в сочетании с механизмом двухтактного соединения обеспечивает большую плотность упаковки разъемов в приборах и патч-панелях. Внешний корпус с шпонками предотвращает чувствительность к вращению и повреждение торца волокна.Также доступны многомодовые версии этого разъема. Типичные вносимые потери разъема SC составляют около 0,3 дБ.
Подготовка торца разъема
После того, как оптическое волокно будет заделано определенным соединителем, подготовка торца соединителя определит, какими будут возвратные потери соединителя, также известные как обратное отражение. Обратное отражение — это соотношение между светом, распространяющимся через соединитель в прямом направлении, и светом, отраженным обратно в источник света поверхностью соединителя.Минимизация обратного отражения имеет большое значение в высокоскоростных и аналоговых волоконно-оптических линиях связи, где используются источники с узкой шириной линии, такие как DFB-лазеры, которые подвержены скачкам мод и флуктуациям их выходного сигнала.
Расчет падения напряжения— CSE Industrial Electrical Distributors Ltd
Падение напряжения на любом изолированном кабеле зависит от рассматриваемой длины трассы (в метрах), требуемого номинального тока (в амперах) и соответствующего полного сопротивления на единицу длины кабеля.Максимальный импеданс и падение напряжения, применимые к каждому кабелю при максимальной температуре проводника и ниже переменного тока. условия приведены в таблицах. Для кабелей, работающих в условиях постоянного тока, соответствующие падения напряжения можно рассчитать по формуле.
2 x длина маршрута x ток x сопротивление x 10¯³ .
Значения, приведенные в таблицах, даны в м / В / Ам (вольт / 100 на ампер на метр), а номинальное значение
Максимально допустимое падение напряжения, указанное в правилах IEE, составляет 2.5% от напряжения системы, т.е. 0,025 x 415
= 10,5 В для 3-фазной работы или 0,025 x 240 = 6,0 В для однофазной работы.
Рассмотрим трехфазную систему
Требование может заключаться в том, чтобы нагрузка 1000 А передавалась по маршруту длиной 150 м, кабель должен быть
мм.
прикреплен к стене и обеспечен личной защитой. Таблицы рейтингов в правилах IEE показывают, что
35-миллиметровый медный провод PVC SWA PVC-кабель подойдет для требуемой нагрузки, но падение напряжения
необходимо проверить.
Падение напряжения = Y x ток x длина
= 1,1 x 100 x 150 милливольт
= 1,1 x 100 x 150 вольт / 1000
= 16,5 вольт
где Y = значение из таблиц в мВ / А / м. Если конкретное значение падения напряжения, приемлемое для пользователя, не равно
.
При этом необходимо соблюдать норму IEE, равную 10,5 вольт.
Таким образом: общее падение напряжения = 10,5 вольт
10,5 = Y x 100 x 150
Следовательно, Y = 10,5 / 100 x 150
= 0,7 / 1000 вольт / ампер / метр
Ссылка на таблицы падения напряжения указывает, что сечение кабеля с падением напряжения 0.7/1000 В / А / м
(0,7 мВ / А / м) ИЛИ МЕНЬШЕ — это медный проводник диаметром 70 мм.
Следовательно, для передачи трехфазного тока 100 А на фазу по длине маршрута 150 м, всего
падение напряжения, равное или меньшее установленного законом максимального значения 10,5 вольт, для использования потребуется
70мм (куб.) Многожильный ПВХ.
Наоборот
У пользователя может быть 150 м многожильного кабеля из ПВХ 35 мм (Cu.), И ему необходимо знать, какой максимальный ток
номинал может применяться без превышения допустимого падения напряжения.Метод точно такой же, как указано выше,
а именно: общее падение = 16,6
= YxAxM
= 1,1 x A x 150/1000
из таблиц Y = 1,1 мВ / А / м
= 1,1 / 1000 В / А / м
поэтому A = 10,5 x 1000 / 1,1.x 150
= 64 ампера
Из вышеизложенного очевидно, что зная любые два значения Y, A или m, оставшееся неизвестное значение может
легко вычислить.
Совет всегда доступен для проверки, уточнения или предложения наиболее подходящего размера и типа кабеля для любых конкретных требований.
Падение напряжения для одножильных низковольтных кабелей (мВ / ампер / метр)
| Медный провод | Плоское расположение | Трилистник | Алюминиевый проводник | Плоское расположение | Трилистник |
| 4 | 7,83 | 7,770 | 16 | 3,343 | 3,283 |
| 6 | 5.287 | 5,226 | 25 | 2,161 | 2,100 |
| 10 | 3,184 | 3,124 | 35 | 1,602 | 1,542 |
| 16 | 2,086 | 2,008 | 50 | 1,222 | 1,162 |
| 25 | 1,357 | 1,297 | 70 | 0.890 | 0,830 |
| 35 | 1.034 | 0,971 | 95 | 0,686 | 0,623 |
