Solución al problema sobre el tema "resistividad del conductor". ¿Cómo funciona un pararrayos?

Si solo ve la condición de la tarea, pero no hay solución, entonces haz clic en el spoiler abajo.

Opción 1
1. ¿Qué carga fluye por la bobina de un galvanómetro conectado al circuito durante 2 minutos si la corriente en el circuito es de 12 mA?
2. Al construir un pararrayos se utilizó un alambre de acero con una sección transversal de 35 mm y una longitud de 25 m. Determine su resistencia.
3. Determine la corriente en un reóstato con una resistencia de 650 ohmios si se le aplica un voltaje de 12 V.
Opción 2
1. Determine la intensidad de la corriente en una lámpara eléctrica si una carga eléctrica de 150 C pasa a través de ella en 5 minutos.
2. ¿Cuántos metros de alambre de níquel con una sección transversal de 0,1 mm2 se necesitarán para fabricar un reóstato con una resistencia de 180 ohmios?
3. En la base de la bombilla está escrito: “3,5 V;
0.28.A.” Encuentra la resistencia del filamento de la lámpara.
Opción 3
1. Al soldar eléctricamente, la corriente alcanza los 200 A. ¿Qué carga eléctrica pasa por la sección transversal del electrodo en 5 minutos?
2. Determine el área de la sección transversal de un filamento de tungsteno en una lámpara eléctrica si la longitud del filamento es de 100 mm y su resistencia al frío es de 27,5 ohmios.
3. ¿Qué voltaje se debe crear en los extremos de un conductor con una resistencia de 20 ohmios para que aparezca en él una corriente de 0,5 A?
Opción 4
1. Una carga de 6000 C pasó por la espiral de una estufa eléctrica en 2 minutos. ¿Cuál es la intensidad actual en la bobina?
2. ¿Cuál es la resistividad de un cable de tranvía si su longitud es de 10 km, su sección transversal es de 70 mm y su resistencia es de 3,5 ohmios?
3. Determine la corriente en una bombilla cuya resistencia es de 400 ohmios y el voltaje en los terminales es de 120 V.
Opción 5
1. La corriente en el hierro es 0,3 A. ¿Qué carga eléctrica pasará por su bobina en 10 minutos?
2. ¿Cuál es la resistencia de un alambre de aluminio con una longitud de 1,8 km y una sección transversal de 10 mm2?
3. Calcule el voltaje en los terminales de un amperímetro, cuya corriente es de 6,2 A, si la resistencia del amperímetro es de 0,0012 ohmios.
Opción 6
1. 12 * 1019 electrones pasan por la sección transversal de conductores en 2 s. ¿Cuál es la intensidad de la corriente en el conductor? Carga de electrones 1,6 * 10~19 C.
2. ¿Cuántos metros de alambre de cobre con una sección transversal de 2 mm se deben tomar para que su resistencia sea igual a 1 ohmio?
3. La corriente en un hervidor eléctrico es de 3 A a un voltaje de 220 V. ¿Cuál es la resistencia del hervidor?
Opción 7
1. ¿Pasarán las mismas cargas eléctricas a través de la sección transversal del conductor en 3 s con una corriente de 5 A y en medio minuto con una corriente de 0,5 A?
2. ¿Qué sección debe tomarse de un alambre de acero de 5 km de largo para que su resistencia sea de 60 ohmios?
3. ¿Qué voltaje se debe aplicar a un conductor con una resistencia de 0,25 ohmios para que haya una corriente de 30 A en el conductor?
Opción 8
1. ¿Cuánto tiempo tardará una carga igual a 10 C en pasar a través de la sección transversal del conductor con una corriente de 0,1 A?
2. Un cable de cobre con una sección transversal de 1 mm2 debe reemplazarse por un cable de acero de la misma longitud sin cambiar la resistencia del conductor. ¿Qué sección transversal debo usar para alambre de acero?
3. ¿Qué resistencia tiene un cable de cobre si, a una corriente de 20 A, el voltaje en sus extremos es de 8 V?
Opción 9
1. Cuando una carga de 10 C pasa por una sección del circuito, se realizan 5000 J de trabajo ¿Cuál es el voltaje en esta sección?

