Формула площади поперечного сечения в физике

Содержание

Программы для расчета сечения проводника (медного или алюминиевого) по мощности или току смотрите на странице ниже.

Проводник — это металлическая нить из стали, алюминия, меди, никеля, титана, цинка, их сплавов и других металлов, предназначенная для проведения электрического тока от источника к приемнику.

Сечение проводника — это изображение фигуры, образованной рассечением проводника плоскостью в поперечном направлении.

Формула площади поперечного сечения в физике

Формула для расчета площади сечения проводника:

S = π * d 2 / 4, где

d — диаметр проводника.

Быстро выполнить эту математическую операцию можно с помощью нашей онлайн программы. Для этого необходимо в соответствующее поле ввести исходное значение и нажать кнопку.

На этой странице представлен самый простой онлайн калькулятор расчета площади поперечного сечения проводника, если известен диаметр проводника. С помощью этого калькулятора вы в один клик сможете рассчитать площадь сечения проводника.

При строительстве зданий и сооружений наступает момент, когда требуется выполнить монтаж электропроводки. Возникают вопросы, какой марки выбрать провода или кабели, какие у них должны быть поперечное сечение и класс изоляции. Материал, из которого изготовлены проводящие ток жилы, выбирается исходя из того, на какую нагрузку будут рассчитаны проектируемые сети.

Формула площади поперечного сечения в физике

Особенности электрических проводов

При всём многообразии кабельной продукции и огромном выборе проводов для прокладки электрических сетей существуют правила подбора. Не обязательно учить наизусть все марки кабелей и проводов, нужно уметь читать и расшифровывать их маркировку. Для начала стоит выяснить различие между проводом и кабелем.

Провод – проводник, используемый для соединения двух участков цепи. Может иметь одну или несколько токопроводящих жил. Жилы могут быть:

Голые линии применяются там, где прикосновение к токоведущим жилам невозможно. В большинстве случаев они используются для воздушных линий электропередач.

Изоляционное покрытие применяется однослойное или двухслойное. Провода, имеющие два или три проводника в двойной изоляции, путают с кабелем. Путаница происходит из-за того, что изоляция покрывает каждую жилу, а снаружи выполнено общее полимерное или иное покрытие. Такие проводники нашли применение внутри электрических устройств, щитов или шкафов. В быту они скрыты в стене или проложены в специальных каналах.

Изолированная продукция используется повсеместно. В зависимости от степени электробезопасности помещения и места прокладки, выбирается класс изоляции.

Многожильные проводники используются там, где необходимы изгибы малого радиуса при прокладке сложных трасс, где не могут пройти одножильные аналоги. Такой тип тоководов удобно монтировать в кабельных каналах. Одножильные провода в таких условиях изгибать труднее, нужно прикладывать силу, и существует опасность повреждения жилы.

К сведению. Маркировка АППВ 3*2,5 обозначает провод с алюминиевыми жилами, поливинилхлоридной изоляцией, плоский, имеющий разделительное основание. Расшифровку маркировки уточняют в справочной литературе.

Формула площади поперечного сечения в физике

По строению кабель – это сколько-то жил, имеющих индивидуальную изоляцию, помещённых в защитный внешний слой из диэлектрического материала. Пространство между сердечниками и оболочкой, для предотвращения слипания, заполняется бумажными лентами, пластмассовыми нитями или кабельной пряжей. Дополнительно изделие может быть усилено бронёй из лент или стальной оплёткой для защиты от механических повреждений.

Формула площади поперечного сечения в физике

Что такое поперечное сечение

Если какой-то предмет распилить под прямым углом к его продольной оси, то в результате распила получится фигура. Её форма зависит от конфигурации предмета. Сечение трубы – это фигура, образованная двумя окружностями и имеющая некоторую толщину. Если поперёк рассечь круглый металлический пруток, то его поперечным сечением является круг, а не шар.

