Сечение проводника формула: 3 способа — Интернет-магазин 7745.ru

Расчёт сечения кабеля по мощности и току: формулы и примеры

Вы планируете заняться или дополнительно протянуть силовую линию на кухню для подключения новой электроплиты? Здесь пригодятся минимальные знания о сечении проводника и влиянии этого параметра на мощность и силу тока.

Согласитесь, что неправильный расчёт сечения кабеля приводит к перегреву и короткому замыканию или к неоправданным расходам.

Очень важно провести вычисления на стадии проектирования, так как выход из строя скрытой проводки и последующая замена сопряжена со значительными издержками. Мы поможем вам разобраться с тонкостями проведения расчетов, чтобы избежать проблем при дальнейшей эксплуатации электросетей.

Чтобы не нагружать вас сложными расчетами, мы подобрали понятные формулы и варианты вычислений, привели информацию в доступном виде, снабдив формулы пояснениями. Также в статью добавили тематические фото и видеоматериалы, позволяющие наглядно понять суть рассматриваемого вопроса.

Содержание статьи:

• Расчет сечения по мощности потребителей
  • Этап #1 — расчет реактивной и активной мощности
  • Этап #2 — поиск коэффициентов одновременности и запаса
  • Этап #3 — выполнение расчета геометрическим методом
  • Этап #4 —рассчитываем сечение по мощности на практике
• Расчет сечения по току
  • Этап #1 — расчет силы тока по формулам
  • Этап #2 — выбор подходящего сечения по таблицам
  • Этап #3 — расчет сечения проводника по току на примере
• Расчет падения напряжения
• Пример расчета переноски
• Выводы и полезное видео по теме

Расчет сечения по мощности потребителей

Основное назначение проводников – доставка электрической энергии к потребителям в необходимом количестве. Поскольку в обычных условиях эксплуатации сверхпроводники не доступны, приходится принимать в расчет сопротивление материала проводника.

Расчет необходимого сечения в зависимости от общей мощности потребителей основан на продолжительном опыте эксплуатации.

Галерея изображений

Фото из

Различные виды кабеля для устройства проводки

Разная толщина у проводников для бытовой эксплуатации

Число жил в различных марках кабеля

Варианты многожильного кабеля

Общий ход вычислений начнем с того, что сначала проводим расчеты, используя формулу:

P = (P1+P2+..PN)*K*J,

Где:

• P – мощность всех потребителей, подключенных к рассчитываемой ветке в Ваттах.
• P1, P2, PN – мощность первого потребителя, второго, n-го соответственно, в Ваттах.

Получив результат по окончанию вычислений по вышеприведенной формуле, настал черед обратиться к табличным данным.

Теперь предстоит выбор необходимого сечения по таблице 1.

Таблица 1. Сечение жил проводов всегда необходимо выбирать в ближайшую большую сторону (+)

Этап #1 — расчет реактивной и активной мощности

Мощности потребителей указаны в документах на оборудование. Обычно в паспортах оборудования указана активная мощность вместе с  реактивной мощностью.

Устройства с активным видом нагрузки превращают всю полученную электрическую энергию, с учетом КПД,  в полезную работу: механическую, тепловую или в другой ее вид.

К устройствам с активной нагрузкой относятся лампы накаливания, обогреватели, электроплиты.

Для таких устройств расчет мощности по току и напряжению имеет вид:

P = U * I,

Где:

• P – мощность в Вт;
• U – напряжение в В;
• I – сила тока в А.

Устройства с реактивным видом нагрузки способны накапливать энергию поступающую от источника, а затем возвращать. Происходит такой обмен за счет смещения синусоиды силы тока и синусоиды напряжения.

При нулевом смещении фаз мощность P=U*I всегда имеет положительное значение. Такой график фаз силы тока и напряжения имеют устройства с активным видом нагрузки (I, i — сила тока, U, u — напряжение, π — число пи, равное 3,14)

К устройствам с реактивной мощностью относятся электродвигатели, электронные приборы всех масштабов и назначений, трансформаторы.

Когда есть смещение фаз между синусоидой силы тока и синусоидой напряжения, мощность P=U*I может быть отрицательной (I, i — сила тока, U, u — напряжение, π — число пи, равное 3,14). Устройство с реактивной мощностью возвращает накопленную энергию обратно источнику

Электрические сети построены таким образом, что могут производить передачу электрической энергии в одну сторону от источника к нагрузке.

Поэтому возвращенная энергия потребителя с реактивной нагрузкой является паразитной и тратится на нагрев проводников и других компонентов.

Реактивная мощность имеет зависимость от угла смещения фаз между синусоидами напряжения и тока. Угол смещения фаз выражают через cosφ.

Для нахождения полной мощности применяют формулу:

P = Q / cosφ,

Где Q – реактивная мощность в ВАрах.

Обычно в паспортных данных на устройство указана реактивная мощность и cosφ.

Пример: в паспорте на перфоратор указана реактивная мощность 1200 ВАр и cosφ = 0,7. Следовательно, общая потребляемая мощность будет равна:

P = 1200/0,7 = 1714 Вт

Если cosφ найти не удалось, для подавляющего большинства электроприборов бытового назначения cosφ можно принять равным 0,7.

Этап #2 — поиск коэффициентов одновременности и запаса

K – безразмерный коэффициент одновременности, показывает сколько потребителей одновременно может быть включено в сеть. Редко случается, чтобы все устройства одновременно потребляли электроэнергию.

Маловероятна одновременная работа телевизора и музыкального центра. Из устоявшейся практики K можно принять равным 0,8. Если Вы планируете использовать все потребители одновременно, K следует принять равным 1.

J – безразмерный коэффициент запаса. Характеризует создание запаса по мощности для будущих потребителей.

Прогресс не стоит на месте, с каждым годом изобретаются все новые удивительные и полезные электрические приборы. Ожидается, что к 2050 году рост потребления электроэнергии составит 84%. Обычно J принимается равным от 1,5 до 2,0.

Этап #3 — выполнение расчета геометрическим методом

Во всех электротехнических расчетах принимается площадь поперечного сечения проводника – сечение жилы. Измеряется в мм².

Часто бывает необходимо узнать, как грамотно рассчитать проволоки проводника.

В этом случае есть простая геометрическая формула для монолитного провода круглого сечения:

S = π*R² = π*D²/4, или наоборот

D = √(4*S / π)

Для проводников прямоугольного сечения:

S = h * m,

Где:

• S – площадь жилы в мм²;
• R – радиус жилы в мм;
• D – диаметр жилы в мм;
• h, m – ширина и высота соответственно в мм;
• π — число пи, равное 3,14.

Если Вы приобретаете многожильный провод, у которого один проводник состоит из множества свитых проволочек круглого сечения, то расчет ведут по формуле:

S = N*D²/1,27,

Где N – число проволочек в жиле.

Провода, имеющие свитые из нескольких проволочек жилы , в общем случае имеют лучшую проводимость, чем монолитные. Это обусловлено особенностями протекания тока по проводнику круглого сечения.

Электрический ток представляет собой движение одноименных зарядов по проводнику. Одноименные заряды отталкиваются, поэтому плотность распределения зарядов смещена к поверхности проводника.

Другим достоинством многожильных проводов является их гибкость и механическая стойкость. Монолитные провода дешевле и применяют их в основном для стационарного монтажа.

Этап #4 —рассчитываем сечение по мощности на практике

Задача: общая мощность потребителей на кухне составляет 5000 Вт (имеется ввиду, что мощность всех реактивных потребителей пересчитана). Все потребители подключаются к однофазной сети 220 В и имеют запитку от одной ветки.

Таблица 2. Если вы планируете в будущем подключение дополнительных потребителей, в таблице представлены необходимые мощности распространенных бытовых приборов (+)

Решение:

Коэффициент одновременности K примем равным 0,8. Кухня место постоянных инноваций, мало ли что, коэффициент запаса J=2,0. Общая расчетная мощность составит:

P = 5000*0,8*2 = 8000 Вт = 8 кВт

Используя значение расчетной мощности, ищем ближайшее значение в таблице 1.

Ближайшим подходящим значением сечения жилы для однофазной сети является медный проводник с сечением 4 мм². Аналогичный размер провода с алюминиевой жилой 6 мм².

Для одножильной проводки минимальный диаметр составит 2,3 мм и 2,8 мм соответственно. В случае применения многожильного варианта сечение отдельных жил суммируется.

