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相關(guān)物理量的簡(jiǎn)單說(shuō)明： 2,、電阻率：?jiǎn)挝皇恰皻W姆.米”，表示材料本身的導(dǎo)電性能強(qiáng)弱,。 3,、電流：即電流強(qiáng)度，單位“安培(A)”,，表示每秒流過(guò)導(dǎo)體上的電荷數(shù)量,，類似于“水的每秒流量”。 4,、電壓：?jiǎn)挝弧胺?V)”，大致相當(dāng)于水壓,，類似情況是：同樣1噸水,，水壓越高就能發(fā)出更多的電。 5,、功率：?jiǎn)挝弧巴?W)”,，表示每秒產(chǎn)生或消耗的能量，日常中一般用“馬力”表示功率大小,，一批馬拉車時(shí)功率大約是“1馬力”,，也就是735W，“馬力”這個(gè)概念就是從一匹馬干活的能力引申而來(lái),，注意功率不是力量的大??！力量小但速度大時(shí)同樣是大功率。簡(jiǎn)單理解就是一匹馬和一頭牛雖然一快一慢,，但它們的功率即“馬力”數(shù)可能相同,。 1、純銅導(dǎo)線的電阻及其影響 純銅的電阻率在20℃時(shí)為0.0175微歐.米,，其含義為：在20℃溫度條件下,，一米長(zhǎng)度純銅導(dǎo)體，當(dāng)截面積為1平方米時(shí),，該段導(dǎo)體的電阻值為0.0175微歐（注意：只計(jì)算電流沿長(zhǎng)度方向傳導(dǎo)時(shí)因電阻而產(chǎn)生電壓降）,。換算成1平方毫米的截面時(shí)，同樣是1米長(zhǎng)導(dǎo)線,，電阻則是上述值的一百萬(wàn)倍,，也就是0.0175歐姆，通常稱之為17.5毫歐,。 （因?yàn)?m2=1000000mm2,，一平方米截面等效為一百萬(wàn)根截面為1平方毫米的細(xì)導(dǎo)線并連工作從而減小電阻，所以導(dǎo)線的電阻值與截面積成反比,，這個(gè)原理很重要但容易理解）  記住這個(gè)17.5特別有用,，因?yàn)槌Ｒ?jiàn)的銅導(dǎo)線都是按平方毫米來(lái)標(biāo)注，例如居室內(nèi)墻插座的導(dǎo)線是2.5平方,，它的每米電阻值就是17.5/2.5＝7（毫歐）,。注意決定導(dǎo)線電阻值的是截面積而不是形狀。純圓形導(dǎo)線的直徑與截面積成正比,，但計(jì)算載流量（也就是導(dǎo)線允許持續(xù)通過(guò)的電大電流,，電流過(guò)大溫度就會(huì)過(guò)高，輕則加速老化,、重則短路起火,，本質(zhì)上還是電阻的發(fā)熱所致）時(shí)需要按截面（平方毫米）計(jì)算。另外非專業(yè)人員常犯的一個(gè)認(rèn)知錯(cuò)誤是：把線路長(zhǎng)度與導(dǎo)線長(zhǎng)度混為一談,。能夠送電的線路需要一去一回兩根導(dǎo)線共同構(gòu)成“回路”,，所以線路長(zhǎng)度等于導(dǎo)線長(zhǎng)度的兩倍（如果回路中兩根導(dǎo)線每段各有不同，或者類似三相四線制那樣的回路上不同區(qū)段的電流并不相同,，這時(shí)需要分段計(jì)算才有意義,，單獨(dú)計(jì)算全長(zhǎng)度的線路電阻根本沒(méi)用）。還有一點(diǎn),，純銅的導(dǎo)電性相比黃銅等合金銅是最強(qiáng)的,，所以大量廣告詞都用“純銅導(dǎo)線”這樣的說(shuō)法，但真實(shí)純度有多高就非常值得懷疑。 