Площадь поперечного сечения проводника

На чертежах сечение – это изображение фигуры, образованное разрезом детали плоскостью. Что такое сечение в электротехнике? Применимо к электричеству, рассматривает сечение проводника под прямым углом к его продольной стороне. Сечение жилы, через которую проходят электроны, представляет собой круг и измеряется в мм2.

Важно! Часто путают диаметр жилы с её сечением. Чтобы узнать, какое сечение у провода, нужно определить площадь полученного круга, рассчитав её по формуле.

Формула площади поперечного сечения в физике

Так как у провода сечениеэто круг, то расчёт площади производится по формуле:

Читать также:  Как сделать отливку из гипса своими руками

S кр = π*R2, где:

  • S кр. – площадь круга, мм2;
  • π = 3,14;
  • R – радиус круга, мм.

Зная величину площади поперечного сечения жилы, её длину и удельное сопротивление материала, из которого она изготовлена, можно вычислить сопротивление проводника электрическому току, протекающему через него.

Информация. Учитывая, что радиус равен 1/2 диаметра, формулу можно преобразовать для удобства пользования. Она будет иметь вид Sкр = π*D2/4 = 0,8 * D2. Для расчёта площади сечения проводника чаще используют значение диаметра.

Неправильно подобранный диаметр провода вызывает его перегрев и оплавление, что, в свою очередь, может стать причиной возгорания электропроводки.

Соответствие диаметров проводов и площади их сечения

Каждый раз пользоваться формулой для вычисления площади поперечного сечения – это процесс долгий. Практичнее использовать уже готовые таблицы.

Таблица для проводников с медными жилами

d, ммSсеч,
мм2
Moщнocть (Р), для ceти 220 B, кВтТок,
А
Moщнocть (Р), для ceти 380 B, кВт
1,121,03,0145,3
1,381,53,3155,7
1,592,04,1197,2
1,782,54,6217,9
2,264,05,92710.0
2,766,07,73412,0
З,5710,011,05019,0
4,5116,017,08030,0
6,68З5,029,013551,0

В приведённой таблице указаны следующие значения:

  • диаметр проводника;
  • сечение, соответствующее этому диаметру;
  • допустимая величина тока для этого сечения;
  • мощность нагрузки, которую можно подключать через этот проводник к сетям 220/380 В.

При выборе провода или кабеля по справочнику предварительно необходимо определиться с материалом, из которого изготовлены жилы.

Как определить сечение многожильного провода

Многожильный провод состоит из нескольких вместе взятых жил. Поэтому общее сечение можно определить в два приёма:

  • вычисляется площадь поперечного сечения одной жилы;
  • полученное значение умножается на количество жил в проводе.

Концы проводов, имеющих много жил, при подсоединении нужно обжать специальной гильзой подходящего диаметра. Для этого применяют обжимные клещи.

Формула площади поперечного сечения в физике

Самостоятельный расчёт

Иногда приходится иметь дело с проводом без нанесённой маркировки. Это не повод отказаться от его использования. В начале выясняют, из какого материала выполнена жила. Различают по цвету: алюминий белый, медь красная, латунь жёлтая. После этого приступают к расчёту площади сечения. Для этого выясняют диаметр проводника, предварительно сняв с него изоляцию, в случае многожильного провода – выпутав одну жилу.

Диаметр можно определить несколькими способами, например:

  • при помощи штангенциркуля или микрометра;
  • карандаша и линейки.

Второй способ даёт приблизительный результат и используется только в крайнем случае.

Штангенциркуль

Измерить при помощи штангенциркуля можно провода любых размеров. Для этого помещают провод между губок штангенциркуля и смотрят на деления шкалы. Целое число миллиметров отсчитывают по верхней шкале, десятичные доли миллиметра – по нижней.

Карандаш + линейка

Если под рукой нет измерителя, а длина оголённой части измеряемого провода позволяет накрутить его на карандаш виток к витку длиной не менее 1 см, то используют этот метод. Считают количество витков N, поместившихся на отрезке L = 1 см. Значение диаметра получают путём деления длины отрезка на количество витков. Точность измерения зависит от плотности намотки и её длины.