| 50 | 0,793 | 0,732 | 120 | 0,569 | 0,509 |
| 70 | 0,595 | 0,534 | 150 | 0,490 | 0.430 |
| 95 | 0,469 | 0,408 | 185 | 0,420 | 0,360 |
| 120 | 0,410 | 0,349 | 240 | 0,353 | 0,293 |
| 150 | 0,354 | 0,294 | 300 | 0,312 | 0,252 |
| 185 | 0.312 | 0,252 | 400 | 0,274 | 0,214 |
| 240 | 0,272 | 0,211 | 400 | 0,245 | 0,185 |
| 300 | 0,247 | 0,187 | 630 | 0,222 | 0,162 |
| 400 | 0,224 | 0.164 | | | |
| 500 | 0,208 | 0,148 | | | |
| 630 | 0,194 | 0,134 | | | |
ПАДЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ НА АМПЕР НА МЕТР (мВ).Рабочая температура проводника: 70ºC
| Площадь поперечного сечения проводника | Двухжильный кабель постоянного тока | Двухжильный одножильный кабель переменного тока | Трех- или четырехжильный кабель Трехфазный переменный ток | ||||
| мм | мВ | мВ | мВ | ||||
| 1,5 | 29 | 29 | 25 | ||||
| 2,5 | 18 | 18 | 15 | ||||
| 4 | 11 | 11 | 9.05 | ||||
| 6 | 7,3 | 7,3 | 6,04 | ||||
| 10 | 4,4 | 4,4 | 3,08 | ||||
| 16 | 2,8 | 2,8 | 2,04 | ||||
| | | r | х | z | r | х | z |
| 25 | 1.75 | 1,75 | 0,170 | 1,75 | 1,50 | 0,145 | 1,50 |
| 35 | 1,25 | 1,25 | 0,165 | 1,25 | 1,10 | 0,145 | 1,10 |
| 50 | 0,93 | 0,93 | 0,165 | 0,94 | 0.80 | 0,140 | 0,81 |
| 70 | 0,63 | 0,63 | 0,160 | 0,65 | 0,55 | 0,140 | 0,57 |
| 95 | 0,46 | 0,47 | 0,155 | 0,50 | 0,41 | 0,135 | 0,43 |
| 120 | 0.36 | 0,38 | 0,155 | 0,41 | 0,33 | 0,135 | 0,35 |
| 150 | 0,29 | 0,30 | 0,155 | 0,34 | 0,26 | 0,130 | 0,29 |
| 185 | 0,23 | 0,28 | 0,150 | 0,29 | 0.21 | 0,130 | 0,25 |
| 240 | 0,180 | 0,190 | 0,150 | 0,24 | 0,165 | 0,130 | 0,21 |
| 300 | 0,145 | 0,155 | 0,145 | 0,21 | 0,136 | 0,130 | 0,185 |
| 400 | 0.105 | 0,115 | 0,145 | 0,185 | 0,100 | 0,125 | 0,160 |
ПАДЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ НА АМПЕР НА МЕТР (мВ). Рабочая температура проводника: 70 ° C
| Площадь поперечного сечения проводника | Двухжильный кабель постоянного тока | Двухжильный однофазный кабель переменного тока | Трех- или четырехжильный кабель Трехфазный A.С. | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | ||||
| мм | Mv | МВ | МВ | ||||
| 16 | 4,5 | 45 | 3,9 | ||||
| 25 | 2,9 | 29 | 0,175 | 2,9 | 2,5 | 0,150 | 2.5 |
| 35 | 2,1 | 2,1 | 0,170 | 2,1 | 1,80 | 0,150 | 1,80 |
| 50 | 1,55 | 1,55 | 0,170 | 1,55 | 1,35 | 0,145 | 1,35 |
| 70 | 1,05 | 1,05 | 0.165 | 1,05 | 0,90 | 0,140 | 0,92 |
| 95 | 0,77 | 0,77 | 0,160 | 0,79 | 0,67 | 0,140 | 0,68 |
| 120 | – | – | | | 0,53 | 0,135 | 0.55 |
| 150 | – | – | | | 0,42 | 0,135 | 0,44 |
| 185 | – | – | | | 0,34 | 0,135 | 0,37 |
| 240 | – | – | | | 0.26 | 0,130 | 0,30 |
| 300 | – | – | | | 0,21 | 0,130 | 0,25 |
Таблицы взяты из информации об авторских правах IEE
КАБЕЛИ НА 600/1000 В С ИЗОЛЯЦИЕЙ ПВХ С МЕДНЫМИ ПРОВОДНИКАМИ ПАРАМЕТРЫ УСТОЙЧИВОГО ТОКА (АМП) (50 Гц)
| Площадь нормального проводника | 600/100 ВОЛЬТ ТРЕХФАЗНЫЕ ОДНОЖИЛЬНЫЕ КАБЕЛИ В СОЕДИНЕНИИ TREFOIL | |||
| мм | Прямая броня | Канальный бронированный | Воздух небронированный | Пневматическая броня |
| 50 | 203 | 199 | 184 | 193 |
| 70 | 248 | 241 | 233 | 249 |
| 95 | 297 | 282 | 290 | 298 |
| 120 | 337 | 311 | 338 | 347 |
| 150 | 376 | 342 | 338 | 395 |
| 185 | 423 | 375 | 450 | 452 |
| 240 | 485 | 419 | 537 | 532 |
| 300 | 542 | 459 | 620 | 607 |
| 700 | 600 | 489 | 722 | 690 |
| 500 | 660 | 523 | 832 | 776 |
| 630 | 721 | 563 | 957 | 869 |
| 800 | 758 | 587 | 1083 | 937 |
| 1000 | 797 | 621 | 1260 | 1010 |
ПРИБЛИЗИТЕЛЬНЫЙ ТОК НА ЛИНИЮ ИЛИ ФАЗУ, ЗАНИМАЕМЫЙ НА ПОЛНОЙ НОМИНАЛЬНОЙ ВЕРСИИ ДВИГАТЕЛЯМИ СРЕДНЕЙ КПД И КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ
| Мощность двигателя | Постоянный ток | Переменный ток | |||||
| | 110 В | 220 В | 550 В | 240 В | 380 В | 415V | 550 В |
| л.с. | А | А | А | А | А | А | А |
| 0.5 | 5,7 | 2,8 | 1,1 | 3 | | | |
| 1 | 10 | 5 | 2 | 6 | 1,9 | 1,7 | 1,3 |
| 2 | 18 | 9 | 3,6 | 10 | 3.6 | 3,3 | 2,5 |
| 3 | 26 | 13 | 5,2 | 15 | 5,1 | 4,6 | 3,5 |
| 5 | 42 | 21 | 8,4 | 24 | 8 | 7,3 | 5,5 |
| 7,5 | 60 | 30 | 12 | 35 | 11.6 | 10,6 | 8 |
| 10 | 80 | 40 | 16 | 46 | 15,1 | 13,8 | 10,4 |
| 15 | 117 | 59 | 23 | 67 | 22 | 20 | 16 |
| 20 | 154 | 77 | 31 | 88 | 29 | 27 | 21 |
| 25 | 190 | 95 | 38 | 110 | 37 | 34 | 26 |
| 30 | 227 | 114 | 46 | 130 | 43 | 40 | 30 |
| 40 | 300 | 150 | 60 | 180 | 59 | 54 | 41 |
| 50 | 375 | 187 | 75 | 210 | 73 | 67 | 50 |
| 50 | 445 | 223 | 89 | 253 | 87 | 80 | 60 |