純銅導(dǎo)線的電阻簡(jiǎn)易計(jì)算只需要如下三個(gè)要點(diǎn)： 第一點(diǎn)：截面1平方毫米時(shí),，1米長(zhǎng)度的電阻值是17.5毫歐（這是由銅材料的電阻率決定的,，鋁材料電阻率更大而銀比銅更小）,； 第二點(diǎn)：電阻值與截面積成反比,，如果導(dǎo)線面積是N平方毫米，該導(dǎo)線每米長(zhǎng)度的電阻就等于17.5/N（毫歐）,，簡(jiǎn)稱為截面加倍則電阻減半,； 第三點(diǎn)：導(dǎo)線的電阻與長(zhǎng)度成正比，L米導(dǎo)線的電阻等于1米時(shí)的L倍（可以理解為多段線串連起來(lái)的結(jié)果）,。 表面看起來(lái)銅導(dǎo)線電阻很小,，可以忽略不計(jì)，其實(shí)不然,，電阻是否可以忽略取決于工作電流,。導(dǎo)線上的電阻有兩個(gè)潛在的危害：一是發(fā)熱：按焦?fàn)柖桑瑢?dǎo)線發(fā)熱是電流的作用所致且與電流的平方成正比（注意：是電流的平方而不是與電流成正比,！電流加倍則發(fā)熱量乘4?。虼嗣荛]環(huán)境下的導(dǎo)線發(fā)熱問(wèn)題是限制了載流量的決定因素（載流量即每平方毫米的截面積可以承受的最大持續(xù)電流,，注意不是瞬時(shí)電流,，因?yàn)樗矔r(shí)電流的發(fā)熱并不會(huì)積累，所以可以忽略）,。 導(dǎo)線電阻的第二個(gè)潛在危害是電壓損失,。這個(gè)問(wèn)題在家用線路上不明顯，因?yàn)榫€路長(zhǎng)度很短,，每米的損耗加起來(lái)也不多,。但對(duì)于室外線路這個(gè)電壓損失是決定了導(dǎo)線承載能力的主要因素。例如,，同樣是2.5平銅導(dǎo)線,，如果送電距離是100米，這時(shí)整個(gè)回路的兩根線加起來(lái)就是200米,，按前述計(jì)算方法,，折算的電阻值等于1.4歐。按常規(guī),，2.5平導(dǎo)線在密閉無(wú)散熱條件情況下額定載流量是15A（6x2.5=15），為什么是15A,？還能再大點(diǎn)嗎,？下面簡(jiǎn)單計(jì)算一下就能看到，15A作為2.5平方銅質(zhì)導(dǎo)線的額定截流量,，如果實(shí)際工作狀態(tài)剛好是15A電流時(shí)將會(huì)是什么情況： 15安x1.4歐＝21伏 15安x220伏=3300瓦 以上兩個(gè)簡(jiǎn)單計(jì)算可以說(shuō)明,，220V的交流電,，經(jīng)過(guò)100米距離后帶動(dòng)額定3300W的電器（為簡(jiǎn)化計(jì)算，這里先假定：電壓在一定范圍變化時(shí),，電器實(shí)際電流保持15A不變,，但電熱水器這樣的簡(jiǎn)單用電器會(huì)因?yàn)殡妷航档蛯?dǎo)致實(shí)際電流和功率都下降！）,，此時(shí)電器上實(shí)際電壓已經(jīng)不是220V,，而是199伏，電壓損失21伏,，電能損失超10%,。這個(gè)還是保守的計(jì)算，下文將繼續(xù)講到,，導(dǎo)線電阻并不是一個(gè)固定值,，它會(huì)隨著溫度升高而升高，當(dāng)溫度升高50度時(shí),，電阻值同步增加20%,，電壓損失則按比例增大。以上計(jì)算可見(jiàn),，當(dāng)線路長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)電壓損失太高,。如果單純通過(guò)降低載流量辦法，雖然可以減小電壓損失,、提高用電效率,，但線材成本太高。所以遠(yuǎn)距離送電必須提高電壓（本質(zhì)上是降低電流）,。 上面這個(gè)示例很有借鑒意義,，農(nóng)村的民房從低壓線桿上接電，距離數(shù)十米甚至上百米很常見(jiàn),。