Таблица

После того, как диаметр определён одним из способов, Sсеч определяют по формуле или при помощи таблиц.

Простейшая таблица для диаметров провода до 4,5 мм

Диаметр провода, ммСечение, ммДиаметр провода, ммСечение, мм
0,80,523
1,00,752,34
1,112,55
1,21,22,86
1,41,53,28
1,623,610
1,82,54,516

Более точные значения можно подобрать из таблиц, размещённых в Правилах Устройств Электроустановок (ПУЭ).

Как узнать сечение вводного провода

Провод от опоры ЛЭП к дому выбирают сечением 10 мм. Новое подключение к электросетям выполняется согласно выданным техническим условиям. Обычно мощность, отпускаемая для подключения, составляет максимум 7,5 кВт для однофазной сети напряжением 220 В. В соответствии с таблицей, минимальное сечение для вводного кабеля следует выбирать 10 мм2. С учётом максимальной пиковой нагрузки потребителей и для обеспечения запаса мощности желательно использовать провод СИП 2*16 на улице и ВВГнг-ls 2*10 – внутри помещений до приборов учёта.

Определение сечения провода розеточных линий

При определении диаметра провода для комнатной проводки считают максимальную нагрузку потребителей, которые могут быть включены одновременно. Ориентируясь на эту мощность, выбирают сечение основных линий, которые идут от счётчика и вводных автоматов к распределительным коробкам. Это те участки, которые будут нести суммарную нагрузку всех подключенных потребителей. Выбирают провод с медными жилами не менее 6 мм2.

Читать также:  Пила инструменты и оборудование

Проводники ответвлений от распределительных коробок к розеткам выбираются индивидуально для каждой комнаты. Тут учитываются бытовые электроприборы, которые могут быть присоединены к розетке. Сечение жил подбирается с запасом на один порядок. Это на тот случай, если возникнет необходимость запитать от розетки какой-то строительный инструмент: перфоратор, сварочный инвертор.

Если суммарная мощность потребителей в комнате будет составлять 4 кВт, то проводник с медной жилой, питающий розетку, должен быть сечением 2,5 мм2.

Внимание! Сечение токопроводящей жилы должно позволять выдерживать нагрузку по току и во время работы бытовой техники не перегреваться. На практике определяют прибор самой большой мощности и выбирают подходящий диаметр провода относительно характеристик прибора.

В итоге получается, что отводящий проводник с медными жилами на каждую розетку будет иметь сечение 2,5 мм2. Основной провод для разводки берут сечением 6 мм2. При этом следует учесть, что весь контур электропроводки выполняют проводами, имеющими жилы из одного материала. Скручивать между собой жилы из меди и алюминия нельзя.

Видео

Электрическое сопротивление
R <displaystyle R> Формула площади поперечного сечения в физике
РазмерностьL 2 MT −3 I −2 (СИ);
TL −1 (СГСЭ, гауссова система);
LT −1 (СГСМ)
Единицы измерения
СИОм
СГСЭстатом, с/см
СГСМабом, см/с
Классическая электродинамика
Формула площади поперечного сечения в физике
Электричество · Магнетизм
См. также: Портал:Физика

Формула площади поперечного сечения в физике

Электри́ческое сопротивле́ние — физическая величина, характеризующая свойство проводника препятствовать прохождению электрического тока и равная отношению напряжения на концах проводника к силе тока, протекающего по нему [1] .

Сопротивление для цепей переменного тока и для переменных электромагнитных полей описывается понятиями импеданса и волнового сопротивления. Сопротивлением (резистором) также называют радиодеталь, предназначенную для введения в электрические цепи активного сопротивления.

Сопротивление (часто обозначается буквой R или r ) считается, в определённых пределах, постоянной величиной для данного проводника; её можно рассчитать как

R = U I , <displaystyle R=<frac >,> Формула площади поперечного сечения в физике

R — сопротивление, Ом; U — разность электрических потенциалов (напряжение) на концах проводника, В; I — сила тока, протекающего между концами проводника под действием разности потенциалов, А.

