Чем объясняется такое значительное различие в допустимых величинах протекающего тока по кабелю одного и того же сечения при открытой и закрытой типах проводки?
Нужен электромонтаж или электроизмерения? Звоните нам!
Виталий
Добрый день! Чем объясняется такое значительное различие в допустимых величинах протекающего тока по кабелю одного и того же сечения при открытой и закрытой типах проводки?
Ответ:
Провода или кабели, проложенные открыто (открытая электропроводка), охлаждаются лучше, чем провода и кабели (скрытая электропроводка) проложенные в трубах или скрытые под штукатуркой, подвесным потолком и за подшивными стенами. Провода с резиновой изоляцией допускают длительную температуру нагрева их жил, не превышающую 65 «С, а провода с пластмассовой изоляцией — 70 «С. Сечение токопроводящих жил выбирают исходя из предельно допустимого нагрева жил, при котором не повреждается изоляция проводов.
После выполнения электромонтажных работ, Вам требуется провести комплекс электроизмерений, а именно:
1. Электролаборатория проводит визуальный осмотр электропроводки и электрооборудования
2. Электролаборатория. Замер заземления. Электропроводка. Электрооборудование
3. Электролаборатория. Замер сопротивления изоляции. Электроизмерения. Электропроводка
4. Электролаборатория. Замер сопротивления цепи “фаза-нуль”. Электроизмерения
5. Электролаборатория – замеры и испытание выключателей автоматических управляемых дифференциальным током (УЗО)
6. Электролаборатория выполняет испытания (прогрузку) автоматических выключателей
7. Электролаборатория проводит электроизмерение “Замер сопротивления заземляющих устройств”
Если Вы не можете самостоятельно выполнить электроизмерения, то воспользуйтесь услугами специалистов передвижной электролаборатории.
Электрический ток в металлах – это упорядоченное движение электронов под действием электрического поля. Наиболее убедительное доказательство электронной природы тока в металлах было получено в опытах с инерцией электронов (опыт Толмена и Стьюарта):
Катушка с большим числом витков тонкой проволоки (рис. 9.1) приводилась в быстрое вращение вокруг своей оси. Концы катушки с помощью гибких проводов были присоединены к чувствительному баллистическому гальванометру. Раскрученная катушка резко тормозилась, и в цепи возникал кратковременных ток, обусловленный инерцией носителей заряда. Полный заряд, протекающий по цепи, измерялся гальванометром. При торможении вращающейся катушки на каждый носитель заряда e массой m действует тормозящая сила, которая играет роль сторонней силы, то есть силы неэлектрического происхождения:
Сторонняя сила, отнесенная к единице заряда, по определению является напряженностью 
поля сторонних сил:
Следовательно, в цепи при торможении катушки возникает электродвижущая сила:
За время торможения катушки по цепи протечет заряд q, равный:
где – длина проволоки катушки, I – мгновенное значение силы тока в катушке, R – полное сопротивление цепи, 
– начальная линейная скорость проволоки. Хорошая электропроводность металлов объясняется высокой концентрацией свободных электронов, равной по порядку величины числу атомов в единице объема. Предположение о том, что за электрический ток в металлах ответственны электроны, возникло значительно раньше опытов Толмена и Стюарта. Еще в 1900 году немецкий ученый П. Друде на основе гипотезы о существовании свободных электронов в металлах создал электронную теорию проводимости металлов. Эта теория получила развитие в работах голландского физика Х. Лоренца и носит название классической электронной теории. Согласно этой теории, электроны в металлах ведут себя как электронный газ, во многом похожий на идеальный газ. Электронный газ заполняет пространство между ионами, образующими кристаллическую решетку металла. Из-за взаимодействия с ионами электроны могут покинуть металл, лишь преодолев так называемый потенциальный барьер. Высота этого барьера называется работой выхода.
При обычных (комнатных) температурах у электронов не хватает энергии для преодоления потенциального барьера. Согласно теории Друде–Лоренца, электроны обладают такой же средней энергией теплового движения, как и молекулы одноатомного идеального газа. Это позволяет оценить среднюю скорость теплового движения электронов по формулам молекулярно-кинетической теории:
При наложении внешнего электрического поля в металлическом проводнике кроме теплового движения электронов возникает их упорядоченное движение (дрейф), то есть электрический ток. Величина дрейфовой скорости электронов лежит в пределах 0,6 – 6 мм/c. Таким образом, средняя скорость упорядоченного движения электронов в металлических проводниках на много порядков меньше средней скорости их теплового движения. Малая скорость дрейфа не противоречит опытному факту, что ток во всей цепи постоянного тока устанавливается практически мгновенно. Замыкание цепи вызывает распространение электрического поля со скоростью c = 3·108 м/с. Через время
(l – длина цепи) вдоль цепи устанавливается стационарное распределение электрического поля и в ней начинается упорядоченное движение электронов.
В классической электронной теории металлов предполагается, что движение электронов подчиняется законам механики Ньютона. В этой теории пренебрегают взаимодействием электронов между собой, а их взаимодействие с положительными ионами сводят только к соударениям. Предполагается также, что при каждом соударении электрон передает решетке всю накопленную в электрическом поле энергию и поэтому после соударения он начинает движение с нулевой дрейфовой скоростью. Несмотря на то, что все эти допущения являются весьма приближенными, классическая электронная теория качественно объясняет законы электрического тока в металлических проводниках: закон Ома, закон Джоуля – Ленца и объясняет существование электрического сопротивления металлов.
Закон Ома:
Электрическое сопротивление проводника:
Закон Джоуля–Ленца:
Однако в ряде вопросов классическая электронная теория приводит к выводам, находящимся в противоречии с опытом. Эта теория не может, например, объяснить, почему молярная теплоемкость металлов, также как и молярная теплоемкость диэлектрических кристаллов, равна 3R (закон Дюлонга и Пти). Классическая электронная теория не может также объяснить температурную зависимость удельного сопротивления металлов: теория дает
в то время как из эксперимента получается зависимость ρ ~ T. Наиболее ярким примером расхождения теории и опытов является сверхпроводимость. Качественное различие между металлами и полупроводниками (диэлектриками) состоит в характере зависимости удельной проводимости от температуры. У металлов с ростом температуры проводимость падает, а у полупроводников и диэлектриков растет. При Т оК у чистых металлов проводимость sо ¥. У полупроводников и диэлектриков при Т оК, sо 0. Качественного различия между полупроводниками и диэлектриками в отношении электропроводности, нет. Проявление у одних веществ металлических свойств, а у других полупроводниковых и диэлектрических может быть последовательно объяснено только в рамках квантовой теории.
Согласно квантовым представлениям, энергия электронов в атоме может изменяться дискретным образом. Причем, согласно принципу Паули, в одном квантовом состоянии может находиться не более одного электрона. В результате электроны не собираются на каком-то одном энергетическом уровне, а последовательно заполняют разрешенные энергетические уровни в атоме, формируя его электронные оболочки. При сближении большого числа атомов и образовании кристаллической структуры химические связи между атомами образуются за счет электронов, находящихся во внешних, валентных, электронных оболочках.
Согласно принципу Паули, атомы не могут сбиться в плотную массу, поскольку в этом случае в одном квантовом состоянии оказалось бы много частиц с полуцелым спином — собственным моментом количества движения (L = ħ/2). Такие частицы называются фермионами, и к ним, в частности, относятся электроны, протоны, нейтроны. Названы они так в честь итальянского физика Э. Ферми, впервые описавшего особенности поведения коллективов таких частиц. При сближении большого числа атомов в пределах твердого тела происходит расщепление исходного энергетического уровня валентного электрона в атоме на N подуровней, где N — число атомов, образующих кристалл. В результате образуется зона разрешенных энергетических уровней для электронов в твердом теле (рис.9.2).
Рис.9.2
В металлах внешние валентные оболочки заполнены не полностью, например, у атомов серебра во внешней оболочке 5s1 находится один электрон, в то время как, согласно принципу Паули, могло бы находиться два электрона с различными ориентациями спинов, но второго электрона во внешней оболочке атома серебра просто нет. При сближении N атомов Ag и расщеплении внешнего энергетического уровня 5s11 на N подуровней каждый из них заполняется уже двумя электронами с различными ориентациями спинов. В результате при сближении N атомов серебра возникает энергетическая зона, наполовину заполненная электронами. Энергия, соответствующая последнему заполненному электронному уровню при 0 К, называется энергией Ферми eF≈kTg. Расстояние между соседними энергетическими уровнями DЕ очень мало, поскольку N очень велико, до .
eF~ 1¸10 эВ, ΔЕ = eF/N << kT » 0,025 эВ.
Расстояние между соседними разрешенными уровнями электронов в металлах много меньше энергии теплового движения электронов даже при самых низких температурах. Если поместить проводник в электрическое поле, включив его, например, в замкнутую цепь с источником ЭДС, то электроны начнут перемещаться из точки проводника с меньшим потенциалом к точке с большим потенциалом, так как их заряд отрицателен. Но движение в электрическом поле означает увеличение энергии электрона, а по квантовым представлениям, переход на более высокий энергетический уровень у электрона возможен, если этот соседний уровень свободен. В металлах таких свободных уровней для электронов, находящихся вблизи уровня Ферми, вполне достаточно, поэтому металлы являются хорошими проводниками электрического тока.
Однако эту проводимость обеспечивают не все свободные электроны металла, а лишь те из них, что расположены вблизи уровня Ферми. Концентрация таких электронов примерно равна nT/Tg, где Tg = 5×104 К – температура вырождения.