這段導(dǎo)線一般也不超過(guò)2.5平方（或4平方的鋁線）,。這時(shí)啟動(dòng)大功率電器（空調(diào)、水泵等）時(shí)明顯能看到燈光都會(huì)暗一下,，說(shuō)明電壓損失多么嚴(yán)重,！電壓損失直接危害是影響電器正常工作，間接害處是電費(fèi)損失,！因?yàn)殡姳碇蟮木€路損耗一樣會(huì)在電表上體現(xiàn)出來(lái),。當(dāng)然從變壓器到電表這一段主干線路也存在損耗，這個(gè)損耗隨著變壓器距離和總的用電量的增大而增大,，同時(shí)與線路導(dǎo)線的截面成反比,，好在這一段的損耗不會(huì)在住戶的電表中體現(xiàn)。 2、銅導(dǎo)線的溫度系數(shù) 純銅與大多金屬材料類似都有正的溫度系統(tǒng),，溫度每升高1度則阻值增加0.4%,。就因?yàn)檫@個(gè)原因，導(dǎo)線材料的電阻率都是特指20℃環(huán)境下的數(shù)值,。溫度系數(shù)引起的阻值增加的簡(jiǎn)單計(jì)算方法,，就是溫升50度阻值增加20%。一般的電線工作溫度不會(huì)超過(guò)70度,，否則很快就會(huì)老化并損壞絕緣層并導(dǎo)致火災(zāi),。但是電機(jī)和變壓器繞組內(nèi)沒(méi)有通風(fēng)散熱條件，導(dǎo)線溫度就很高,，可能會(huì)超過(guò)100度,，這時(shí)計(jì)算導(dǎo)線電阻時(shí)就必須充分考慮到實(shí)際工作溫度了。有些工作環(huán)境,，例如電腦開(kāi)關(guān)電源盒里面那個(gè)“共扼濾波器”,，就是一個(gè)大磁環(huán)繞了好幾組線圈那個(gè)部件，工作時(shí)磁芯材料本身是發(fā)熱大戶（比銅導(dǎo)線發(fā)熱更多）,，線圈繞組一直處于“被加熱”的狀態(tài),，所以溫度比較高，需要借助風(fēng)扇的強(qiáng)制風(fēng)冷解決溫度問(wèn)題,。一旦風(fēng)扇故障,，線圈繞組就會(huì)因過(guò)熱燒毀并進(jìn)一步損壞其他元件。導(dǎo)線的正溫度系數(shù)會(huì)帶來(lái)發(fā)熱＿升溫＿電阻率增加＿發(fā)熱再增加這樣的惡性循環(huán),，這是電機(jī),、變壓器之類設(shè)備線圈繞組發(fā)生過(guò)熱損壞的本質(zhì)原因。 3,、縮水的導(dǎo)線 現(xiàn)在每家每戶都會(huì)擁有數(shù)量可觀的充電器/充電線,，一些是手機(jī)或其他電子設(shè)備原配的，有些則是市場(chǎng)上買來(lái)的,。經(jīng)過(guò)拆解和測(cè)試,，手機(jī)用的充電線（也就是數(shù)據(jù)線）最粗的也不超過(guò)0.3平方毫米。老式手機(jī)充電電流一般都在0.5A以下,，所以早期的數(shù)據(jù)線的線芯普遍很細(xì)并不能算是“偷工減料”?，F(xiàn)在的大屏手機(jī)普遍都使用大容量電池，充電電流普遍在1－2A之間（一般是5V,，快充模式是9V）,，這時(shí)線芯不夠粗的線就表現(xiàn)出了電壓損失過(guò)大、充電時(shí)間延長(zhǎng)的癥狀,。  20℃時(shí)0.3平方的純銅導(dǎo)線每2米（也就是一米長(zhǎng)的雙芯線環(huán)路的等效長(zhǎng)度）理論值是0.12歐,，但實(shí)測(cè)多種充電線都在0.2歐以上,。市面購(gòu)買的一米長(zhǎng)的充電線，大多數(shù)環(huán)路電阻達(dá)到0.3歐以上（說(shuō)明截面不到0.15平方）,，如果充電電流1A，電壓損失0.3V以上,；即使小功率充電器,，充電電流0.5A，電壓損失依然有0.15V,，此時(shí)5V的輸出到了手機(jī)上就成了4.85V,。所以大多標(biāo)稱5V的充電器實(shí)際上輸出電壓都是5.2V，一定程度上就是彌補(bǔ)導(dǎo)線的損耗,。但是大屏手機(jī)需要1-2A的充電電流,，這時(shí)0.3-0.6V的電壓損失就太大了，不僅影響充電速度,，而且導(dǎo)線上直接損失了6%以上的電能,。另外當(dāng)充電線上電壓損失0.3V(此時(shí)輸入電壓實(shí)際值只有4.7V)時(shí)，將導(dǎo)致充電電流異常降低,，結(jié)果就是充電時(shí)間延長(zhǎng)了,。這就是為什么用劣質(zhì)充電線時(shí)會(huì)明顯感覺(jué)到充電過(guò)程變慢的根本原因。另外新式大屏手機(jī)普遍都使用了“快充”技術(shù),，快充技術(shù)并不是簡(jiǎn)單提高電流,，而是通過(guò)手機(jī)與充電器之間的“內(nèi)部通信”機(jī)制，命令充電器“升壓”,，然后手機(jī)內(nèi)部針對(duì)電池的情況再降壓,，這個(gè)快充方案主要就是為了克服充電線損耗而設(shè)計(jì)。 4,、多芯軟線的老化問(wèn)題 便攜設(shè)備的導(dǎo)線普遍都是軟質(zhì)導(dǎo)線,，這是為了方便收納。軟線與室內(nèi)供電線路那種獨(dú)芯線最大的不同是,，每根線都是由多股線銅絲組成（最多可達(dá)幾十根細(xì)線）,。這些細(xì)絲表面上緊緊擠在一起，但是間隙是不可避免的,，所以看起來(lái)同樣粗細(xì)的軟線與實(shí)芯硬線相比,，軟線的有效截面積小得多，比如1.5平方的軟線看起來(lái)有2.5平方獨(dú)芯硬線那么粗,，不是內(nèi)行根本不懂這些門道,，在市場(chǎng)被奸商“忽悠”是常事。  多芯軟線最大的弱點(diǎn)是容易“斷絲”,，就是經(jīng)常使用和彎折導(dǎo)致線芯的部分銅絲折斷了,。對(duì)于完全沒(méi)有氧化的高質(zhì)量軟線來(lái)說(shuō),，斷絲影響并不大，因?yàn)閿帱c(diǎn)的兩側(cè)所有銅絲彼此能接觸良好,，并形成一個(gè)導(dǎo)電整體,，斷的那一根只在斷點(diǎn)處失效了(所以斷點(diǎn)附近溫度比正常位置要高！),，其他部位仍然參與導(dǎo)電(如下圖所示),，所以線路總電阻增加很少。  但是,，如果銅線存在表面氧化生銹情況就會(huì)大大強(qiáng)化斷絲的危害,。因?yàn)檠趸P蝕的銅絲雖然緊靠在一起但已經(jīng)不能很好地橫向互通（相當(dāng)于涂了一層絕緣層），那么斷路的那根線全程都不再參與導(dǎo)電了,，每斷一芯,，線路電阻增加一分，斷絲一半時(shí),，線路電阻就加倍了,。典型的情形就是手機(jī)充電線的老化過(guò)程，原本質(zhì)量很好的導(dǎo)線,，用久了或拉傷了,，充電速度突然就變慢了，本質(zhì)上還是導(dǎo)線電阻變大導(dǎo)致更大的電壓損失,。當(dāng)然,，電阻變大的問(wèn)題，除了導(dǎo)線的原因,，還有可能是接插件“接觸不良”,，接觸不良通常表現(xiàn)為“不穩(wěn)定、時(shí)好時(shí)壞”,，這個(gè)問(wèn)題不在本文探討范圍之內(nèi),。 |
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