| 60 | 520 | 260 | 104 | 291 | 102 | 94 | 70 |
| 80 | 600 | 300 | 120 | 332 | 117 | 107 | 81 |
| 100 | 740 | 370 | 148 | 412 | 145 | 133 | 100 |
| 125 | | 460 | 184 | 515 | 181 | 166 | 125 |
| 150 | | | 220 | | 217 | 199 | 150 |
| 175 | | | 256 | | 253 | 232 | 175 |
| 200 | | | 292 | | 288 | 264 | 199 |
| 250 | | | | | 353 | 323 | 244 |
| 300 | | | | | 421 | 385 | 291 |
Полезные трехфазные формулы:
1.кВт = кВА x коэффициент мощности
| 2. кВт = | Линейный ток x Линейное напряжение x 1,73 x п.ф. |
1000 |
| 4. Линейный ток = | кВт x 1000 |
| Линейное напряжение x 1,73 x п.ф. |
| 5. Линейный ток = | кВА x 1000 |
| Линейное напряжение x 1.73 |
| 6. Линейный ток = | л.с. х 746 |
| Линейное напряжение x 1,73 x КПД x п.ф. |
| 7. кВА = | Линейный ток x Линейное Вольт x 1,73 |
| 1000 |
| 8. кВт = | л.с. х 746 |
| 1000 x КПД |
| 9.кВА = | Линейный ток x Линейное напряжение x 1,73 x КПД x п.ф. |
| 746 |
| 10. л.с. = | кВт x 1000 x КПД |
| 746 |
| 11. л.с. = | кВА x 1000 x КПД |
| 746 |
ТЕКУЩИЕ НОМИНАЛЫ КАБЕЛЕЙ, ОБРЕЗАННЫХ ПРЯМО К ПОВЕРХНОСТИ ИЛИ ЛОТКА, СОСТАВЛЕННОГО И НЕЗАКРЫТЫМ
| Размер проводника | 2 Одноядерный D.С. | 3 Одноядерный 4 Одноядерный | 1 двухъядерный DV | 1 трехъядерный 1 четыре ядра | ||||
| Однофазный переменный ток | Трехфазный переменный ток | Однофазный переменного тока | Трехфазный переменный ток | |||||
| р | п. | р | п. | р | п. | р | п. | |
| мм 2 | А | А | А | А | А | А | А | А |
| 1 | 16 | 13 | 15 | 12 | 14 | 12 | 12 | 10 |
| 1.5 | 21 | 16 | 19 | 15 | 18 | 15 | 15 | 13 |
| 2,5 | 29 | 23 | 26 | 20 | 24 | 21 | 21 | 18 |
| 4 | 38 | 30 | 34 | 27 | 31 | 27 | 27 | 24 |
| 6 | 49 | 38 | 45 | 34 | 40 | 35 | 35 | 30 |
| 10 | 67 | 51 | 60 | 46 | 56 | 48 | 48 | 41 |
| 16 | 90 | 38 | 81 | 61 | 72 | 64 | 64 | 54 |
| 25 | 115 | 89 | 105 | 80 | 96 | 71 | 84 | 62 |
| 35 | 145 | 109 | 130 | 98 | 115 | 87 | 100 | 72 |
| 50 | 205 | 175 | 185 | 160 | 170 | 140 | 150 | 125 |
| 70 | 260 | 220 | 235 | 200 | 210 | 175 | 185 | 155 |
| 95 | 320 | 270 | 285 | 240 | 255 | 215 | 225 | 190 |
| 120 | 370 | 310 | 335 | 280 | 300 | 250 | 260 | 215 |
| 150 | 420 | 355 | 380 | 320 | 335 | 285 | 300 | 250 |
| 185 | 480 | 405 | 435 | 365 | 385 | 325 | 345 | 280 |
| 240 | 570 | 480 | 520 | 430 | 450 | 385 | 400 | 335 |
| 300 | 660 | 560 | 600 | 500 | 520 | 445 | 460 | 390 |
| 400 | 770 | 680 | 700 | 610 | | | | |
| 500 | 890 | 800 | 800 | 710 | | | | |
| 630 | 1050 | 910 | 950 | 820 | | | | |
НОМИНАЛЬНОЕ ТЕКУЩЕЕ КАБЕЛЕЙ В ПОДКЛЮЧЕНИИ ИЛИ ШАГОНАХ, СВЯЗАННЫХ И ЗАКРЫТЫХ
| Размер проводника | 2 Одноядерный D.С. | 4 Одно ядро | Округ Колумбия | Трехфазный переменный ток | ||||
| Однофазный переменный ток | Трехфазный переменный ток | Однофазный переменный ток | | | ||||
| | R | P | R | P | R | P | R | P |
| мм 2 | А | А | А | А | А | А | А | А |
| 1 | 14 | 11 | 11 | 9 | 12 | 11 | 10 | 9 |
| 1.5 | 17 | 13 | 14 | 11 | 15 | 13 | 13 | 12 |
| 2,5 | 24 | 18 | 20 | 16 | 20 | 18 | 17 | 16 |
| 4 | 31 | 24 | 27 | 22 | 27 | 24 | 23 | 22 |
| 6 | 40 | 31 | 35 | 28 | 34 | 30 | 30 | 27 |
| 10 | 55 | 42 | 49 | 39 | 47 | 40 | 41 | 37 |
| 16 | 73 | 56 | 66 | 53 | 61 | 53 | 54 | 47 |
| 25 | 94 | 73 | 89 | 71 | 80 | 60 | 70 | 53 |
| 35 | 115 | 90 | 110 | 88 | 97 | 74 | 86 | 65 |
| 50 | 170 | 145 | 145 | 125 | | | | |
| 70 | 215 | 185 | 185 | 160 | | | | |
| 95 | 265 | 230 | 225 | 195 | | | | |
| 120 | 310 | 260 | 260 | 220 | | | | |
| 150 | 350 | | 300 | | | | | |
R = изоляция из жаропрочной резины
P = ПВХ изоляция
МИНИМАЛЬНЫЙ РАЗМЕР ПРОВОДНИКА ЗАЗЕМЛЕНИЯ (ЕСЛИ НЕ СОДЕРЖИТСЯ В КАБЕЛЕ)
| Размер наибольшего присоединенного медного проводника цепи | Размер заземляющего проводника | Размер непрерывного проводника заземления | Размер связующего провода |
| 1 | 6 | 1 * | 1 # * |
| 1.5 | 6 | 1 * | 1 # * |
| 2,5 | 6 | 1 * | 1 # * |
| 4 | 6 | 2,5 | 1 # * |
| 6 | 6 | 2,5 | 1 # * |
| 10 | 6 | 6 | 2,5 |
| 16 | 6 | 6 | 2.5 |
| 25 | 16 | 16 | 6 |
| 35 | 16 | 16 | 6 |
| 50 | 16 | 16 | 6 |
| 70 | 50 | 50 | 16 |
| 95 | 50 | 50 | 16 |
| 120 | 50 | 50 | 16 |
| 150 | 50 | 50 | 16 |
| 185 | 70 | 70 | 50 |
| 240 | 70 | 70 | 50 |
| 300 | 70 | 70 | 50 |
| 400 | 70 | 70 | 50 |
| 500 | 70 | 70 | 50 |
| 630 | 70 | 70 | 50 |
* 1.5 кв. Мм, где заземляющий провод в открытом состоянии
№2,5 кв. Мм для приклеивания других услуг при входе в помещения.