Содержание

История [ править | править код ]

В 1826 г. Георг Ом экспериментальным путем открыл основной закон электрической цепи, научился вычислять сопротивление металлических проводников и вывел закон Ома. Таким образом, в первом периоде развития электротехники (1800 –1831 годы) были созданы предпосылки для ее развития, для последующих применений электрического тока.

Само понятие «сопротивление» появилось задолго до изысканий Георга Ома. Впервые этот термин применил и употребил русский ученый Василий Владимирович Петров. Он установил количественную зависимость силы тока от площади поперечного сечения проводника: он утверждал, что при использовании более толстой проволоки происходит «более сильное действие… и весьма скорое течение гальвани-вольтовской жидкости». Кроме того, Петров четко указал на то, что при увеличении сечения проводника (при употреблении одной и той же гальванической батареи) сила тока в нем возрастает. [2]

Единицы и размерности [ править | править код ]

Размерность электрического сопротивления в Международной системе величин: dim R = L 2 MT −3 I −2 . В Международной системе единиц (СИ), основанной на Международной системе величин, единицей сопротивления является ом (русское обозначение: Ом; международное: Ω). В системе СГС как таковой единица сопротивления не имеет специального названия, однако в её расширениях (СГСЭ, СГСМ и гауссова система единиц) используются [3] :

  • статом (в СГСЭ и гауссовой системе, 1 statΩ = (10 9 c −2 ) с/см = 898 755 178 736,818 Ом (точно) ≈ 8,98755·10 11 Ом, равен сопротивлению проводника, через который под напряжением 1 статвольт течёт ток 1 статампер );
  • абом (в СГСМ, 1 abΩ = 1·10 −9 Ом = 1 наноом, равен сопротивлению проводника, через который под напряжением 1 абвольт течёт ток 1 абампер ).

Размерность сопротивления в СГСЭ и гауссовой системе равна TL −1 (то есть совпадает с размерностью обратной скорости, с/см), в СГСМ — LT −1 (то есть совпадает с размерностью скорости, см/с) [4] .

Обратной величиной по отношению к сопротивлению является электропроводность, единицей измерения которой в системе СИ служит сименс (1 См = 1 Ом −1 ), в системе СГСЭ (и гауссовой) статсименс и в СГСМ — абсименс [5] .

Физика явления [ править | править код ]

Высокая электропроводность металлов связана с тем, что в них имеется большое количество носителей тока — электронов проводимости, образующихся из валентных электронов атомов металла, которые не принадлежат определённому атому. Электрический ток в металле возникает под действием внешнего электрического поля, которое вызывает упорядоченное движение электронов. Движущиеся под действием поля электроны рассеиваются на неоднородностях ионной решётки (на примесях, дефектах решётки, а также нарушениях периодической структуры, связанной с тепловыми колебаниями ионов). При этом электроны теряют импульс, а энергия их движения преобразуются во внутреннюю энергию кристаллической решётки, что и приводит к нагреванию проводника при прохождении по нему электрического тока.

Читать также:  Система укладки плитки dls отзывы

В других средах (полупроводниках, диэлектриках, электролитах, неполярных жидкостях, газах и т. д.) в зависимости от природы носителей заряда физическая причина сопротивления может быть иной. Линейная зависимость, выраженная законом Ома, соблюдается не во всех случаях.

Сопротивление проводника при прочих равных условиях зависит от его геометрии и от удельного электрического сопротивления материала, из которого он состоит.

Сопротивление однородного проводника постоянного сечения зависит от свойств вещества проводника, его длины, сечения и вычисляется по формуле:

R = ρ ⋅ l S , <displaystyle R=<frac <
ho cdot l>>,> Формула площади поперечного сечения в физике

где ρ — удельное сопротивление вещества проводника, Ом·м, l — длина проводника, м, а S — площадь сечения, м².

Сопротивление однородного проводника также зависит от температуры.

Удельное сопротивление — скалярная физическая величина, численно равная сопротивлению однородного цилиндрического проводника единичной длины и единичной площади сечения.