2. Dos alambres de la misma sección transversal están hechos del mismo material. La longitud del primero es de 50 cm y del segundo de 2 m. ¿Qué cable tiene menor resistencia y en qué medida?
3. Determine la corriente que pasa a través de un reóstato hecho de alambre de níquel con una longitud de 50 my un área
sección transversal 1 mm2, si la tensión en los terminales del reóstato es de 45 V.
Opción 10
1. Cuando la misma carga eléctrica pasa por un conductor, se realizan 80 J de trabajo y en el otro, 200 J. ¿En qué conductor el voltaje es mayor y cuántas veces?
2. Hay dos alambres de aluminio de la misma longitud.
área de sección transversal 2 mm y 4 mm. ¿Qué cable tiene más resistencia y en qué medida?
3. ¿Cuántos metros de alambre de nicrom con una sección transversal de 0,1 mm2 se necesitarán para hacer la espiral de una estufa eléctrica diseñada para un voltaje de 220 V y una corriente de 4,5 A?

Los rayos son una poderosa manifestación de las fuerzas de la naturaleza, con las que el hombre se enfrenta con envidiable regularidad. Se trata de una descarga eléctrica que se produce debido a la fricción mutua de los flujos de aire caliente con las gotas de agua de las nubes y con el suelo. Su energía es tan grande que derriba árboles, prende fuego a tejados de madera y desactiva los aparatos eléctricos y todo el cableado eléctrico. Para protegerse contra las consecuencias negativas de un rayo, se instalan pararrayos.

El diseño de los pararrayos no puede considerarse complicado, pero durante su construcción uno debe guiarse por los principios de confiabilidad, seguridad contra incendios y cumplir con los parámetros descritos en las instrucciones.

Historia del pararrayos

La Tierra, en esencia, es un enorme condensador. Una cubierta es la superficie del planeta y todo lo que hay en él. El otro revestimiento está formado por cargas libres en la atmósfera. El aire en este sistema desempeña el papel de dieléctrico. Es su ruptura lo que constituye el rayo.

Al darse cuenta de la esencia del rayo como proceso eléctrico, Benjamin Franklin inventó y desarrolló el primer pararrayos. El talentoso físico no pudo desarrollar su don científico debido a su tormentosa actividad política, razón por la cual su retrato aparece en el billete de cien dólares.

Tesla se dio cuenta de que un rayo cae sobre el punto más alto de la Tierra debido al menor espesor del dieléctrico (capa de aire). Como resultado de una serie de experimentos, la cometa se convirtió en el primer pararrayos de la historia. En Rusia, incluso antes, Lomonosov llevó a cabo experimentos similares junto con otro físico Richman.

En general, un pararrayos es un dispositivo que elimina la energía destructiva del rayo del objeto protegido y la disipa mediante conexión a tierra. La importancia de los pararrayos se conoció hace muchos siglos al observar cómo los rayos caían sobre árboles altos, columnas y torres. Sin embargo, los experimentos científicos y las conclusiones válidas no se hicieron hasta el siglo XIII.

Partes de la estructura

En principio, el diseño de cualquier pararrayos implica la presencia de tres componentes.

El pararrayos debe soportar tensiones de millones de voltios, altas temperaturas y golpes importantes (un rayo puede partir un árbol grande). Esta parte del pararrayos está hecha de metal conductor. Utilice alambre de acero de gran diámetro (10-12 mm), tira o varilla de acero.

El conductor de corriente que conecta el pararrayos con el electrodo de tierra está hecho de un conductor y debe resistir el flujo a corto plazo de corrientes colosales. Empresas nacionales y extranjeras se dedican a la producción de bajantes. Junto con el conductor, ofrecen fijaciones, lo que simplifica enormemente la instalación de los dispositivos.

La tercera parte del pararrayos es un dispositivo de puesta a tierra (GD), que facilita el flujo libre de corriente hacia el suelo desde el conductor.

Aquí bien podríamos añadir la base sobre la que se ensambla toda esta estructura. Pero normalmente se trata de los propios objetos de protección (edificios, soportes de líneas eléctricas, etc.), aunque el diseño de un pararrayos puede implicar su colocación como una unidad independiente sobre una base separada.

Para evitar la corrosión, los elementos del pararrayos deben estar galvanizados o al menos pintados. Si se utiliza pintura, la parte del conductor de puesta a tierra ubicada en el suelo no se pinta.

Especies

En general, se pueden distinguir los siguientes tipos de pararrayos utilizados en la práctica:

• los más habituales, por su bajo coste y diseño sencillo, pero por tanto no menos eficaces, son los pararrayos;
• proporcionar protección para objetos extendidos, como edificios largos o líneas eléctricas de alto voltaje;
• Para la protección de objetos especialmente importantes se prefieren los más eficaces.

El coste de un pararrayos de malla es muy elevado. Por lo tanto, a pesar del alto grado de protección, estos dispositivos se utilizan muy raramente cuando la protección contra rayos es de particular importancia. Los sistemas de cable y varilla son aproximadamente equivalentes en eficiencia, pero debido a la facilidad de mantenimiento y la ligera diferencia de costo, estos últimos tienen prioridad en su uso.

Un tipo separado de pararrayos es. Externamente, prácticamente no se diferencian de los dispositivos de varilla. La única diferencia es que en el pararrayos (en la punta) hay un dispositivo electrónico integrado que ayuda a generar pulsos de alto voltaje durante una tormenta. Al crear un "cebo" de este tipo para los rayos, los sistemas activos literalmente lo atrapan. Este tipo de dispositivo se considera el más eficaz.

Hay empresas que han dominado la producción de pararrayos de forma industrial, pero muchas veces estos dispositivos, dada su sencillez, se fabrican de forma independiente.

Instalación de pararrayos.

Cabe señalar de inmediato que los requisitos del PUE prevén la conexión entre todas las partes del pararrayos exclusivamente mediante soldadura. Si esto no es posible, se permite una conexión roscada con pernos y tuercas. Se debe aumentar el área de arandelas utilizadas para las conexiones roscadas. No está permitido instalar elementos del sistema retorciendo cables ni ningún otro método.

Por supuesto, se debe maximizar la altura del pararrayos, que determina principalmente su eficacia. Según las instrucciones del RD, para garantizar una protección confiable, el pararrayos debe elevarse al menos 3 m por encima de la superficie de la estructura. Esto se aplica a los dispositivos de varilla. La altura de instalación de un pararrayos de cable depende de la longitud y la altura del edificio, el diseño del electrodo de tierra y la resistividad del suelo, puede ser de 3 a 4 m. Para instalar el cable, se recomienda reforzarlo; soportes de madera en ambas cumbreras del edificio, y estire el cable pararrayos entre ellas si hablamos de techos a dos aguas.

Las características de diseño de los pararrayos de malla permiten montar dichos dispositivos mucho más abajo. Dependiendo de la inclinación de la rejilla, se pueden ubicar a diez o varias decenas de centímetros del tejado plano. Se puede colocar una malla con celdas de 6x6 cm directamente sobre la superficie del techo o incluso debajo de una capa de aislamiento si no es inflamable.

Conductor de bajada y electrodo de tierra.

El conductor de corriente (conductor de bajada) no es un elemento menos importante del pararrayos que el pararrayos o el dispositivo de puesta a tierra. Si el pararrayos debe tener una sección transversal igual a 100 mm2 (pararrayos con un diámetro de 12 mm), un conductor de bajada que no experimente cargas térmicas y de choque no puede tener un diámetro inferior a 6 mm (PUE). Una mayor sección transversal del conductor de bajada, teniendo en cuenta la posible magnitud de la corriente que fluye a través de él, es bienvenida.

El dispositivo de conexión a tierra del pararrayos suele estar conectado al circuito de conexión a tierra de todo el edificio. En el caso de un dispositivo de protección contra rayos independiente, se utilizan como cargador pasadores metálicos clavados o enterrados en el suelo. Para mejorar la conductividad, a veces estos pasadores se combinan en grupos, soldándolos en estructuras rectangulares mediante una tira de acero. Pero en cualquier caso, los requisitos del PUE regulan la resistencia entre el cargador y tierra, que no debe exceder los 40 ohmios con una resistividad del suelo de 1 kOhm*m.

Todos los elementos del pararrayos deben estar protegidos de forma fiable contra daños por corrosión. La mejor manera de lograrlo es utilizar acero galvanizado para los elementos del sistema.

Zonas de protección

El diagrama de la zona de protección de un pararrayos independiente es un cono grande. Para pararrayos que no superen una altura de 150 m, se aceptan las siguientes dimensiones totales del dispositivo:

• para el área ubicada a nivel del suelo h0 = 0,85h; r0 = (1,1 – 0,002h)h; rx = (1,1 – 0,002h)(h – hx/0,85);
• para una zona a nivel del tejado, por ejemplo: h0 = 0,92h; r0 = 1,5h; rx = h – 1,5(hx/0,92);

donde h es la altura del pararrayos; h0 – cierta altura (generalmente el nivel del techo); rx es el diámetro de la base del cono a la altura h0.
Habiendo decidido las dimensiones condicionales, puede utilizar la fórmula.

h = (rx + 1,63hx)/1,5

para calcular los parámetros requeridos. Si, por ejemplo, se conocen rx y hx (el radio requerido de la zona de protección y la altura especificada de esta zona), es posible calcular la altura de un solo pararrayos necesaria para una protección confiable h. Y, a la inversa, con h y hx conocidos, el radio de la zona rx se calcula fácilmente y, comparándolo con el requerido, se llega a una conclusión sobre la efectividad del dispositivo de protección contra rayos.

Cálculo de doble varilla.

Aproximadamente las mismas acciones se llevan a cabo al calcular un pararrayos de doble pararrayos y, en principio, un grupo de ellos. Aquí solo es necesario tener en cuenta la distancia L a la que se encuentran los pines entre sí. Habiendo construido zonas circulares de protección para cada uno de ellos, miran su intersección. Si todo el espacio protegido se encuentra dentro de sus límites, se garantiza una protección fiable. Utilizando el mismo escenario, puede determinar zonas de protección para dispositivos de diferentes alturas.

La zona de protección de un pararrayos de cable, o más precisamente, su base, tiene la forma de un rectángulo redondeado. Para un único dispositivo de este tipo con una altura h inferior a 150 m, se hacen las siguientes suposiciones:

donde el salto es la altura del soporte.

Luego para la zona a nivel del suelo se aceptan las siguientes dimensiones:

h0 = 0,85h; r0 = (1,35 – 0,0025h)h; rx = (1,35 - 0,0025h)(h - hx/0,85).

Para una zona ubicada a una determinada altura hx, estas dimensiones se especifican de la siguiente manera:

h0 = 0,92h; r0 = 1,7h; rx = (h-hx/0,92).

Como en el caso de un pararrayos, un dispositivo de cable también tiene una fórmula que permite determinar cualquiera de sus parámetros según los dados, a saber:

h = (rx + 1,85hx)/1,7.

Con su ayuda, puede determinar la altura requerida del dispositivo, basándose en los parámetros conocidos del área a proteger y su altura, o realizar el procedimiento inverso.

De hecho, calcular las zonas de protección de los dispositivos de protección contra rayos es un poco más complicado. Los métodos descritos muestran sólo los principios en los que se basa. Se puede encontrar fácilmente información más detallada en la literatura especializada.

27.02.2014 4599 0

Objetivos: familiarizar a los estudiantes con la resistencia eléctrica de los conductores como cantidad física; explicar la naturaleza de la resistencia eléctrica basándose en la teoría electrónica; Muestre la dependencia de la resistencia de las dimensiones geométricas del conductor.Animar a los estudiantes a superar las dificultades en el proceso de la actividad mental, a cultivar el interés por la física.

Población:corriente eléctrica en diversos conductores metálicos; dependencia de la resistencia del conductor de su longitud, área de sección transversal y material.

Progreso de la lección

I. Momento organizacional

II. Repetición de lo aprendido.

revisando la tarea

Si en la lección anterior no hubo tiempo suficiente para realizar un trabajo independiente, puede trabajar con él al comienzo de esta lección o realizar un examen frontal sobre el tema "Tensión eléctrica".

III. Aprendiendo nuevo material

Plan de presentación de nuevo material:

1. Resistencia eléctrica de un conductor.

2. Dependencia de la resistencia del conductor de su longitud, sección transversal y material.

3. Resistividad.

1. Puede comenzar a formarse una idea de la resistencia con un experimento cuyo propósito es mostrar que la intensidad de la corriente en un conductor depende no solo del voltaje, sino también de las propiedades del propio conductor.

Montamos un circuito eléctrico a partir de una fuente de corriente y un cable de cobre en el bloque, un interruptor, un amperímetro y un voltímetro. Cerramos el circuito y registramos las lecturas del amperímetro y voltímetro. Luego, en lugar de un cable de cobre, encendemos un cable de níquel de la misma longitud y sección transversal. La corriente en el circuito disminuye. Si enciende el cable de hierro, la intensidad de la corriente aumentará significativamente. Un voltímetro, cuando se conecta a los extremos de estos cables, muestra el mismo voltaje. En consecuencia, la intensidad de la corriente depende de alguna propiedad del conductor. La conclusión es obvia: los conductores afectan la intensidad de la corriente; en otras palabras, proporcionan resistencia actual Evidentemente, ese conductor tiene mayor resistencia, por el que pasa menos corriente al mismo voltaje.

La propiedad de un conductor de limitar la corriente en un circuito se llama resistencia.

Para que los estudiantes comprendan mejor la naturaleza de la resistencia eléctrica, es necesario considerar representaciones modelo de la corriente eléctrica en un metal, llamando la atención de los estudiantes sobre la interacción de los electrones en movimiento con los iones de la red cristalina.

Surge la pregunta:

- ¿Cuál es la razón que limita la corriente en un conductor? A través del razonamiento lógico, los estudiantes llegan a la conclusión de que existen dos razones:

a) el campo eléctrico de iones cargados positivamente de la red cristalina actúa con fuerza sobre los electrones, reduciendo su velocidad de movimiento direccional y, en consecuencia, la fuerza de la corriente;

b) el efecto del campo eléctrico de los electrones sobre los electrones vecinos, que también conduce a una disminución en la velocidad de su movimiento direccional.

- ¿Qué y cómo depende la resistencia de un conductor?

Al realizar experimentos para determinar los factores que influyen en la resistencia del conductor, el profesor hace preguntas a la clase:

- ¿Cómo mostrar experimentalmente la dependencia de la resistencia de un conductor de su longitud? ¿Área de sección transversal?

- ¿Cómo se puede demostrar que la resistencia de un conductor depende del tipo de sustancia de la que está hecho?

Habiendo aclarado las razones que limitan la intensidad de la corriente en un conductor, procedemos a formular una definición general del valor de la resistencia. Para ello, realizaremos una serie de experimentos con conductores de diversas longitudes, secciones transversales y materiales. Los estudiantes, analizando los resultados obtenidos, llegan de forma independiente a la conclusión:

Resistencia de los conductores directamente proporcional a la longitud, inversamente proporcional al área sección transversal y Depende del material.

La resistencia eléctrica se indica con la letra.R. = Ohmios.

La unidad de resistencia se considera la resistencia de un conductor en el que, a un voltaje en los extremos de 1 V, la corriente es 1 A.

3. Resistividad. Si denotamos la resistencia de un conductor con la letra R , su longitud es 1 y su área de sección transversal es S , entonces la fórmula para calcular la resistencia se verá así:

Dónde r- coeficiente que caracteriza las propiedades eléctricas de la sustancia de la que está hecho el conductor. Este coeficiente se llama resistividad sustancias. Es igual a:

R.S. De: Ohm-mm

Al final de la lección, es necesario presentar a los estudiantes una tabla de resistividades eléctricas de algunas sustancias. Dado que la resistencia de los conductores metálicos depende de la temperatura (aumenta al aumentar la temperatura), la tabla muestra los valores de resistividad para una temperatura de 20°C.

- Resistividad del níquel 0,4 Ohmios mm

¿Qué significa?

De la tabla se deduce que la plata y el cobre son los mejores conductores de electricidad. Para los elementos calefactores, es conveniente utilizar sustancias con alta resistividad, por ejemplo, nicromo.

IV. Consolidación de lo aprendido. resolución de problemas

Para consolidar el material es recomendable dedicar el final de la lección a la resolución de problemas sencillos sobre el tema estudiado:

Problema 1

¿Cuál es la resistencia de un alambre de cobre de 1 m de largo y con un área de sección transversal de 1 mm?

Problema 2

Hay dos cables de cobre de la misma longitud. Uno tiene un área de sección transversal de 1 mm 2 y el otro tiene un área de sección transversal de 5 mm 2. ¿Qué cable tiene menos resistencia y en qué medida?

Problema 3

Al instalar un pararrayos se utilizó un alambre de acero con una sección transversal de 35 mm 2 y una longitud de 25 m. Determine su resistencia.

Problema 4

Mercurio llena un tubo de vidrio con una sección transversal interna de 1 mm 2 y tiene una resistencia de 2 ohmios. Calcule la longitud de la columna de mercurio en el tubo.

Tarea

1. § 39 del libro de texto; preguntas y tareas para párrafos.

Lección No.

Tema de la lección: Resolución de problemas para calcular la resistividad

conductor.

Propósito de la lección: Consolidar los conocimientos de los estudiantes sobre este tema. Forma

habilidades de cálculo.

Tareas:

Educativo:

Educativo:

desarrollar las cualidades personales de los estudiantes: precisión, atención, perseverancia;

Cultivar una cultura de comunicación cuando se trabaja en grupos.

fomentar el interés cognitivo por el tema;

desarrollar la capacidad de construir una cadena lógica de razonamiento.

Educativo:

continuar desarrollando habilidades para resolver problemas sobre este tema;

continuar desarrollando las habilidades para analizar las condiciones de los problemas y las respuestas, poder sacar conclusiones y generalizar;

Continuar el desarrollo de la memoria y las habilidades creativas.

Progreso de la lección : I Parte organizativa.

II Comprobación de la tarea utilizando la estructura. AMIGOS DEL RELOJ

III Resolución de problemas.

IV Tarea.

I El profesor saluda a los alumnos. Les pregunta cuál es su estado de ánimo, si todos están listos para la lección.

Nos familiarizamos con la intensidad actual, el voltaje y la resistencia del conductor. Ahora comprobaremos cómo has dominado este material. Revisaremos tu tarea usando la estructura. AMIGOS DEL RELOJ. Prepara tu reloj hecho a mano. A mi orden, te reúnes con tu amigo con quien está prevista la reunión para esa hora. Les hago una pregunta y en el tiempo asignado un alumno responde al otro, y luego cambian de roles. Después de cada pregunta formulada, el profesor cambia el horario de la reunión y nuevamente los alumnos responden a la pregunta planteada por el profesor.

II 1. ¿Qué es la corriente eléctrica? (tiempo 20 segundos)

2. ¿Cómo calculamos la fuerza actual?

3. ¿Cómo y en qué unidades medimos la corriente?

4. ¿Qué es el voltaje?

6. ¿Cómo y en qué unidades medimos el voltaje?

7. ¿De qué depende la resistencia de un conductor?

El profesor puede pedir respuestas a 2, 3, 4 estudiantes.

III Hay trozos de papel sobre las mesas con problemas impresos que deben resolverse.

Al construir el pararrayos se utilizó alambre de acero con una sección transversal de 35 mm 2 y una longitud de 25 m. Determine su resistencia.

ρ = 0,12 ohmios mm 2 /m

S = 35 mm 2 R = ρ R = 0,12 ohmios mm 2 /m 25 m / 35 mm 2 = 0,09 ohmios

longitud = 25 m

R=? Respuesta: R = 0,09 ohmios

¿Cuántos metros de alambre de níquel con una sección transversal de 0,1 mm 2 se necesitarán para fabricar un reóstato con una resistencia de 180 ohmios?