ДИАМЕТРЫ И РАЗМЕРЫ ВВОДОВ АРМИРОВАННЫХ КАБЕЛЕЙ ИЗ ПВХ
| Размер проводника | Макс. Диаметр сердечника | Кол-во ядер | Приблизительные диаметры | Проволока | Рекомендуемый размер сальника # | ||
| | | | Оболочка постельного белья | Броня | Оболочка | | |
| кв.мм | мм | Кол-во ядер | мм | мм | мм | мм | BS4121 |
| 14/8 | 26/8 | 2 | 7 | 9 | 11 6/8 | 7/8 | 5/8 |
| | | 3 | 73/8 | 9 3/8 | 12 2/8 | 7/8 | 5/8 |
| | | 4 | 8.1 | 10,1 | 13 | 0,9 | 3/4 S * |
| | | 5 | 8,9 | 10,9 | 13,8 | 0,9 | 3/4 ю.ш. |
| | | 7 | 9,7 | 11,7 | 14,5 | 0,9 | 3/4 ю.ш. |
| | | 10 | 12 2/4 | 15 | 18 | 1 1/4 | 3/4 |
| | | 12 | 12 3/4 | 15 2/4 | 18 2/4 | 1 1/4 | 3/4 |
| | | 19 | 15.1 | 17,8 | 21,1 | 1,25 | 1 |
| | | 27 | 18,5 | 22 | 25,4 | 1,6 | 1 |
| | | 37 | 21 | 24 2/4 | 17 3/4 | 1 2/4 | 1 3/4 |
| | | 48 | 23 3/4 | 27 1/4 | 30 3/4 | 1 2/4 | 1 3/4 |
| 2.5 | 3,3 | 2 | 8,2 | 10,2 | 13,1 | 0,9 | 3 3/4 S * |
| | | 3 | 8,7 | 10,7 | 13,6 | 0,9 | 3 3/4 Ю |
| | | 4 | 9,6 | 11.6 | 14,5 | 0,9 | 3 3/4 Ю |
| | | 5 | 10,5 | 12,5 | 15,4 | 0,9 | 3 3/4 |
| | | 7 | 11 2/4 | 12 2/4 | 16 2/4 | 1 | 3/4 |
| | | 10 | 14.8 | 17,5 | 20,9 | 1,25 | 1 |
| | | 12 | 15,3 | 18 | 21,4 | 1,25 | 1 |
| | | 19 | 18,5 | 22 | 25,4 | 1,6 | 1 |
| | | 27 | 22 | 25 2/4 | 29 1/4 | 1 2/4 | 1 3/4 |
| | | 37 | 25 | 28 2/4 | 32 2/4 | 1 2/4 | 1 3/4 |
| | | 48 | 29 | 33 1/2 | 37 1/2 | 2 | 1 1/2 |
| 4 | 4.3 | 2 | 10,2 | 12,2 | 15,1 | 0,9 | 3 3/4 Ю |
| | | 3 | 11 | 13 | 16 | 1 | 3/4 |
| | | 4 | 12 | 14 3/4 | 17 3/4 | 1 1/4 | 3/4 |
| | | 5 | 12 1/4 | 16 | 19 | 1 1/4 | 3/4 |
| | | 7 | 14 2/4 | 17 1/4 | 20 2/4 | 1 1/4 | 1 |
| | | 10 | 19 1/4 | 22 3/4 | 26 | 1 2/4 | 1 |
| | | 12 | 19.8 | 23,3 | 26,8 | 1,6 | 1 3/4 |
| | | 19 | 12 2/4 | 27 | 30 2/4 | 1 2/4 | 1 1/4 |
| | | 27 | 28 1/2 | 33 | 37 | 2 | 1 1/2 |
| 6 | 5 | 2 | 11 2/4 | 13 2/4 | 16 2/4 | 1 | 3/4 |
| | | 3 | 12 1/4 | 12 1/4 | 18 | 1 1/4 | 3/4 |
| | | 4 | 13 2/4 | 13 2/4 | 19 1/4 | 1 1/4 | 3/4 |
| 10 | 61/4 | 2 | 14 | 16 3/4 | 20 | 1 1/4 | 3/4 |
| | | 3 | 15 | 17 3/4 | 21 1/4 | 1 1/4 | 1 |
| | | 4 | 16 2/4 | 19 1/4 | 22 3/4 | 1 1/4 | 1 |
| 16 | Фасонные проводники | 2 | 13 | 15 2/4 | 19 | 1 1/4 | 3/4 |
| | | 3 | 14 2/4 | 14 2/4 | 20 2/4 | 1 1/4 | 1 |
| | | 4 | 19 3/4 | 16 3/4 | 24 | 1 1/4 | 1 |
# Сальники типа BW, CW, D1W, D2W, E1W, E2W.
• Кабель, изготовленный с минимальным допуском, может быть помещен в сальник на один размер меньше.
ТАБЛИЦА РАЗМЕРОВ ВВОДОВ PVC / SWA / PVC КАБЕЛИ
| Размер, мм кв. | Ядра 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 7 | 10 | 12 | 19 | 27 | 37 | 48 |
| 1.5 | | 16/20 | 16/20 | 20S | 20S | 20S | 20 л | 20 л | 25S | 25 л | 32 | 32 |
| 2,5 | | 20S | 20S | 20S | 20S | 20 л | 25S | 25S | 25 л | 32 | 32 | 40S |
| 4.0 | | 20S | 20 л | 20 л | 20 л | 20 л | 25 л | 32 | 32 | 40S | | |
| 6.0 | | 20 л | 20 л | 20 л | | | | | | | | |
| 10.0 | | 25S | 25S | 25S | | | | | | | | |
| 16,0 | | 25S | 25 л | 25 л | | | | | | | | |
| 25.0 | | 25S | 32 | 32 | | | | | | | | |
| 35,0 | | 25 л | 32 | 32 | | | | | | | | |
| 50.0 | | 32 | 32 | 40S | | | | | | | | |
| 70,0 | | 32 | 40S | 40L | | | | | | | | |
| 95.0 | 25S | 40S | 40S | 50S | | | | | | | | |
| 120,0 | 25 л | 40S | 40L | 50S | | | | | | | | |
| 150.0 | 32 | 40L | 50S | 63S | | | | | | | | |
| 185,0 | 32 | 50S | 50 л | 63S | | | | | | | | |
| 240.0 | 40S | 50 л | 63S | 63S | | | | | | | | |
| 300,0 | 40L | 63S | 63L | 75L | | | | | | | | |
| 400.0 | | | | | | | | | | | | |
Внутренние электрические свойства кабельных бактерий обнаруживают температурную зависимость Аррениуса
Кабельные бактерии действуют как резистивные биологические провода
Для изучения внутренних электрических свойств кабельных бактерий очень важно распутать электрическую эквивалентную схему и влияние контактов на общий электрический отклик.Предыдущие измерения 5 позволили получить линейные кривые ток / напряжение (IV) как для отдельных неповрежденных нитей, так и для оболочек волокон. Поскольку эти эксперименты проводились для ограниченного диапазона напряжений (от -0,1 до 0,1 В), в этой работе мы повторили их для более крупных диапазонов напряжения (от -1 до 1 В и от -10 до 10 В). Измерения проводились в зондовой платформе с золотыми, серебряными и угольными электродами, и для минимизации разрушения проводящих структур под действием кислорода 5 измерения всегда проводились в атмосфере азота.Независимо от диапазона напряжений, мы постоянно наблюдали одну и ту же прямую характеристику ВАХ (рис. S1), что исключает присутствие барьеров Шоттки на границе раздела нить / электрод и доказывает омическую природу этих контактов.