Сопротивление металлов снижается при понижении температуры; при температурах порядка нескольких кельвинов сопротивление большинства металлов и сплавов стремится или становится равным нулю (эффект сверхпроводимости). Напротив, сопротивление полупроводников и изоляторов при снижении температуры (в некотором диапазоне) растёт. Сопротивление также меняется по мере увеличения тока/напряжения, протекающего через проводник/полупроводник.

Зависимость сопротивления от материала, длины и площади поперечного сечения проводника [ править | править код ]

В металле подвижными носителями зарядов являются свободные электроны. Можно считать, что при своем хаотическом движении они ведут себя подобно молекулам газа. Поэтому в классической физике свободные электроны в металлах называют электронным газом и в первом приближении считают, что к нему применимы законы, установленные для идеального газа.

Плотность электронного газа и строение кристаллической решетки зависят от рода металла. Поэтому сопротивление проводника должно зависеть от рода его вещества. Кроме того, оно должно еще зависеть от длины проводника, площади его поперечного сечения и от температуры.

Влияние сечения проводника на его сопротивление объясняется тем, что при уменьшении сечения поток электронов в проводнике при одной и той же силе тока становится более плотным, поэтому и взаимодействие электронов с частицами вещества в проводнике становится сильнее.

R = ρ ⋅ l S , <displaystyle R=<frac <
ho cdot l>>,> Формула площади поперечного сечения в физике

видно, что сопротивление проводника прямо пропорционально его длине и обратно пропорционально площади его поперечного сечения. Величину ρ, характеризующую зависимость сопротивления проводника от материала, из которого он сделан, и от внешних условий, называют удельным сопротивлением вещества. Удельное сопротивление различных веществ при расчетах берут из таблиц.

Величину, обратную удельному сопротивлению, называют удельной проводимостью вещества и обозначают σ.

Сопротивление тела человека [ править | править код ]

  • Для расчёта опасной величины силы тока, протекающего через человека при попадании его под электрическое напряжение частотой 50 Гц, сопротивление тела человека условно принимается равным 1 кОм [6] . Эта величина имеет малое отношение к реальному сопротивлению человеческого тела. В реальности сопротивление человека не является омическим, так как эта величина, во-первых, нелинейна по отношению к приложенному напряжению, во-вторых меняется во времени, в третьих, гораздо меньше у человека, который волнуется и, следовательно, потеет и т. д.
  • Серьёзные поражения тканей человека наблюдаются обычно при прохождении тока силой около 100 мА. Совершенно безопасным считается ток силой до 1 мА. Удельное сопротивление тела человека зависит от состояния кожных покровов. Сухая кожа обладает удельным сопротивлением порядка 10000 Ом·м, поэтому опасные токи могут быть достигнуты только при значительном напряжении. Однако при наличии сырости сопротивление тела человека резко снижается и безопасным может считаться напряжение только ниже 12 В. Удельное сопротивление крови 1 Ом·м при 50 Гц [7] .

Метрологические аспекты [ править | править код ]

Приборы для измерения сопротивления [ править | править код ]

  • Омметр
  • Измерительный мост
  • Амперметр и вольтметр (сопротивление находится по формуле)

Средства воспроизведения сопротивления [ править | править код ]

  • Магазин сопротивлений — набор резисторов
  • Катушки электрического сопротивления

Государственный эталон сопротивления [ править | править код ]

  • ГЭТ 14-91 Государственный первичный эталон единицы электрического сопротивления. Институт-хранитель: ВНИИМ.

Статическое и динамическое сопротивление [ править | править код ]

В теории нелинейных цепей используются понятия статического и динамического сопротивлений. Статическим сопротивлением нелинейного элемента электрической цепи в заданной точке его ВАХ называют отношение напряжения на элементе к току в нем. Динамическим сопротивлением нелинейного элемента электрической цепи в заданной точке его ВАХ называют отношение бесконечно малого приращения напряжения к соответствующему приращению тока.

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *