توضیحی در مورد سیم و کابل

سیمهایی که در اینجا تعریف می کنیم برای انتقال برق یا سیگنال های برقی استفاده می شوند. سیم ها به اشکال مختلفی تولید می شوند و از بسیاری از مواد ساخته می شوند. آنها ممکن است ساده به نظر برسند اما مهندسین از دو نکته مهم آگاه هستند:

-الکتریسیته در سیم های طولانی استفاده شده در انتقال بسیار متفاوت از سیم های کوتاه مورد استفاده در طراحی دستگاه ها است
-استفاده از سیم در مدارهای AC انواع مشکلاتی مانند اثر پوست و اثر نزدیکی را به وجود می آورد.

1. مقاومت / مقاومت
2. اثر پوست
3. انواع طراحی سیم
4. اطلاعات بیشتر در مورد مواد سیم
5. عایق سیم

1.) رفتار برق در سیمها: مقاومت و امپدانس

این مهم است که بدانید که آیا در یک سیم معین با برق DC یا AC سر و کار دارید. قدرت AC دارای فیزیک بسیار پیچیده ای است که برخی از اثرات عجیب آن را ایجاد می کند. این یکی از دلایلی بود که قدرت AC در دهه 1890 میلادی توسعه یافت ، مدتها بعد از برق DC. مهندسینی مانند C.P. اشتاینمتز ابتدا باید ریاضیات و فیزیک را بفهمد.

برق: شرکت پارس صنعت رسانا

در جریان برق ، جریان برق دوست دارد در نزدیکی سطح یک سیم (اثر پوستی) حرکت کند. همچنین قدرت AC در یک سیم باعث می شود که یک میدان مغناطیسی در اطراف آن (القایی) شکل بگیرد. این قسمت دیگر سیمهای اطراف (مانند سیم پیچ) را تأثیر می گذارد و باعث اثر نزدیکی می شود. هنگام طراحی مدار AC باید به همه این خصوصیات پرداخته شود.

برق DC:
در جریان DC جریان برق از طریق کل سیم عبور می کند.

اندازه هادی و مواد (توان AC و DC):

برق در عناصر بسیار رسانا مانند مس ، نقره یا طلا راحت تر مسافرت می کند ، هر چقدر مواد رسانا کمتر باشند ، قطر بزرگتر برای حمل بار فعلی همان باشد.
مهندسان قطر سیم مناسب را برای کار انتخاب می کنند ، افزایش جریان در یک سیم مقاومت را افزایش داده و گرمای بیشتری تولید می کند. همانطور که در نمودار زیر مشاهده می کنید مس می تواند در حالی که بارهای مشابه را حمل می کند ، جریان بیشتری از آلومینیوم داشته باشد.

در زیر: وقتی سر همفری دیوی در 1802 مقدار زیادی جریان را از طریق سیم نازک پلاتینی قرار داد ، آن را درخشید و اولین نور رشته ای را ساخت! اما فقط چند ثانیه بعد سیم به دلیل گرمای ناشی از مقاومت در سیم ، ذوب و تبخیر شد.

کیفیت مواد: ناخالصی ها و بلورها:
بیشتر مواد ناخالصی دارند. در مس ، اکسیژن و سایر مواد موجود در مس اثر رسانایی را نشان می دهند ، بنابراین مس که به یک سیم الکتریکی ساخته می شود ، متفاوت از مس است که در آن مسیر لوله کشی قرار دارد.

فلزات کریستالی هستند (همانطور که در فیلم مس ما مشاهده می کنید). مس یا آلومینیوم تک کریستالی از هدایت بهتری نسبت به فلزات پلی کریستالی برخوردار است ، اما مس تولید کریستال بزرگ بسیار گران است و فقط در کاربردهای با کارایی بالا مورد استفاده قرار می گیرد.

مقاومت:

مقاومت در یک سیم باعث تحریک الکترون ها در ماده رسانای سیم می شود. این تحریک منجر به ایجاد گرما و از بین رفتن راندمان می شود. در زمان اولیه DC ، توماس ادیسون نمی توانست قدرت خود را به مسافت طولانی بدون استفاده از سیم های مسی با قطر گسترده به دلیل مقاومت در برابر مسافت بفرستد. این باعث شده است که انرژی DC مقرون به صرفه نباشد و امکان رشد توان AC فراهم شود.

ابزار اندازه گیری:
مهندسان از قانون اهمس برای محاسبه میزان مقاومت سیم خاص استفاده می كنند. این به ما می گوید چقدر انرژی را از راه دور از دست می دهیم.

I = V / R Amps = ولت تقسیم شده توسط مقاومت

فرمول های مقاومت و هدایت:

مقاومت = مقاومت / سطح مقطع
هدایت = 1 / مقاومت

هنگامی که مقاومت خوب است:
ایجاد گرما در سیم معمولاً نشانه ای از انرژی تلف شده است ، اما در سیم تنگستن یا تانتالوم ، گرما باعث می شود سیم سیم درخشان شود و نور مورد نظر خود را تولید کند. از تنگستن برای ساخت رشته ها استفاده می شود زیرا از نقطه ذوب بسیار بالایی برخوردار است. این سیم بدون ذوب می تواند بسیار گرم و درخشان داشته باشد. تنگستن برای انتقال نیرو بسیار بد است زیرا بیشتر انرژی مصرف شده در قالب گرما و نور از بین می رود.

در انتقال نیرو به دنبال کمترین مقاومت ممکن هستیم ، می خواهیم قدرت را در مسافت های طولانی و بدون از دست دادن انرژی از طریق حرارت انتقال دهیم. ما مقاومت در سیم را با اهم در هر 1000 پا یا متر اندازه گیری می کنیم. هرچه برق بیشتری برای مسافرت داشته باشد انرژی بیشتری نیز از دست می دهد.

سیم و مقاومت ابررسانا:

در بالا: سیم ابررسانا را می توان در یک “نوار” فلزی ساخت

در بالا: کارل روزنر ، مارک بنز و دیگران از سیم پیچ سیم های ابررسانای ویژه برای تولید اولین آهنربای تسلا در جهان استفاده کردند. از نیوبیم و قلع به جای مس استفاده می شود زیرا مواد در دماهای مختلف متفاوت عمل می کنند.

یک راه حل عالی برای انتقال نیرو ابررساناها است. هرچه یک فلز بسیار سرد می شود (به صفر مطلق نزدیک می شود) هدایت بی نهایت را بدست می آورد. در یک نقطه خاص به هیچ وجه مقاومت وجود ندارد. خطوط ولتاژ زیاد ابررسانایی تجربی وجود داشته اند که قادر به انتقال نیرو با تقریبا هیچ تلفاتی نبوده اند ، با این حال این فناوری به اندازه کافی توسعه نیافته است که کارآمد باشد.

زمینه مغناطیسی (استقرا و امپدانس):

هر سیم مورد استفاده برای انتقال انرژی AC ، در حالی که جریان از طریق آن جریان می یابد ، یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند. خانم