Чтобы получить репрезентативную эквивалентную электрическую схему для кабельных бактерий, мы выполнили спектроскопию электрического импеданса, при которой переменное напряжение с переменной частотой (диапазон от 1 Гц до 1 МГц; амплитуда 0,1 В) прикладывается к одной нити накала в конфигурации ступени зонда. .Отдельные нити были изолированы от обогащенных отложений и использовались либо как неповрежденные нити (количество образцов n = 6), либо как оболочка волокна (n = 4). Нити были помещены между двумя золотыми электродами на стеклянных или SiO 2 подложках с непроводящим промежутком (от 100 до 500 мкм) (рис. 1C). Углеродная паста была добавлена с обоих концов, чтобы обеспечить хорошее электрическое соединение между нитями и золотыми электродами (рис. S2). Все образцы показали одинаковый отклик на измерения импеданса, образуя полукруг в плоскости комплексного импеданса (рис.2А, Б). Такое поведение можно описать эквивалентной электрической схемой, содержащей два последовательных резистора (\ ({R} _ {s} \) и \ ({R} _ {p} \)), один из которых включен параллельно конденсатору . 11 (рис. 2С). Из эталонного измерения, когда между электродами не была помещена нить накала, получается эквивалентная схема, которая не включает сопротивление \ ({R} _ {p} \) (т.е. от \ ({R} _ {p} \ до \ infty \)), показывая, что компоненты \ ({R} _ {s} \) и \ ({C} _ {p} \) являются неотъемлемой частью измерительной установки, а \ ({R} _ {p} \) приписывается нити накала.Эквивалентная электрическая схема, следовательно, интерпретируется следующим образом: последовательное сопротивление \ ({R} _ {s} \) представляет собой комбинацию сопротивления проводов измерительной системы и сопротивления границы раздела зонд-электрод, в то время как емкость \ ( {C} _ {p} \) связано с емкостью электродов и измерительной системы. Параллельное сопротивление \ ({R} _ {p} \) тогда включает как объемное сопротивление бактериальной нити кабеля \ ({R} _ {Bulk} \), так и контактное сопротивление между электродами и нитью \ ({R } _ {Контакт} \) (Рис.2С).
Рисунок 2Эквивалентная электрическая схема для отдельной кабельной бактериальной нити, исследованной методом импедансной спектроскопии. Графики Найквиста (A), интактных волокон и (B) волоконных оболочек показывают аналогичный одиночный полукруг в комплексной плоскости. (C) Данные были описаны как эквивалентная электрическая схема, состоящая из резистора R s , включенного последовательно с параллельным пакетом конденсатора C p и резистора R p , содержащего кабельную бактерию R Bulk и его контакт с электродом R Контакт .
Значения для \ ({R} _ {p} \) варьируются от 0,8 МОм до 3,6 ГОм (таблица S1), что соответствует ранее заявленным значениям проводимости 5 . Более того, как и ожидалось, значение \ ({R} _ {p} \) равно общему сопротивлению образца, измеренному при последующем измерении постоянного тока. Значения для других параметров оказались равными \ ({R} _ {s} = 0.8 \ pm 1.0 \) кОм и \ ({C} _ {p} = 34 \ pm 15 \) nF. Отношение \ ({{R} _ {s} / R} _ {p} = 0,004 \ pm 0,008 \% \) постоянно мало, что соответствует ожидаемому низкому сопротивлению соединений измерительной системы.В широком диапазоне исследованных экспериментальных условий, который включает в себя различные типы волокон (неповрежденные волокна и оболочки волокон), разную длину волокон, диапазон проводимости волокон, а также различные подложки электродов, результаты импеданса всегда показывали один полукруг без каких-либо различимых других компонентов. параллельно емкости системы \ ({C} _ {p} \). Чтобы определить \ ({R} _ {Contact} \), было выполнено дополнительное измерение постоянного тока в зависимости от расстояния (см. Рис.S2 и Таблица S2), что дает значительно меньшее значение по сравнению с \ ({R} _ {Bulk} \).
Таким образом, полученная эквивалентная электрическая схема демонстрирует, что бактериальные волокна кабеля можно рассматривать как биологические резистивные провода с чисто омическим поведением.
Транзисторные измерения показывают перенос заряда n-типа с высокой подвижностью
Чтобы определить величину подвижности носителей заряда, мы исследовали нити в конфигурации полевого транзистора (FET) (рис.1D), где оценивается влияние внешнего электрического поля на проводимость. В конфигурации полевого транзистора с нижним затвором / нижним контактом, которая обычно используется для исследования электрических свойств (не) органических полупроводниковых пленок, одна нить накала помещается поперек электродов истока (S) и стока (D), разделенных каналами различной длины. (От 100 до 300 мкм) поверх подложки затвора из диоксида кремния / кремния n-типа (G). Поскольку полевой эффект обычно присутствует только в тонком слое образца (~ 10–100 нм) рядом с диэлектрической подложкой, мы решили работать с оптоволоконными оболочками, для которых расстояние между проводящими волокнами и подложкой меньше, чем для неповрежденных. бактериальные нити.