Галерея изображений

Фото из

На кухнях обычно сосредоточено наибольшее количество мощных потребителей электроэнергии и менее “прожорливой” бытовой техники

В ванных комнатах и совмещенных санузлах может также находиться внушительное количество электрооборудования

В зависимости от мощности технической единицы ее питание осуществляется от общей или отдельной силовой линии. Расчеты производятся для группы розеток, для потребителей отдельных линий подбирают согласно мощности

К розеточному блоку, запитанному одной силовой линией, можно подключать только маломощные приборы: миксеры, фены, кофемолки и т.д.

Подключение к отдельной силовой линии требуют микроволновые печи, варочные поверхности и электродуховки

Нормальную работу стандартной стиральной машины должна обеспечивать отдельная силовая линия

Обязательной прокладки отдельной силовой ветки требуют холодильники и электроплиты

В гигиенических помещениях отдельные линии прокладывают для джакузи, электронных крышек биде, душевых кабинок

Помещение с максимальным числом бытовой техники

Техническое оснащение ванных комнат и совмещенных санузлов

Подключение мощных энергопотребителей

Блок-розетка для маломощного оборудования

Варочная поверхность требует правильного подключения

Силовая электролиния для стиральной машины

Отдельные силовые ветки для холодильников

Мощные потребители энергии в санузлах и ванных

Расчет сечения по току

Расчеты необходимого сечения по току и мощности кабелей и проводов представят более точные результаты. Такие вычисления позволяют оценить общее влияние различных факторов на проводники, в числе которых тепловая нагрузка, марка проводов, тип прокладки, условия эксплуатации т.д.

Весь расчет проводится в ходе следующих этапов:

• выбор мощности всех потребителей;
• расчет токов, проходящих по проводнику;
• выбор подходящего поперечного сечения по таблицам.

Для этого варианта расчёта мощность потребителей по току с напряжением берется без учета поправочных коэффициентов. Они будут учтены при суммировании силы тока.

Этап #1 — расчет силы тока по формулам

Тем, кто подзабыл школьный курс физики, предлагаем основные формулы в форме графической схемы в качестве наглядной шпаргалки:

«Классическое колесо» наглядно демонстрирует взаимосвязь формул и взаимозависимость характеристик электрического тока (I — сила тока, P — мощность, U — напряжение, R — радиус жилы)

Выпишем зависимость силы тока I от мощности P и линейного напряжения U:

I = P/U_л,

Где:

• I — cила тока, принимается в амперах;
• P — мощность в ваттах;
• U_л — линейное напряжение в вольтах.

Линейное напряжение в общем случае зависит от источника электроснабжения, бывает одно- и трехфазным.

Взаимосвязь линейного и фазного напряжения:

1. U_л = U*cosφ в случае однофазного напряжения.
2. U_л = U*√3*cosφ в случае трехфазного напряжения.

Для бытовых электрических потребителей принимают cosφ=1, поэтому линейное напряжение можно переписать:

1. U_л = 220 В для однофазного напряжения.
2. U_л = 380 В для трехфазного напряжения.

Далее суммируем все потребляемые токи по формуле:

I = (I1+I2+…IN)*K*J,

Где:

• I – суммарная сила тока в амперах;
• I1..IN – сила тока каждого потребителя в амперах;
• K – коэффициент одновременности;
• J – коэффициент запаса.

Коэффициенты K и J имеют те же значения, что были применены при расчете полной мощности.

Может быть случай, когда в трехфазной сети через разные фазные проводники течет ток неравнозначной силы.

Такое происходит, когда к трехфазному кабелю подключены одновременно однофазные потребители и трехфазные. Например, запитан трехфазный станок и однофазное освещение.

Возникает естественный вопрос: как в таких случаях рассчитывают сечение многожильного провода? Ответ прост — вычисления производят по наиболее нагруженной жиле.

Этап #2 — выбор подходящего сечения по таблицам

В правилах эксплуатации электроустановок (ПЭУ) приведен ряд таблиц для выбора требуемого сечения жилы кабеля.

Проводимость проводника зависит от температуры. Для металлических проводников с повышением температуры повышается сопротивление.

При превышении определенного порога процесс становится автоподдерживающимся: чем выше сопротивление, тем выше температура, тем выше сопротивление и т.д. пока проводник не перегорает или вызывает короткое замыкание.

Следующие две таблицы (3 и 4) показывают сечение проводников в зависимости от токов и способа укладки.

Таблица 3. Первое, необходимо выбрать способ укладки проводов, от этого зависит, на сколько эффективно происходит охлаждение (+)

Кабель отличается от провода тем, что у кабеля все жилы, оснащенные собственной изоляцией, скручены в пучок и заключены в общую изоляционную оболочку. Более подробно о различиях и видах кабельных изделий написано в этой .

Таблица 4. Открытый способ указан для всех значений сечения проводников, однако на практике сечения ниже 3 мм2 открыто не прокладывают по соображениям механической прочности (+)

При использовании таблиц к допустимому длительному току применяются коэффициенты:

• 0,68 если 5-6 жил;
• 0,63 если 7-9 жил;
• 0,6 если 10-12 жил.

Понижающие коэффициенты применяются к значениям токов из столбца «открыто».

Нулевая и заземляющая жилы в количество жил не входят.

По нормативам ПЭУ выбор сечения нулевой жилы по допустимому длительному току, производится как не менее 50% от фазной жилы.

Следующие две таблицы (5 и 6) показывают зависимость допустимого длительного тока при прокладке его в земле.

Таблица 5. Зависимости допустимого длительного тока для медных кабелей при прокладке в воздухе или земле

Токовая нагрузка при прокладке открыто и при углублении в землю различаются. Их принимают равными, если прокладка в земле проводится с применением лотков.

Таблица 6. Зависимости допустимого длительного тока для алюминиевых кабелей при прокладке в воздухе или земле

Для устройства временных линий снабжения электроэнергией (переноски, если для частного пользования) применяется следующая таблица (7).

Таблица 7. Допустимый длительный ток при использовании переносных шланговых шнуров, переносных шланговых и шахтных кабелей, прожекторных кабелей, гибких переносных проводов. Применяется только медных проводников

Когда прокладка кабелей производится в грунте помимо теплоотводных свойств необходимо учитывать удельное сопротивление, что отражено в следующей таблице (8):

Таблица 8. Поправочный коэффициент в зависимости от типа и удельного сопротивления грунта на допустимый длительный ток, при расчете сечения кабелей (+)

Расчет и выбор медных жил до 6 мм² или алюминиевых до 10 мм² ведется как для длительного тока.

В случае больших сечений возможно применить понижающий коэффициент:

0,875 * √Т_пв

где T_пв — отношение продолжительности включения к продолжительности цикла.

Продолжительность включения берется из расчета не более 4 минут. При этом цикл не должен превышать 10 минут.

При выборе кабеля для разводки электричества в особое внимание уделяют его огнестойкости.

Этап #3 — расчет сечения проводника по току на примере

Задача: медного кабеля для подключения:

• трехфазного деревообрабатывающего станка мощностью 4000 Вт;
• трехфазного сварочного аппарата мощностью 6000 Вт;
• бытовой техники в доме общей мощностью 25000 Вт;

Подключение будет произведено пятижильным кабелем (три жилы фазные, одна нулевая и одна заземление), проложенным в земле.

Изоляция кабельно-проводниковой продукции рассчитывается на конкретное значение рабочего напряжения. Следует учитывать, что указанное производителем рабочее напряжение его изделия должно быть выше напряжения в сети

Решение.

Шаг # 1. Рассчитываем линейное напряжение трехфазного подключения:

U_л = 220 * √3 = 380 В

Шаг # 2. Бытовая техника, станок и сварочный аппарат имеют реактивную мощность, поэтому мощность техники и оборудования составит:

P_тех = 25000 / 0,7 = 35700 Вт

P_обор = 10000 / 0,7 = 14300 Вт

Шаг # 3. Ток, необходимый для подключения бытовой техники:

I_тех = 35700 / 220 = 162 А

Шаг # 4. Ток, необходимый для подключения оборудования:

I_обор = 14300 / 380 = 38 А

Шаг # 5. Необходимый ток для подключения бытовой техники посчитан из расчета одной фазы. По условию задачи имеется три фазы. Следовательно, ток можно распределить по фазам. Для простоты предположим равномерное распределение:

I_тех = 162 / 3 = 54 А

Шаг # 6. Ток приходящийся на каждую фазу:

I_ф = 38 + 54 = 92 А

Шаг # 7. Оборудование и бытовая техника работать одновременно не будут, кроме этого заложим запас равный 1,5. После применения поправочных коэффициентов:

I_ф = 92 * 1,5 * 0,8 = 110 А

Шаг # 8. Хотя в составе кабеля имеется 5 жил, в расчет берется только три фазные жилы. По таблице 8 в столбце трехжильный кабель в земле находим, что току в 115 А соответствует сечение жилы 16 мм².

Шаг # 9. По таблице 8 применяем поправочный коэффициент в зависимости от характеристики земли. Для нормального типа земли коэффициент равен 1.

Шаг # 10. Не обязательный, рассчитываем диаметр жилы:

D = √(4*16 / 3,14) = 4,5 мм

Если бы расчет производился только по мощности, без учета особенностей прокладки кабеля, то сечение жилы составит 25 мм². Расчет по силе тока сложнее, но иногда позволяет экономить значительные денежные средства, особенно когда речь идет о многожильных силовых кабелях.

О взаимосвязях значений напряжения и силы тока подробнее можно прочесть .

Расчет падения напряжения

Любой проводник, кроме сверхпроводников, имеет сопротивление. Поэтому при достаточной длине кабеля или провода происходит падение напряжения.

Нормы ПЭУ требуют, чтобы сечение жилы кабеля было таким при котором падение напряжения составляло не более 5%.

Таблица 9. Удельное сопротивление распространенных металлических проводников (+)

В первую очередь это касается низковольтных кабелей малого сечения.

Расчет падения напряжения выглядит следующим образом:

R = 2*(ρ * L) / S,

U_пад = I * R,

U_% = (U_пад / U_лин) * 100,

Где:

• 2 – коэффициент, обусловленный тем, что ток течет обязательно по двум жилам;
• R – сопротивление проводника, Ом;
• ρ — удельное сопротивление проводника, Ом*мм²/м;
• S – сечение проводника, мм²;
• U_пад – напряжение падения, В;
• U_% — падение напряжения по отношению к U_лин,%.

Используя формулы, можно самостоятельно выполнить вне необходимые вычисления.

Пример расчета переноски

Задача: рассчитать падение напряжения для медного провода с поперечным сечением одной жилы 1,5 мм². Провод необходим для подключения однофазного электросварочного аппарата полной мощностью 7 кВт. Длина провода 20 м.

Желающим подключить бытовой сварочный аппарат к ветке электросети следует учесть ситу тока, на которую рассчитан применяемый кабель. Вполне возможно, что общая мощность работающих приборов может быть выше. Оптимальный вариант — подключение потребителей к отдельным веткам

Решение:

Шаг # 1. Рассчитываем сопротивление медного провода, используя таблицу 9:

R = 2*(0,0175 * 20) / 1,5 = 0,47 Ом

Шаг # 2. Сила тока, протекающая по проводнику:

I = 7000 / 220 = 31.8 А

Шаг # 3. Падение напряжения на проводе:

U_пад = 31,8 * 0,47 = 14,95 В

Шаг # 4. Вычисляем процент падения напряжения:

U_% = (14,95 / 220) * 100 = 6,8%

Вывод: для подключения сварочного аппарата необходим проводник с большим сечением.

Выводы и полезное видео по теме

Расчет сечения проводника по формулам:

Рекомендации специалистов по подбору кабельно-проводниковой продукции:

Приведенные расчёты справедливы для медных и алюминиевых проводников промышленного назначения. Для других типов проводников предварительно рассчитывается полная теплоотдача.

На основе этих данных производится расчет максимального тока способного протекать по проводнику, не вызывая чрезмерного нагрева.

Если остались какие-либо вопросы по методике расчета сечения кабеля или есть желание поделиться личным опытом, пожалуйста, оставляйте комментарии к этой статье. Блок для отзывов расположен ниже.

Сечение провода (кабеля) по диаметру: формула, таблица

Содержание:

Общая информация о кабеле и проводе

При работе с проводниками необходимо понимать их обозначение. Существуют провода и кабеля, которые отличаются друг от друга внутренним устройством и техническими характеристиками. Однако многие люди часто путают эти понятия.

Проводом является проводник, имеющий в своей конструкции одну проволоку или группу проволок, сплетенных между собой, и тонкий общий изоляционный слой.

Кабелем же называется жила или группа жил, имеющих как собственную изоляцию, так и общий изоляционный слой (оболочку).

Каждому из типов проводников будут соответствовать свои методы определения сечений, которые почти схожи.

Материалы проводников

Количество энергии, какую передает проводник, зависит от ряда факторов, главный из которых – это материал токопроводящих жил.

Материалом жилок проводов и кабелей могут выступать следующие цветные металлы:
1. Алюминий. Дешевые и легкие проводники, что является их преимуществом. Им присуще такие отрицательные качества, как низкая электропроводность, склонность к механическим повреждением, высокое переходное электросопротивление окисленных поверхностей;
2. Медь. Наиболее популярные проводники, имеющие, по сравнению с другими вариантами, высокую стоимость. Однако им присуще малое электрическое и переходное на контактах сопротивление, достаточно высокая эластичность и прочность, легкость в спайке и сварке;
3. Алюмомедь. Кабельные изделия с жилами из алюминия, которые покрыты медью. Им свойственна чуть меньшая электропроводность, чем у медных аналогов. Также им присуще легкость, среднее сопротивление при относительной дешевизне.

Как и чем измерить диаметр провода (проволоки)

Для измерения диаметра провода подойдет штангенциркуль или микрометр любого типа (механический или электронный). С электронными работать проще, но они есть не у всех. Измерять надо саму жилу без изоляции, потому предварительно ее отодвиньте или снимите небольшой кусок. Это можно делать, если продавец разрешит. Если нет — купите небольшой кусок для тестирования и проводите измерения на нем. На очищенном от изоляции проводнике замеряете диаметр, после чего можно определить реальное сечение провода по найденным размерам.

Измерения диаметра провода микрометром более точные, чем механическим штангенциркулем

Какой измерительный прибор в данном случае лучше? Если говорить о механических моделях, то микрометр. У него точность измерений выше. Если говорить об электронных вариантов, то для наших целей они оба дают вполне достоверные результаты.

Если нет ни штангенциркуля, ни микрометра, захватите с собой отвертку и линейку. Придется зачищать довольно приличный кусок проводника, так что без покупки тестового образца на этот раз вряд ли обойдетесь. Итак, снимаете изоляцию с куска провода 5-10 см. Наматываете проволоку на цилиндрическую часть отвертки. Витки укладываете вплотную один к другому, без зазора. Все витки должны быть полными, то есть «хвосты» провода должны торчать в одном направлении — вверх или вниз, например.

Определение диаметра провода при помощи линейки

Количество витков не важно — около 10. Можно больше или меньше, просто на 10 делить проще. Витки считаете,  затем прикладываете полученную намотку к линейке, совместив начало первого витка с нулевой отметкой (как на фото). Измеряете длину участка, занятого проводом, потом его делите на количество витков. Получаете диаметр провода. Вот так все просто.

Например, посчитаем каков размер проволоки, изображенной на фото выше. Количество витков в данном случае — 11, занимают они 7,5 мм. Делим 7,5 на 11, получаем 0,68 мм. Это и будет диаметр данного провода. Далее можно искать сечение этого проводника.

Что такое сечение кабеля

Сечение кабеля — это площадь среза проводниковой жилы кабеля без учета обмотки и изоляционного слоя. Обычно все кабеля и провода имеют круглый срез и одну жилу. В этом случае площадь сечения можно узнать по формуле площади круга. Если же токоведущих жил несколько, то сечением будет сумма сечений всех проволок и жил.

Ровный разрез провода, который представляет собой сечение

К сведению! Величина площади сечения во всех странах подлежит стандартизации. Государства бывшего СССР и Европы обладают одними и теми же стандартами. В России в качестве регламентационного документа выступает ПУЭ (Правила устройства электроустановок).

Площадь круга — это и есть сечение

Сечение кабеля выбирают исходя из предполагаемой нагрузки сети. Делается это с помощью специальных таблиц — «Допустимые токовые нагрузки на кабель». Если нет ни малейшего желания разбираться с этими цифрами, то просто стоит уяснить, что для обычных домашних розеток подходят кабеля из меди с сечением 1,5-2,5 мм², а для осветительных приборов — 1,0-1,5 мм².

Таблица соотношения диаметра и сечения

Ввод однофазной сети для обычной квартиры на две или три комнаты осуществляется магистральным кабелем с сечением 6 мм².

Ищем сечение провода по диаметру: формула

Провода в кабеле имеют в поперечном сечении форму круга. Потому при расчетах пользуемся формулой площади круга. Ее можно найти используя радиус (половину измеренного диаметра) или диаметр (смотрите формулу).

Определяем сечение провода по диаметру: формула

Например, посчитаем площадь поперечного сечения проводника (проволоки) по размеру, рассчитанному ранее: 0,68 мм. Давайте сначала используем формулу с радиусом. Сначала находим радиус: делим диаметр на два. 0,68 мм / 2 = 0,34 мм. Далее эту цифру подставляем в формулу

S = π * R2 = 3,14 * 0,342 = 0,36 мм2

Считать надо так: сначала возводим в квадрат 0,34, потом умножаем полученное значение на 3,14. Получили сечение данного провода 0,36 квадратных миллиметров. Это очень тонкий провод, который в силовых сетях не используется.

Давайте посчитаем сечение кабеля по диаметру, используя вторую часть формулы. Должно получиться точно такое же значение. Разница может быть в тысячные доли из-за разного округления.

S = π/4 * D2 = 3.14/4 * 0,682 = 0,785 * 0,4624 = 0,36 мм2

В данном случае делим число 3,14 на четыре, потом возводим диаметр в квадрат,  две полученные цифры перемножаем. Получаем аналогичное значение, как и должно быть. Теперь вы знаете, как узнать сечение кабеля по диаметру. Какая из этих формул вам удобнее, ту и используйте. Разницы нет.

Необходимость и порядок проведения расчета

Электрическим током питается самое разное оборудование, обладающее различной мощностью. И диапазон мощностей весьма обширный.

Каждый отдельно взятый электрический аппарат представляет собой нагрузку, в зависимости от величины которой требуется подвод тока определенной силы.

По «умолчанию» или банальному незнанию основ электрики проводники несложно подключить, игнорируя все существующие требования к диаметрам и сечениям. Другой вопрос – что может получиться из такой практики в процессе эксплуатации

Необходимое количество тока под требуемую нагрузку можно пропустить через провода разного диаметра (сечения).

Но в условиях недостаточного сечения проводника для прохождения заданного объёма тока возникает эффект увеличенного сопротивления. Как следствие – отмечается нагрев провода (кабеля).

Если игнорировать подобное явление и продолжать пропускать ток, создаётся реальная опасность нагрева вплоть до момента возгорания. Такая ситуация грозит серьёзной аварийной ситуацией. Вот почему расчетам и подбору цепей передачи тока к нагрузке требуется уделять повышенное внимание.

Последствия неточных расчетов электрических проводников по сечению (диаметру) могут сопровождаться явлениями от незначительной деформации изолирующего материала до реального возгорания и крупного пожара

Правильный расчёт, грамотный подбор кабелей и проводов положительно сказывается и на работе оборудования, выступающего в качестве нагрузки.

Так что, помимо фактора безопасности, расчёт сечений электрического кабеля по диаметру или наоборот, является обязательным действием с точки зрения обеспечения эффективной эксплуатации электрических машин.

Определение диаметра жилы проводника

Собственно, выполнить эту операцию можно простым линейным замером. Для точного замера рекомендуется использовать точечный инструмент, например, штангенциркуль, а ещё лучше — микрометр.

Относительно низкий по точности результат, но вполне приемлемый для многих вариантов применения проводов даёт замер диаметра обычной линейкой.

Замер и определение диаметра жилы точечным инструментом, в качестве которого выступает штангенциркуль. Этот способ линейного измерения даёт результат, достаточно точный для последующего расчета сечения проводника

Конечно же, измерение следует проводить в состоянии оголенного проводника, то есть предварительно снимается изоляционное покрытие.

Кстати, изоляционным покрытием, к примеру, медного провода, считается также тонкий слой напыления лака, которое также необходимо снимать, когда требуется очень точный расчет.

Существует «бытовой» способ измерения диаметра, пригодный в тех случаях, когда под руками отсутствуют точечные измерительные инструменты. Для применения способа потребуется отвертка электрика и школьная линейка.

Проводник под измерение предварительно зачищается от изоляции, после чего наматывается плотно виток к витку на штанге отвертки. Обычно мотают десяток витков – удобное число для математических расчетов.

Линейное измерение диаметра – ещё один широко распространенный способ определения параметра проводника для расчета мощности (пропускной способности). Применяется с использованием обычной линейки и любого основания, куда допустимо намотать проводник (+)

Далее намотанную на штанге отвертки катушку измеряют линейкой от первого до последнего витка. Полученное значение на линейке необходимо разделить на число витков (в данном случае на 6). Результатом такого нехитрого расчета будет диаметр жилы провода.

Вычисление сечения электрического провода

Для определения значения сечения жилы проводника придется уже пользоваться математической формулировкой.

По сути, сечением жилы проводника является площадь поперечного среза – то есть, площадь круга. Диаметр которого определяется методикой, описанной выше.

Сечение жилы – фактически площадь круга. Соответственно вычисление этого сегмента геометрической математики допустимо выполнить посредством традиционной формулы при условии известного значения диаметра или радиуса

Опираясь на значение диаметра, несложно получить значение радиуса, разделив диаметр пополам.

Собственно, потребуется к полученным данным добавить константу «π» (3,14), после чего можно вычислить значение сечения по одной из формул:

S = π*R2 или S = π/4*D2,

где:

• D — диаметр;
• R — радиус;
• S — поперечное сечение;
• π — константа, соответствующая 3,14.

Указанные классические формулы используются и для определения сечения многожильных проводников. Стратегия расчёта остается практически неизменной, за исключением некоторых деталей.

В частности, изначально вычисляется сечение одной жилы из пучка, после чего полученный результат умножается на общее количество жил.

Рассчитать сечение многожильного проводника допустимо при помощи того же математического способа, что применяется к одинарному проводу, но дополнительно учитывается число существующих жил в качестве множителя

Почему следует считать важным фактором определение сечения? Очевидный момент, связанный напрямую законом Джоуля-Ленца, – потому что параметром сечения проводника определяется граница допустимого тока, текущего через этот проводник.

Определение диаметра по сечению

Математическим расчетом допустимо определить диаметр жилы проводника, когда известен параметр сечения.

Это, конечно, не самый практичный вариант, учитывая наличие более простых способов определения диаметра, но использование такого варианта не исключается.

Измерение диаметра с высокой точностью при помощи слесарного инструмента – микрометра, даёт практически аналогичный результат, когда расчеты проводят с помощью формулы

Для выполнения расчета потребуются фактически те же самые числовые сведения, что использовались при расчетах сечения с помощью математической формулы.

То есть, константа «π» и значение площади круга (сечения).

Применяя эти значения формулы ниже, получают значение диаметра:

D = √4S/π,

где:

• D — диаметр;
• S — поперечное сечение;
• π — константа, соответствующая 3,14.

Применение этой формулы может быть актуальным, когда известен параметр сечения и под руками нет никаких подходящих инструментов для измерения диаметра.

Параметр сечения допустимо получить, к примеру, из документации на проводник или из таблицы для расчетов, где представлены наиболее часто используемые классические варианты.

Способы определения сечения провода пошагово

Существует несколько способов для измерения сечения по диаметру жилы. Если провод одножильный, то замеры будут производиться сразу на нем, а вот из бухты кабеля необходимо выпутать один проводник. После этого его очищают от изоляции, чтобы остался только металл.

Рис. 1. Удаление изоляции с провода

Чтобы вычислить площадь круга через величину радиуса, применяется расчет по формуле: S = π × R2­, где:

• π – константа равная 3,14;
• R – радиус окружности.

Но, в связи с тем, что с практической точки зрения гораздо проще вычислить диаметр, равный двум радиусам,  формула расчета примет такой вид: S = π × (D/2)2.

Рис. 2. Диаметр провода

В зависимости от способов замеров диаметра выделяют несколько методов вычисления сечения провода и жил кабеля. Рассмотрим их.