Кривые переноса для волоконной оболочки показаны на рис. 3A. Здесь \ ({I} _ {D} \), \ ({V} _ {GS} \) и \ ({V} _ {DS} \) представляют ток стока, напряжение затвор-исток, и напряжение сток-исток соответственно. При нулевом смещении затвора (\ ({V} _ {GS} \) = 0) и \ ({V} _ {DS} \) = 0,1 В образец показывает высокое состояние выключения \ ({I} _ { D} \), о чем будет сказано позже. С увеличением положительного смещения затвора (\ ({V} _ {GS} \)> 0) при 1 В / с (другие скорости сканирования на рис. S3), \ ({I} _ {D} \) немного увеличивается (примерно 9% при \ ({V} _ {GS} \) = + 80 В).Напротив, при \ ({V} _ {GS} \) = — 80 В \ ({I} _ {D} \) уменьшается на 9%. Это указывает на то, что плотность заряда на границе раздела между оболочкой волокна и диэлектриком увеличивается с увеличением напряжения на затворе, что согласуется с поведением полупроводников n-типа, где электроны являются основными носителями заряда. Чтобы проверить это, ток утечки \ ({I} _ {G} \) контролировался для всех измерений (n = 4), который всегда был более чем на два порядка величины меньше (1–10 пА), чем изменение \ ({I} _ {D} \) (Рис. S4). Кроме того, выходные характеристики (\ ({I} _ {D} \) по сравнению с \ ({V} _ {DS} \)) были определены для \ ({V} _ {GS} \) в диапазоне от — 50 В до + 50 В.Типичный график показан на рис. 3B, где смещение затвора модулирует линейный наклон (\ ({\ partial \ mathrm {I}} _ {\ mathrm {D}} / \ partial {\ mathrm {V}} _ { \ mathrm {DS}} \)) ВАХ. Электропроводность линейно увеличивается с увеличением смещения затвора \ ({V} _ {GS} \), обеспечивая скорость модуляции 3 мСм / см на вольт (рис. S5).
Рис. 3Измерения полевого транзистора показывают поведение полупроводника n-типа, когда в качестве канала используются оптоволоконные оболочки. (A) Передаточные характеристики оптоволоконной оболочки, измеренные при постоянном \ ({V} _ {DS} \) = 0.05 В (20 ° C) показывают модуляцию тока стока \ ({I} _ {D} \) при изменении смещения затвора \ ({V} _ {GS} \) с 0 до 80 В на -80. V и обратно к 0 В. На вставке показана оболочка волокна, представляющая собой уплощенную двойную стопку волокон толщиной ~ 150 нм, заключенную в тонкую оболочку. (B) Выходные характеристики оптоволоконной оболочки при постоянном напряжении на затворе, изменяющемся от -50 до + 50 В с шагом 20 В, показывают изменение наклона вольт-амперной кривой в зависимости от смещения затвора \ ({V } _ {GS} \).
Учитывая условие смещения (\ ({V} _ {DS} \ ll {V} _ {GS} \)), ответ транзистора оказывается линейным в области напряжения затвора, как показано на рис.3А. Оценку подвижности электронов можно получить, используя формулу \ (\ mu = {(\ partial I} _ {D} / {\ partial V} _ {GS}) \ cdot l / (w \ cdot { V} _ {DS} \ cdot {C} _ {i}) \) в режиме линейного смещения при положительном напряжении затвора, где \ (l \) = 0,1–1 мм — длина канала, а \ (w \) = 4 мкм является консервативной оценкой ширины канала 12 , поскольку она соответствует ширине всей оболочки волокна. \ ({C} _ {i} \) — это емкость затвора на единицу площади, которую можно рассчитать как \ ({C} _ {i} = {\ varepsilon} _ {r} \ cdot {\ varepsilon} _ {0 } / d \), где \ (d \) толщина оксида подложки, \ ({\ varepsilon} _ {0} \) вакуумная проницаемость и \ ({\ varepsilon} _ {r} \) относительная диэлектрическая проницаемость изолятор ворот.Для четырех исследованных оптоволоконных оболочек подвижность электронов оказалась в диапазоне 0,09–0,27 см 2 / Вс (Таблица S3), что по порядку величины соответствует значению многих органических полупроводников 13 .
Проводимость активируется термически с низкой энергией активации в широком диапазоне температур
Чтобы лучше понять механизм переноса заряда 14,15,16 у кабельных бактерий, мы изучили проводимость при различных температурах в широком диапазоне температур в гелии. атмосферу (см. раздел «Методы»).На рисунке 4A показана проводимость \ (\ sigma \) (см. «Материалы и методы») как функция инвертированной тепловой энергии \ (1 / {k} T \) как для неповрежденной нити накала, так и для оптоволоконной оболочки при охлаждении. дискретным шагом вниз от + 50 ° C до — 195 ° C. Оба типа нитей демонстрируют похожее поведение; проводимость уменьшается с понижением температуры, что исключает возможность металлической проводимости. Энергия активации \ ({E} _ {a} \) определяется путем подбора данных с помощью функции Аррениуса \ (\ sigma = {\ sigma} _ {0} \ mathrm {exp} ({- E} _ {a } / kT) \) 17 (рис.4А). Установленные кривые показывают аналогичные наклоны, что указывает на сопоставимые энергии активации; различия в смещениях указывают на различную проводимость при комнатной температуре, как это наблюдалось ранее. Нагрев образцов от -195 до + 50 ° C привел к аналогичной энергии активации, тем самым продемонстрировав малость распада филамента (рис. S6). Среднее значение энергии активации для всех образцов (таблица S4) дает 42,3 ± 6,5 мэВ для неповрежденных нитей (n = 8) и 48,4 ± 7,4 мэВ для оболочек волокон (n = 10), что очень близко к комнатной температуре \ ({ k} T \) значение 25 мэВ и низкое по сравнению с типичными энергиями активации порядка 500 мэВ для биологических проводников 16 , например S.oneidensis нанопровода 18 . Этот результат демонстрирует, что перенос электронов в кабельных бактериях термически активируется, а волокна остаются проводящими далеко за пределами естественного физиологического диапазона температур живых кабельных бактерий.
Рисунок 4Температурно-зависимые электрические характеристики показывают термически активированный перенос заряда. (A) Проводимость \ (\ sigma \) неповрежденных волокон и оболочек волокон линейно зависит от инвертированной тепловой энергии \ (1 / {kT} \), таким образом, следуя аррениусовскому поведению с энергией активации в диапазоне 40–50 мэВ. (B) Независимые измерения импедансной характеристики как функции температуры подтверждают этот результат. Сходство полукруга для каждой температуры означает, что термическая активация присутствует только в (объемном) параллельном сопротивлении. (C) При подключении к (RC) цепи параллельное сопротивление \ ({{R}} _ {{p}} \) показывает аналогичную термическую активацию, как в (A) , в то время как емкость \ ({C} _ {{p}} \) оставалась постоянной как функция температуры.
Чтобы проверить, является ли низкая энергия активации присущей, импедансный отклик был измерен как функция температуры в новой серии экспериментов.На рис. 4В показан комплексный плоский график для неповрежденной нити накала для температур от -175 до + 50 ° C (n = 3). Снова мы выводим для всех температур такой же полукруг, как показано на рис. 4B, демонстрируя пренебрежимо малое сопротивление системы \ ({R} _ {s} \). На этот раз эквивалентная схема (\ ({C} _ {p} {R} _ {p} \)) была подогнана к данным (таблица S5). Значение \ ({R} _ {p} \) хорошо согласуется с соответствующим значением DC, и аналогичное поведение Аррениуса обнаружено с соответствующей энергией активации \ ({E} _ {a} \) = 40.1 ± 5,3 мэВ, а \ ({C} _ {p} \) оказалось постоянным во всем диапазоне температур (рис. 4C).
Температурно-зависимые измерения полевого транзистора показывают аналогичную термически активированную подвижность
Для дальнейшего раскрытия механизма переноса электронов характеристики полевого транзистора также изучаются как функция температуры в том же диапазоне от — 195 ° C до + 50 ° C. , с меньшим шагом. Образцы волоконной оболочки готовили, как и раньше, и накладывали на встречно-штыревые золотые электроды (10 линий, расстояние между которыми 20 мкм) для усиления токового сигнала при низких температурах.Для серии из 30 различных температур строится передаточная кривая. Как показано на рис. 5A, кривые передачи при низкой температуре больше напоминают поведение классического полевого транзистора n-типа по сравнению с комнатной температурой (рис. 3A), с более сильным изменением \ ({I} _ {D} \) при положительные напряжения затвора и почти не влияют на отрицательные напряжения затвора.
Рис. 5Подвижность электронов проводящих структур в кабельных бактериях активируется термически. (A) Передаточная характеристика при более низкой температуре (при постоянной \ ({V} _ {DS} \) = 0.5 В) указывает на то, что эффект n-типа более заметен при более низких температурах. Рассчитанная на основе кривых переноса при различных температурах, (B) подвижность нанесена на график как функция температуры, чтобы показать, что подвижность электронов термически активируется в соответствии с соотношением Аррениуса для температур ниже -100 ° C.
Подвижность была рассчитана на основе подгонки положительных напряжений затвора, опять же с использованием условия смещения линейного режима. На фиг. 5В рассчитанная подвижность представлена как функция температуры.При температурах выше — 100 ° C (т.е. левая часть графика) полученные значения подвижности показывают большее изменение, что объясняется менее выраженным откликом транзистора при этих температурах (см. Также «Обсуждение»). Поведение Аррениуса проявляется в диапазоне температур от — 195 ° C до — 100 ° C. При подгонке данных к соотношению Аррениуса \ (\ mu = {\ mu} _ {0} \ mathrm {exp} ({E} _ {a} / {k} T) \) энергия активации для подвижности аналогична для проводимости можно определить.При усреднении по n = 3 измерениям (таблица S6) энергия активации подвижности электронов составляет 36 ± 5 мэВ по сравнению со значением энергии активации проводимости 50 ± 2 мэВ, измеренным на тех же образцах.
Стандартные сечения кабелей и проводов
IEC 60228 — международный стандарт Международной электротехнической комиссии по проводам изолированных кабелей. Среди прочего он определяет набор стандартных сечений проводов:
| Размеры проводов, соответствующие международным стандартам (IEC 60228) | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0.5 мм² | 0,75 мм² | 1 мм² | 1,5 мм² | 2,5 мм² | 4 мм² | ||||
| 6 мм² | 10 мм² | 16 мм² | 25 мм² | 35 мм² | 50 мм² | ||||
| 70 мм² | 95 мм² | 120 мм² | 150 мм² | 185 мм² | 240 мм² | ||||
| 300 мм² | 400 мм² | 500 мм² | 630 мм² | 800 мм² | 1000 мм² | ||||
В США размеры проводов обычно измеряются в американских калибрах проводов (AW).Увеличение AWG приводит к уменьшению площади поперечного сечения (наименьший размер AWG равен 50, а наибольший — 0000).
Метрическая система преобразования AWG
| Кол-во прядей / диаметр за прядь | Общий примерный диаметр | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| мм² | AWG | Circ.Милс | дюймов | мм | дюймов | мм |
| 0,5 | 987 | 1 / .032 | 1 / .813 | 0,032 | 0,81 | |
| 20 | 1020 | 7 /.0121 | 7 / .307 | 0,036 | 0,91 | |
| 0,75 | 1480 | 1 / .039 | 1 / .991 | 0,039 | 0,99 | |
| 18 | 1620 | 1 /.0403 | 1 / 1.02 | 0,04 | 1.02 | |
| 18 | 1620 | 7 / .0152 | 7 / .386 | 0,046 | 1,16 | |
| 1 | 1974 | 1 /.045 | 1 / 1,14 | 0,045 | 1,14 | |
| 1 | 1974 | 7 / .017 | 7 / .432 | 0,051 | 1,3 | |
| 16 | 2580 | 1 /.0508 | 1 / 1,29 | 0,051 | 1,29 | |
| 16 | 2580 | 7 / .0192 | 7 / .488 | 0,058 | 1,46 | |
| 1,5 | 2960 | 1 /.055 | 1 / 1,40 | 0,055 | 1,4 | |
| 1,5 | 2960 | 7 / .021 | 7 / .533 | 0,063 | 1,6 | |
| 14 | 4110 | 1 /.0641 | 1 / 1,63 | 0,064 | 1,63 | |
| 14 | 4110 | 7 / .0242 | 7 / .615 | 0,073 | 1,84 | |
| 2,5 | 4934 | 1 /.071 | 1 / 1,80 | 0,071 | 1,8 | |
| 2,5 | 4934 | 7 / .027 | 7 / .686 | 0,081 | 2,06 | |
| 12 | 6530 | 1 /.0808 | 1 / 2,05 | 0,081 | 2,05 | |
| 12 | 6530 | 7 / .0305 | 7 / .775 | 0,092 | 2,32 | |
| 4 | 7894 | 1 /.089 | 1 / 2.26 | 0,089 | 2,26 | |
| 4 | 7894 | 7 / .034 | 7 / .864 | 0,102 | 2,59 | |
| 10 | 10380 | 1 /.1019 | 1 / 2,59 | 0,102 | 2,59 | |
| 10 | 10380 | 7 / .0385 | 7 / .978 | 0,116 | 2,93 | |
| 6 | 11840 | 1 /.109 | 1 / 2,77 | 0,109 | 2,77 | |
| 6 | 11840 | 7 / .042 | 7 / 1.07 | 0,126 | 3,21 | |
| 9 | 13090 | 1 /.1144 | 1 / 2,91 | 0,1144 | 2,91 | |
| 9 | 13090 | 7 / .0432 | 7 / 1,10 | 0,13 | 3,3 | |
| 8 | 16510 | 1 /.1285 | 1 / 3,26 | 0,128 | 3,26 | |
| 8 | 16510 | 7 / .0486 | 7 / 1,23 | 0,146 | 3,7 | |
| 10 | 19740 | 1 /.141 | 1 / 3,58 | 0,141 | 3,58 | |
| 10 | 19740 | 7 / .054 | 7 / 1,37 | 0,162 | 4,12 | |
| 7 | 20820 | 1 /.1443 | 1 / 3,67 | 0,144 | 3,67 | |
| 7 | 20820 | 7 / .0545 | 7 / 1,38 | 0,164 | 4,15 | |
| 6 | 26240 | 1 /.162 | 1 / 4,11 | 0,162 | 4,11 | |
| 6 | 26240 | 7 / .0612 | 7 / 1,55 | 0,184 | 4,66 | |
| 16 | 31580 | 7 /.068 | 7 / 1,73 | 0,204 | 5,18 | |
| 5 | 33090 | 7 / .0688 | 7 / 1,75 | 0,206 | 5,24 | |
| 4 | 41740 | 7 /.0772 | 7 / 1,96 | 0,232 | 5,88 | |
| 25 | 49340 | 7 / .085 | 7 / 2,16 | 0,255 | 6,48 | |
| 25 | 49340 | 19 /.052 | 19 / 1,32 | 0,26 | 6,6 | |
| 3 | 52620 | 7 / .0867 | 7 / 2,20 | 0,26 | 6,61 | |
| 2 | 66360 | 7 /.0974 | 7 / 2,47 | 0,292 | 7,42 | |
| 35 | 69070 | 7 / .100 | 7 / 2,54 | 0,3 | 7,62 | |
| 35 | 69070 | 19 /.061 | 19 / 1,55 | 0,305 | 7,75 | |
| 1 | 83690 | 19 / .0664 | 19 / 1,69 | 0,332 | 9,43 | |
| 50 | 98680 | 19 /.073 | 19 / 1,85 | 0,365 | 9,27 | |
| 1/0 | 105600 | 19 / .0745 | 19 / 1,89 | 0,373 | 9,46 | |
| 2/0 | 133100 | 19 /.0837 | 19 / 2,13 | 0,419 | 10,6 | |
| 70 | 138100 | 19 / .086 | 19 / 2,18 | 0,43 | 10,9 | |
| 3/0 | 167800 | 19 /.094 | 19 / 2,39 | 0,47 | 11,9 | |
| 3/0 | 167800 | 37 / .0673 | 37 / 1,71 | 0,471 | 12 | |
| 95 | 187500 | 19 /.101 | 19 / 2,57 | 0,505 | 12,8 | |
| 95 | 187500 | 37 / .072 | 37 / 1,83 | 0,504 | 12,8 | |
| 4/0 | 211600 | 19 /.1055 | 19 / 2,68 | 0,528 | 13,4 | |
| 120 | 237,8 мкм | 37 / .081 | 37 / 2,06 | 0,567 | 14,4 | |
| 250 мкм | 37 /.0822 | 37 / 2,09 | 0,575 | 14,6 | ||
| 150 | 300 мкм | 37 / .090 | 37 / 2,29 | 0,63 | 16 | |
| 350 мкм | 37 /.0973 | 37 / 2,47 | 0,681 | 17,3 | ||
| 185 | 365,1 мкм | 37 / .100 | 37 / 2,54 | 0,7 | 17,8 | |
| 400 мкм | 37 /.104 | 37 / 2,64 | 0,728 | 18,5 | ||
| 240 | 473,6 мкм | 37 / .114 | 37 / 2,90 | 0,798 | 20,3 | |
| 240 | 473,6 мкм | 61 /.089 | 61 / 2,26 | 0,801 | 20,3 | |
| 500 мкм | 37 / .1162 | 37 / 2,95 | 0,813 | 20,7 | ||
| 500 мкм | 61 /.0905 | 61 / 2.30 | 0,814 | 20,7 | ||
| 300 | 592,1 мкм | 61 / .099 | 61 / 2,51 | 0,891 | 22,6 | |
| 600 мкм | 61 /.0992 | 61 / 2,52 | 0,893 | 22,7 | ||
| 700 мкм | 61 /. 1071 | 61 / 2,72 | 0,964 | 24,5 | ||
| 750 мкм | 61 /.1109 | 61 / 2,82 | 0,998 | 25,4 | ||
| 750 мкм | 91 / .0908 | 91 / 2.31 | 0,999 | 25,4 | ||
| 400 | 789,4 мкм | 61 /.114 | 61 / 2,90 | 1.026 | 26,1 | |
| 800 мкм | 61 / .1145 | 61 / 2,91 | 1.031 | 26,2 | ||
| 800 мкм | 61 /.0938 | 91 / 2,38 | 1.032 | 26,2 | ||
| 500 | 1000 мкм | 61 / .1280 | 61 / 3,25 | 1,152 | 29,3 | |
| 1000 мкм | 91 /.1048 | 91 / 2,66 | 1,153 | 29,3 | ||
| 625 | 1233,7 мкм | 91 / .117 | 91 / 2,97 | 1,287 | 32,7 | |
| 1250 мкм | 91 /.1172 | 91 / 2,98 | 1,289 | 32,7 | ||
| 1250 мкм | 127 / .0992 | 127 / 2,52 | 1,29 | 32,8 | ||
| 1500 мкм | 91 /.1284 | 91 / 3,26 | 1,412 | 35,9 | ||
| 1500 мкм | 127 / .1087 | 127 / 2,76 | 1,413 | 35,9 | ||
| 800 | 1578,8 мкм | 91 /.132 | 91 / 3,35 | 1.452 | 36,9 | |
| 1000 | 1973,5 мкм | 91 / .147 | 91 / 3,73 | 1,617 | 41,1 | |
| 2000 мкм | 127 /.1255 | 127 / 3,19 | 1,632 | 41,5 | ||
| 2000 мкм | 169 / .1088 | 169 / 2,76 | 1,632 | 41,5 | ||
Определения
- Circ.