По диаметру с помощью штангенциркуля или микрометра

Наиболее актуальным вариантом, чтобы измерить диаметр являются такие приборы, как штангенциркуль и микрометр. Данные устройства позволяют измерить диаметр максимально точно. Для этого вам понадобится провод и микрометр

Рис. 3: Провод и микрометр

Рассмотрите пример определения сечения для одножильного провода (рисунок 4).

Рис. 4. Измерение микрометром

Для этого фиксатор Б переводится в открытое положение. Ручка микрометра откручивается на такое расстояние, чтобы провод легко поместился в пространстве между щупами А. Затем при помощи ручки Г прибор закручивается до срабатывания трещотки. После этого фиксируются показания по всем трем шкалам в точке В.

В данном примере диаметр составляет 1,4 мм, следовательно, чтобы вычислить сечение, необходимо S =  3,14 × 1,4 × 1,4 / 4 = 1,53 мм2.  Такую же процедуру определения сечения можно произвести, используя штангенциркуль.

Преимуществом такого метода является возможность измерить любой проводник круглого сечения, даже если он уже установлен и эксплуатируется для питания какого-либо электрического прибора. Основной недостаток метода – это высокая стоимость приспособлений, естественно, что приобретать их для пары замеров совершенно нецелесообразно.

По диаметру с помощью карандаша или ручки

Данный способ определения сечения основан на том факте, что по всей длине у провода одинаковый диаметр. Возьмите обычный карандаш, ручку или фломастер, на который намотайте провод по спирали.  Чтобы исключить толщину изоляции, ее необходимо срезать по всей длине. Кольца должны располагаться максимально плотно, чем больше пространство между кольцами, тем ниже точность.

Рис. 5: Определение сечения карандашом

Так как все провода имеют одинаковую толщину, то для определения диаметра медных проводов, измерьте длину всей намотки и разделите на количество витков. В данном примере D = 15 мм / 15 витков = 1 мм, соответственно, используя ту же формулу расчета, получим сечение S =  3,14 × 1 × 1 / 4 = 0,78 мм2. Заметьте, чем больше витков вы сделаете, тем более точно определите сечение.

Стоит отметить, что преимущество такого метода в том, что для определения сечения можно использовать только подручные средства. Недостаток – низкая точность и возможность намотки только тонких проводников. В примере использовался относительно тонкий провод, но расстояние между витками уже просматривается. Из-за чего точность оставляет желать лучшего, разумеется, что алюминиевую проволоку таким способом согнуть не удастся.

По диаметру с помощью линейки

Сразу оговоримся, что для измерения линейкой можно брать только относительно толстый провод, чем меньше толщина, тем ниже точность. Диаметр жилки при этом может определяться ниткой или бумагой, второй вариант является наиболее предпочтительным, так как дает большую точность.

Рис. 6: Подготовка бумаги для замера

Оторвите небольшую полоску и загните ее с одной стороны. Предпочтительнее более тонкая бумага, поэтому не нужно складывать листок в несколько раз.

Рисунок 7: Обматывание бумагой провода

Затем бумагу прикладывают к проводу и заворачивают по окружности до соприкосновения полоски. В месте соприкосновения ее загибают второй раз и прикладывают к линейке для измерения.

Рисунок 8: измерение при помощи линейки

Через полученную длину окружности L находят диаметр жилки D = L / 2 π, а расчет сечения выполняется как показывалось ранее.  Данный метод определения сечения хорошо подходит для крупных алюминиевых жил. Но точность в этом методе наиболее низкая.

По диаметру с помощью готовых таблиц

Этот метод подходит для проводов стандартного сечения. К примеру, вы уже определили диаметр по одному из вышеприведенных методов. После чего вы используете таблицу для определения сечения.

Таблица 1: определение сечения через диаметр провода

Диаметр проводника Сечение проводника 0,8 мм 0,5 мм2 0,98 мм 0,75 мм2 1,13 мм 1 мм2 1,38 мм 1,5 мм2 1,6 мм 2,0 мм2 1,78 мм 2,5 мм2 2,26 мм 4,0 мм2 2,76 мм 6,0 мм2 3,57 мм 10,0 мм2 4,51 мм 16,0 мм2 5,64 мм 25,0 мм2

К примеру, если у вас диаметр получился 1,8 мм, то это значит, что сечение по таблице будет равно 2,5 мм2.

По мощности или току

Если известна проводящая способность жилы, то с ее помощью можно определить сечение. Для этого понадобится один из параметров токопроводящей жилы – ток или мощность. Тоже можно сделать, если вы сможете рассчитать нагрузку. После чего из нижеприведенных таблиц необходимо выбрать соответствующий вариант. Но при этом необходимо учитывать алюминиевыми или медными жилами выполнен провод.

Таблица 2: для выбора сечения медного провода, в зависимости от силы потребляемого тока

Максимальный расчетный ток, А	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0	10,0	16,0	20,0	25,0	32,0	40,0	50,0	63,0
Стандартное сечение медного провода, мм2	0,35	0,35	0,50	0,75	1,0	1,2	2,0	2,5	3,0	4,0	5,0	6,0	8,0	10,0
Диаметр провода, мм	0,67	0,67	0,80	0,98	1,1	1,2	1,6	1,8	2,0	2,3	2,5	2,7	3,2	3,6

Таблица 3: для выбора сечения медного провода, в зависимости от потребляемой мощности

Мощность электроприбора, ватт (Вт)	100	300	500	700	900	1000	1200	1500	1800	2000	2500	3000	3500	4000
Стандартное сечение жилы медного провода, мм2	0,35	0,35	0,35	0,5	0,75	0,75	1,0	1,2	1,5	1,5	2,0	2,5	2,5	3,0

Таблица 4: для определения сечения жил из алюминиевого провода

Диаметр провода, мм	1,6	1,8	2,0	2,3	2,5	2,7	3,2	3,6	4,5	5,6	6,2
Сечение провода, мм2	2,0	2,5	3,0	4,0	5,0	6,0	8,0	10,0	16,0	25,0	35,0
Максимальный ток при длительной нагрузке, А	14	16	18	21	24	26	32	38	55	65	75
Максимальная мощность нагрузки, киловатт (кВт)	3,0	3,5	4,0	4,6	5,3	5,7	6,8	8,4	12,1	14,3	16,5

К примеру, если  при монтаже электропроводки из алюминия вам известно, что максимальный ток, который провод может пропускать при длительной нагрузке, составляет 21 А, то чтобы выбрать сечение необходимо посмотреть строку выше —  4 мм2.

Расчет сечения многожильного провода

Если используется многожильный провод, в котором все проводники одинаковые, общее сечение определяется путем  сложения площади всех. К примеру, измеряют размер для одной жилы любым из вышеприведенных методов. После чего фактическое сечение определяется по формуле So = n ×  Si, где

• So – это общее сечение всего проводника;
• n – число проводников одинакового диаметра;
• Si – сечение одного провода.

Расчет сечения кабеля с помощью онлайн калькуляторов

Длина линии (м) / Материал кабеля:		МедьАлюминий
Мощность нагрузки (Вт) или ток (А):
Напряжение сети (В):		Мощность	1 фаза
Коэффициент мощности (cosφ):		Ток	3 фазы
Допустимые потери напряжения (%):
Температура кабеля (°C):
Способ прокладки кабеля:	Открытая проводкаДва одножильных в трубеТри одножильных в трубеЧетыре одножильных в трубеОдин двухжильный в трубеОдин трёхжильный в трубеГр. прокладка в коробах, 1-4 кабеляГр. прокладка в коробах, 5-6 кабелейГр. прокладка в коробах, 7-9 кабелейГр. прокладка в коробах, 10-11 кабелейГр. прокладка в коробах, 12-14 кабелейГр. прокладка в коробах, 15-18 кабелей
Сечение кабеля не менее (мм²)
Плотность тока (А/мм²)
Сопротивление провода (ом)
Напряжение на нагрузке (В)
Потери напряжения (В / %)

 

Заниженное сечение провода – в чем опасность

Итак, рассмотрим опасности, которые поджидают нас при использовании в быту проводов низкого качества. Понятно, что токовые характеристики токоведущих жил снижаются прямо пропорционально уменьшению их сечения. Нагрузочная способность провода из-за заниженного сечения падает. Согласно стандартам рассчитан ток, который может пропустить через себя провод. Он не разрушится, если по нему пройдет меньший ток.

Сопротивление между жилами уменьшается, если слой изоляции более тонкий, чем требуется. Тогда в аварийной ситуации при повышении питающего напряжения в изоляции может возникнуть пробой. Если наряду с этим сама жила имеет заниженное сечение, то есть не может пропустить тот ток, который по стандартам она должна пропускать, тонкая изоляция начинает постепенно расплавляться.

Все эти факторы неизбежно приведут к короткому замыканию, а потом и к пожару. Пожар возникает от искр, появляющихся в момент короткого замыкания. Приведу пример: трехжильный медный провод (например, сечением 2,5 2) согласно нормативной документации может длительно пропускать через себя 27 А, обычно, считают 25 А.

Но попадающиеся мне в руки провода, выпущенные согласно ТУ, на самом деле имеют сечение от 1,8 мм2 до 2 мм2 (это при заявленных 2,5 мм2). Исходя из нормативной документации провод сечением 2 мм2 может длительно пропускать ток 19 А.

Поэтому случись ситуация, когда по выбранному вами проводу, который якобы имеет сечение 2,5 мм2, потечет рассчитанный на такое сечение ток, провод перегреется. А при длительном воздействии произойдет оплавление изоляции, затем и короткое замыкание.

Контактные соединения (например, в розетке) очень быстро разрушаться, если такие перегрузки будут происходить регулярно. Поэтому сама розетка, а также вилки бытовых приборов также могут подвергнуться оплавлению.

А теперь представьте последствия всего этого! Особенно обидно, когда сделан красивый ремонт, установлена новая техника, например, кондиционер, электрический духовой шкаф, варочная панель, стиральная машинка, электрический чайник, микроволновка. И вот вы поставили печься булочки в духовку, запустили стиральную машину, включили чайник, да еще и кондиционер, так как стало жарко.

Этих включенных приборов достаточно, чтобы пошел дым из распределительных коробок и розеток. Потом вы услышите хлопок, который сопровождается вспышкой. А после этого пропадет электричество. Все еще хорошо закончится, если у вас имеются защитные автоматы.

А если они низкого качества? Тогда хлопком и вспышкой вы не отделаетесь. Начнется пожар, который сопровождается искрами от проводки, горящей в стене. Проводка будет гореть в любом случае, даже если она замурована наглухо под плиткой.

Описанная мной картина дает ясно понять, насколько ответственно нужно выбирать провода. Ведь вы будете использовать их в своем жилище. Вот что значит, следовать не ГОСТам, а ТУ.

Советы от электрика

Если вы подбираете провод или кабель ВВГНГ для того, чтобы запитать электрическую сеть, обратите внимание на следующие моменты:

• Посмотрите на цвет медного и алюминиевого провода, так как изготовитель мог сэкономить и использовать сплав, что значительно увеличивает электрическое сопротивление и не позволяет использовать допустимые нагрузки по сечению.
• Насколько бы тонкой изоляцией не обладал гибкий кабель, для расчета сечения вам все равно необходимо измерять только жилу. Так как лишние миллиметры позволят использовать провод меньшим сечением для запитки чрезмерной нагрузки, а это чревато повреждениями.
• Если на каком-то этапе вы засомневались в достаточности сечения или поняли, что применять приборы меньшей мощности не получится, лучше смонтировать проводку более толстым проводом.

Предыдущая

РазноеЭлектротехника для чайников. Как научиться разбираться в электрике: уроки для начинающих

Следующая

РазноеАвтоматический выключатель — от чего защищает и как он устроен

Площадь поперечного сечения провода

Как рассчитать площадь поверхности провода? Какова формула площади поперечного сечения? Эта статья ответит на эти и другие вопросы. Продолжайте читать, чтобы узнать, как рассчитать площадь поверхности провода. Кроме того, мы объясним, из чего состоит площадь поперечного сечения провода. Как только вы поймете эти термины, вы сможете рассчитать площадь поперечного сечения провода.

Содержание

Площадь поперечного сечения провода

Площадь поперечного сечения провода – это площадь круглой или эллиптической плоскости, проходящей через объект под прямым углом к ​​его длине. Провод с круглым поперечным сечением будет иметь площадь, равную диаметру провода, умноженному на угол поперечного сечения. С другой стороны, прямоугольный блок, разрезанный под углом, будет иметь площадь, равную углу его поперечного сечения. Поэтому, когда вы измеряете площадь поперечного сечения провода, вы должны сначала определить его толщину.

Площадь поперечного сечения провода рассчитывается путем деления длины одной стороны на его ширину. Затем вы умножаете две стороны на их квадраты. Например, провод толщиной 3/8 дюйма и шириной 4 дюйма имеет площадь поперечного сечения 0,375 дюйма. Преобразовав эти измерения, вы получите измерение диаметра провода в квадратных дюймах. Затем вы умножаете это значение на 4000, чтобы получить площадь провода.

Какова формула площади поперечного сечения?

При измерении площади поперечного сечения провода вам необходимо знать его диаметр и длину. К счастью, формула площади поперечного сечения довольно проста. Площадь поперечного сечения провода равна квадрату его диаметра, измеренного в милах. Его можно рассчитать, рисуя катанку. Вы также можете найти площадь поперечного сечения провода, возведя его диаметр в квадрат в дюймах.

Чтобы рассчитать площадь поперечного сечения провода, нужно умножить его длину на диаметр. Однако формула предполагает чистый разрез 90 градусов. На самом деле, вы можете получить больший результат, если сделаете разрез под углом 45 градусов. Площадь провода в круге составляет примерно 1000 мил на квадратный дюйм. Многожильные кабели имеют площадь поперечного сечения 4000 мил в квадрате.

Чтобы рассчитать площадь поперечного сечения провода, сначала определите его средний диаметр. Разделите это число на 10. Далее умножьте результат на количество кабелей. Например, отрезок провода диаметром 16 мм нуждается в силе тока 32 ампера. Вы можете округлить до четырех миллиметров для простоты расчетов. Формула площади поперечного сечения провода относится к категории табличных данных.

Что такое площадь поперечного сечения в электричестве?

Площадь поперечного сечения проводника измеряется в мм2. Он равен площади поверхности круга, деленной на радиус объекта. В случае электричества площадь поперечного сечения провода равна площади поверхности круга того же радиуса. Площадь вены всегда будет круглой. При расчете сопротивления диаметр жилы должен быть больше поперечного сечения проводника.

Сопротивление провода — это сложность протекания по нему тока. Длинный провод имеет большее сопротивление, чем короткий, потому что при прохождении электроны сталкиваются с большим количеством ионов. В тонком проводе меньше места для прохождения свободных электронов. Сопротивление и площадь поперечного сечения обратно пропорциональны. Но вы обнаружите, что эта формула сбивает с толку, когда вам нужно учитывать несколько событий.

Какова площадь поверхности провода?

Площадь поверхности провода можно измерить, рассчитав площадь его поперечного сечения. Площадь поверхности одной жилы медной проволоки диаметром 0,20 мм эквивалентна площади поверхности круга радиусом r. Это измерение можно округлить до сотых долей метра. Кроме того, вы можете узнать площадь поверхности цилиндра, сделанного из проволоки в один мм, используя известную формулу.

Проволока большого диаметра имеет большую площадь поверхности, чем проволока малого диаметра. Провода меньшего диаметра обычно измеряются в миллиметрах. В двух словах, провода можно измерять в квадратных единицах или в круговых милах. Площадь поперечного сечения проволоки проще всего рассчитать в круговых милах, а не в квадратных единицах, поскольку шкала измерения диаметра проволоки обратная.

Какой формы площадь поперечного сечения провода?

Площадь поперечного сечения провода равна площади круга диаметром d и радиусом r. Поскольку диаметр проволоки больше ее толщины, площадь всегда будет больше. Это измерение также полезно для понимания различий между многожильным проводом и сплошным проводом. Площадь поперечного сечения проводов также может быть использована для определения сопротивления.

Чтобы понять формулу, сначала нам нужно определить поперечное сечение. Поперечное сечение — это общая область трехмерного объекта. Например, длинная цилиндрическая труба будет иметь поперечное сечение, представляющее собой концентрическую окружность. Балка будет называться в зависимости от формы ее поперечного сечения. В основном площадь поперечного сечения равна его высоте, ширине и толщине. Калькулятор поперечного сечения даст вам площадь поперечного сечения цилиндра диаметром 10, высотой H и толщиной t1.

Провод может быть круглым или овальным в поперечном сечении. Также возможно эллипсоидальное сечение. Обе проволочные формы имеют центральную талию уже, чем остальные. S-образная проволока имеет гораздо более тонкую стенку и пучок, чем Z-образная проволока. Это означает, что S-образный провод легче согнуть, чем Z-образный. В общем случае площадь поперечного сечения провода будет больше, чем у квадрата.

Площадь поперечного сечения равна диаметру?

Площадь поперечного сечения – это квадрат длины одной стороны проводника. Затем умножьте квадратную длину другой стороны. Например, возьмем прямоугольный проводник толщиной 3/8 дюйма и шириной четыре дюйма. Толщина выражается как 0,375 дюйма. Это эквивалентно 4000 мил. Точно так же ширина, выраженная в дюймах, равна 375 милам. Затем умножьте 375 мил на 4000 мил, чтобы найти площадь поперечного сечения.

Площадь поперечного сечения провода измеряется по формуле: A = 1/pd2, где p — длина в футах. Его диаметр равен площади круга с радиусом r. Площадь поперечного сечения провода n-го калибра равна квадрату его диаметра. Как только вы нашли площадь поперечного сечения провода, вы можете рассчитать средний диаметр провода.

В чем разница между площадью и поперечным сечением.

Размер провода можно измерить, используя площадь и поперечное сечение проводника. Площадь провода относится к пространству, в котором могут проходить медные провода. Важно отметить, что площадь поперечного сечения и диаметр не совпадают. Точно так же многожильный провод имеет большее поперечное сечение, чем сплошной провод. Итак, размер сплошного провода важнее площади его поперечного сечения.

Площадь поперечного сечения провода меньше общей площади его поверхности. Вообще говоря, провода большого диаметра имеют большую площадь поперечного сечения, чем провода малого диаметра. Площадь поперечного сечения провода может быть выражена либо в квадратных единицах, либо в круговых милах. Площадь провода также может быть выражена в шкале калибра. Измерение проволоки в круговых милах более удобно для расчета, поскольку оно устраняет факторы «пи» и d/2 (радиус).

Площадь поперечного сечения провода влияет на его сопротивление. Более широкий провод имеет меньшее сопротивление, чем более тонкий. Следовательно, чем шире площадь сечения, тем меньше сопротивление провода. Чтобы лучше понять это, рассмотрим пример с водопроводной трубой. Чем шире труба, тем больше по ней проходит воды. Поэтому провод с большей площадью поперечного сечения оказывает меньшее сопротивление потоку электрического заряда.

Что такое формула площади?

Какова формула площади поперечного сечения провода и как найти его площадь? Поперечное сечение провода имеет форму круга, но площадь поверхности каждого сечения различается. Провода представляют собой смесь различных материалов, и один тип обычно более плотный, чем другой. Один тип провода многожильный, который представляет собой одножильный провод, скрученный вместе.

Поперечное сечение провода — это двухмерное представление объекта. При разрезании сплошной проволоки на несколько секций двумерные срезы проволоки будут разными. Площадь поперечного сечения известна как SS и измеряется в мм2. Многожильный провод будет иметь большую площадь, чем сплошной провод. Оба типа провода имеют разное сопротивление.

Одним из методов расчета площади поперечного сечения провода является измерение диаметра провода. Это измерение легко. Возьмите длинный кусок проволоки и намотайте его на карандаш так, чтобы «хвосты» плотно прилегали друг к другу. Обязательно используйте полные витки, которые плотно прилегают друг к другу и не имеют зазоров между ними. Вам нужно будет разделить длину сегмента на количество витков, чтобы определить диаметр. Например, если в проводе 11 витков, результирующий диаметр будет 7,5 мм. Затем разделите это число на 11 и получите 0,68 мм.

Как найти площадь поперечного сечения прямоугольного воздуховода?

Воздуховод прямоугольного сечения можно разделить на шестнадцать секций. В каждом сечении указана средняя скорость воздуха, проходящего через воздуховод. Площадь поперечного сечения воздуховода можно рассчитать по формуле, представляющей площадь поперечного сечения и скорость воздуха. Площадь поперечного сечения воздуховода прямоугольного сечения равна скорости потока одного кубического метра воздуха в секунду, где V — скорость воздуха.

Площадь твердого тела зависит от его формы и угла между его осью симметрии и плоскостью, в которой оно пересекается. Площадь прямоугольного тела равна площади основания умноженной на его высоту. Площадь поперечного сечения прямоугольного воздуховода равна площади основания плюс его высота. Если вы хотите рассчитать площадь поперечного сечения квадрата, вы должны умножить ширину цилиндра на высоту.

Площадь поперечного сечения воздуховода измеряется в квадратных дюймах, и это значение можно рассчитать по длине и окружности цилиндра. Полученную площадь квадрата затем умножают на радиус цилиндра. Если воздуховод круглый, площадь цилиндра равна p*R2. Это верно как для прямоугольных, так и для овальных воздуховодов, но прямоугольные воздуховоды более точны.

Что означает площадь поперечного сечения проводника?

Площадь поперечного сечения проводника – это площадь поверхности, одинаковая по длине независимо от конфигурации. Его площадь может быть измерена в квадратных милах или в фактическом поперечном сечении проводника. Квадратный мил — это единица измерения, где один мил равен площади квадрата со стороной в 1 мил. Например, 3/8-дюймовый проводник имеет площадь поперечного сечения 3/8 дюйма и ширину 4 дюйма. Следовательно, 3/8-дюймовый проводник имеет ширину 4 дюйма и толщину 3/8 дюйма. Площадь круглого проводника равна 0,375 дюйма. Прямоугольный проводник будет иметь площадь 9квадратных милов, поэтому квадрат со стороной 3/8 дюйма будет иметь площадь поперечного сечения

Кабель представляет собой небольшую трубу. Конфигурация определяет его контур. Например, если разрезать круглый металлический стержень пополам, в поперечном сечении получится два круга определенной толщины. Площадь поперечного сечения проводника (ПС) измеряется в мм2, тогда как площадь жилы круглая. Используя эту формулу, вы можете найти площадь поперечного сечения проводника, умножив радиус жилы на ее окружность, R.

Другое применение площади поперечного сечения в ядерной физике. Эффективный размер ядерного атома определяется поперечным сечением ядра. Площадь поперечного сечения ядерного атома — это площадь круга, разделенного параллельно основанию, и вероятность взаимодействия нейтрона с атомом-мишенью выражается его поперечным сечением. Ядерное деление основано на этом механизме.

Сопротивление и удельное сопротивление | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Объясните понятие удельного сопротивления.
• Используйте удельное сопротивление для расчета сопротивления определенных конфигураций материала.
• 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 состоит. 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 столкновений зарядов с его атомами произойдет. Чем больше диаметр цилиндра, тем больший ток он может пропускать (опять же аналогично потоку жидкости по трубе). На самом деле

R обратно пропорционально площади поперечного сечения цилиндра A .

Рис. 1. Однородный цилиндр длиной L и площадью поперечного сечения A. Его сопротивление потоку тока аналогично сопротивлению трубы потоку жидкости. Чем длиннее цилиндр, тем больше его сопротивление. Чем больше его площадь поперечного сечения А, тем меньше его сопротивление.

Для данной формы сопротивление зависит от материала, из которого состоит объект. Различные материалы оказывают различное сопротивление потоку заряда. Определим удельное сопротивление ρ вещества так, что сопротивление R объекта прямо пропорционально ρ . Удельное сопротивление ρ — это внутреннее свойство материала, не зависящее от его формы или размера. Сопротивление R однородного цилиндра длиной L

, площадью поперечного сечения A , изготовленного из материала с удельным сопротивлением ρ , равно

[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 удельного сопротивления. Проводники имеют наименьшее удельное сопротивление, а изоляторы – наибольшее; полупроводники имеют промежуточное сопротивление. Проводники имеют разную, но большую плотность свободного заряда, в то время как большинство зарядов в изоляторах связаны с атомами и не могут свободно перемещаться. Полупроводники занимают промежуточное положение, имея гораздо меньше свободных зарядов, чем проводники, но обладая свойствами, из-за которых количество свободных зарядов сильно зависит от типа и количества примесей в полупроводнике. Эти уникальные свойства полупроводников используются в современной электронике, что будет рассмотрено в последующих главах.

Таблица 1. Удельные сопротивления ρ различных материалов при 20ºC

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
Железо	9. 71 × 10 −8
Платина	10. 6 × 10 −8
Сталь	20 × 10 −8
Свинец	22 × 10 −8
Манганин (сплав меди, марганца, никеля)	44 × 10 −8
Константан (сплав Cu, Ni)	49 × 10 −8
Меркурий	96 × 10 −8
Нихром (сплав Ni, Fe, Cr)	100 × 10 −8
Полупроводники [1]
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
Янтарный	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.

{-9{-5}\text{m}\end{массив}\\[/latex].

Обсуждение

Диаметр чуть меньше десятой доли миллиметра. Оно приводится только с двумя цифрами, потому что ρ известно только с двумя цифрами.

Изменение сопротивления в зависимости от температуры

Удельное сопротивление всех материалов зависит от температуры. Некоторые даже становятся сверхпроводниками (нулевое сопротивление) при очень низких температурах. (См. рис. 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 делает резкий скачок, а затем возрастает почти до линейно с температурой.

И наоборот, удельное сопротивление проводников увеличивается с повышением температуры. Поскольку атомы вибрируют быстрее и преодолевают большие расстояния при более высоких температурах, электроны, движущиеся через металл, совершают больше столкновений, что фактически увеличивает удельное сопротивление. При относительно небольших изменениях температуры (около 100ºC или менее) удельное сопротивление ρ изменяется с изменением температуры Δ T , что выражается в следующем уравнении

ρ = ρ ₀  (1 + α Δ T ),

, где

ρ ₀ — исходное удельное сопротивление, а α — температурный коэффициент 0 8. (См. значения α в Таблице 2 ниже.) Для больших изменений температуры α может варьироваться или может потребоваться нелинейное уравнение для нахождения ρ . Обратите внимание, что α положительно для металлов, что означает, что их удельное сопротивление увеличивается с температурой. Некоторые сплавы были разработаны специально, чтобы иметь небольшую температурную зависимость. Манганин (состоящий из меди, марганца и никеля), например, имеет α близок к нулю (до трех знаков по шкале в табл. 2), поэтому его удельное сопротивление мало изменяется с температурой. Это полезно, например, для создания эталона сопротивления, не зависящего от температуры.

Таблица 2. Температурные коэффициенты сопротивления α

Материал	Коэффициент (1/°C) [2]
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
Железо	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 также внимание на то, что α является отрицательным для полупроводников, перечисленных в Таблице 2, а это означает, что их удельное сопротивление уменьшается с повышением температуры. Они становятся лучшими проводниками при более высокой температуре, потому что повышенное тепловое возбуждение 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, так как

R ₀ прямо пропорционально ρ . Для цилиндра мы знаем, что R = ρL / A , и поэтому, если L и A не сильно меняются с температурой, R будет иметь такую ​​же зависимость от температуры, как ρ . (Изучение коэффициентов линейного расширения показывает, что они примерно на два порядка меньше типичных температурных коэффициентов удельного сопротивления, поэтому влияние температуры на L и A составляет примерно два порядка меньше, чем на ρ .) Таким образом,

R = R ₀ (1 + α Δ T )

)

)

)

)

). температурная зависимость сопротивления объекта, где R ₀ — исходное сопротивление и 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 получения его температуры. Устройство маленькое, поэтому быстро приходит в тепловое равновесие с той частью человека, к которой прикасается.

Рисунок 3. Эти известные термометры основаны на автоматизированном измерении сопротивления термистора в зависимости от температуры. (кредит: Biol, Wikimedia Commons)

Пример 2. Расчет сопротивления: сопротивление горячей нити накала

Хотя следует соблюдать осторожность при применении ρ = ρ ₀ (1 + α

8

8) и R = R ₀ (1 + α Δ T ) для изменений температуры более 100ºC, для вольфрама уравнения работают достаточно хорошо для очень больших изменений температуры. {-3}/º\text{C }\right)\left(2830º\text{C}\right)\right]\\ & =& {4.8\Omega}\end{массив}\\[/latex].

Обсуждение

Это значение согласуется с примером сопротивления фары в Законе Ома: сопротивление и простые схемы.

Исследования PhET: сопротивление в проводе

Узнайте 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.

Нажмите, чтобы запустить симуляцию.

Резюме сечения

• Сопротивление R цилиндра длиной L и площадью поперечного сечения A равно [латекс]R=\frac{\rho L}{A}\\[/latex], где ρ — удельное сопротивление материала.
• Значения ρ в таблице 1 показывают, что материалы делятся на три группы: проводники, полупроводники и изоляторы .
• 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]\текст{\альфа}[/латекс] – температурный коэффициент удельного сопротивления.
• В таблице 2 приведены значения 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 создают свободные заряды? (Подсказка: изучите диапазон удельного сопротивления для каждого из них и определите, имеет ли чистый полупроводник более высокую или более низкую проводимость. )

2. Зависит ли сопротивление объекта от пути прохождения тока через него? Рассмотрим, например, прямоугольный стержень — одинаково ли его сопротивление по длине и по ширине? (См. рис. 5.)

Рис. 5. Встречает ли ток, проходящий двумя разными путями через один и тот же объект, разное сопротивление?

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 не так точен, как [латекс]\rho ={\rho }_{0}\left({1}+\alpha \Delta T\right)\\[/latex], что дает температурное изменение удельного сопротивления р .

Задачи и упражнения

1. Каково сопротивление куска медной проволоки 12-го калибра диаметром 2,053 мм длиной 20,0 м?

2. Диаметр медной проволоки нулевого калибра 8,252 мм. Найти сопротивление такого провода длиной 1,00 км, по которому осуществляется передача электроэнергии.

3. Если вольфрамовая нить диаметром 0,100 мм в электрической лампочке должна иметь сопротивление 0,200 Ом при 20ºC, то какой длины она должна быть?

4. Найти 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, если к нему приложено напряжение 1,00 × 10 ³ В? (Такой стержень можно использовать, например, для изготовления детекторов ядерных частиц). ? (б) Происходит ли это в бытовой электропроводке при обычных обстоятельствах?

7. Резистор из нихромовой проволоки используется в приложениях, где его сопротивление не может измениться более чем на 1,00% от его значения при 20,0ºC. В каком диапазоне температур его можно использовать?

8. Из какого материала изготовлен резистор, если его сопротивление при 100°С на 40,0% больше, чем при 20,0°С?

9. Электронное устройство, предназначенное для работы при любой температуре в диапазоне от –10,0ºC до 55,0ºC, содержит резисторы из чистого углерода. Во сколько раз увеличивается их сопротивление 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 20,0ºC? б) Каково его сопротивление при 150°С?

11. При постоянном температурном коэффициенте удельного сопротивления, каково максимальное уменьшение сопротивления константановой проволоки в процентах, начиная с 20,0ºC?

12. Проволоку протягивают через матрицу, растягивая ее в четыре раза по сравнению с первоначальной длиной. Во сколько раз увеличивается его сопротивление?

13. Медный провод имеет сопротивление 0,500 Ом при 20,0°С, 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 (которое имеет α  = –0,0600/ºC), когда оно имеет ту же температуру, что и пациент. Какова температура тела пациента, если сопротивление термистора при этой температуре составляет 82,0% от его значения при 37,0°С (нормальная температура тела)? (b) Отрицательное значение для α может не поддерживаться при очень низких температурах. Обсудите, почему и так ли это, здесь. (Подсказка: сопротивление не может стать отрицательным.)

15. Комплексные концепции  (a) Повторите упражнение 2 с учетом теплового расширения вольфрамовой нити. Вы можете принять коэффициент теплового расширения равным 12 × 10 ⁻⁶ /ºC. б) На сколько процентов ваш ответ отличается от ответа в примере?

16. Необоснованные результаты  (a) До какой температуры нужно нагреть резистор, сделанный из константана, чтобы удвоить его сопротивление при постоянном температурном коэффициенте удельного сопротивления? б) Разрезать пополам? в) Что неразумного в этих результатах? (d) Какие предположения неразумны, а какие предпосылки противоречивы?

Сноски

1. 1 Значения сильно зависят от количества и типов примесей
2. 2 Значения при 20°C.