S = 0,1 mm2

ρ n = 0,42 ohmios mm 2 /m R = ρ l = 180 ohmios 0,1 mm 2 / 0,42 ohmios mm 2 /m = 42,9 m

R = 180 ohmios

l = RS / ρ

Respuesta: l = 42,9m

Fizminutka

Determine el área de la sección transversal de un filamento de tungsteno en una lámpara eléctrica si la longitud del filamento es de 100 mm y su resistencia al frío es de 27,5 ohmios.

ρ = 0,055 ohmios mm 2 /m R = ρ

1 = 100 m S = 0,055 ohmios m/mm 2 100 m /27,5 ohmios = 0,2 mm 2

S = ρ 1 / R

R = 27,5 ohmios

S = ? Respuesta: S = 0,2 mm 2

¿Cuál es la resistividad de un cable de tranvía si su longitud es de 10 km, su sección transversal es de 70 mm 2 y su resistencia es de 120 ohmios?

Chicos, hemos terminado el trabajo. Escribe tu tarea

Casas IV: repite todas las fórmulas, definiciones.

Redacta tres problemas para encontrar el ritmo. resistencia pr-ka.,

longitud del pr-ka, sección transversal del pr-ka.

Espero que hayas aprendido algo útil de esta lección de hoy. ¡Buena suerte para ti!

La naturaleza de los rayos es tal que es casi imposible predecir el lugar y el momento en que caerá la electricidad atmosférica. Existe una gran cantidad de teorías sobre lo que sucede cuando un rayo cae al suelo, pero hasta ahora no ha sido posible aclarar completamente la situación, a pesar de todas las garantías de los expertos.

El único medio probado para ayudar a protegerse de una descarga atmosférica es un pararrayos. Pero no se puede hacer una estructura para protegerse de la caída de un rayo sin tener una idea de cómo funciona un pararrayos. En lugar de una protección eficaz, sólo se puede aumentar la probabilidad de que caiga un rayo. La efectividad de un dispositivo simple será bastante alta si el propietario sabe exactamente cómo hacer un pararrayos en una casa privada para desviar la caída de un rayo y al mismo tiempo protegerse de una descarga eléctrica.

¿Qué es un sistema de protección contra rayos?

Muy a menudo, el conocimiento de cómo funciona un pararrayos se reduce a varios hechos bien conocidos:

• Caída de rayos durante el paso de un frente de tormenta sobre una zona con terreno variable o con gran cantidad de árboles, edificios o edificios densos y de gran altura;
• Los objetos metálicos, la maquinaria y el equipo de construcción, las torres y los árboles altos suelen ser el objetivo de los rayos;
• La única forma de compensar de forma segura la caída de un rayo es conectar a tierra de manera efectiva el pararrayos.

En el modelo del rayo, se supone que la descarga eléctrica comienza en las nubes de tormenta y, al impactar, el líder luminoso se dirige a la superficie de la tierra. El principio de funcionamiento de un pararrayos es conmutar la descarga eléctrica a un bus de cables especial que envía la carga del rayo profundamente al suelo.

¡Para tu información! Para una persona, la principal condición para protegerse contra un rayo es la ausencia de una conexión galvánica con suelo húmedo, ropa seca y, lo más importante, la presencia de objetos cercanos que puedan realizar las funciones de un pararrayos.

Hoy en día, incluso un escolar sabe en qué consiste un pararrayos. El diseño de protección contra rayos más simple se basa en tres partes básicas:

• Pararrayos o cabeza de pararrayos, que recibe el impacto de la descarga eléctrica de un rayo;
• Un circuito conductor formado por una barra colectora de acero gruesa o varios cables de cobre de gran sección;
• Sistemas de puesta a tierra para impacto y disipación de rayos.

La condición principal para una protección eficaz contra los rayos es la selección correcta de la sección metálica de la barra colectora, la instalación de un pararrayos a la altura óptima y una conexión a tierra segura. No te dejes engañar por la sencillez e incluso primitivismo de su diseño. Si no se siguen las reglas más simples, la estructura de acero y el pararrayos no pueden ser menos peligrosos que el propio rayo.

¿Qué sucede durante una tormenta y un rayo?

El proceso de generar una descarga eléctrica en el suelo es bastante complejo y difícil de predecir. Ni siquiera la tecnología y los métodos de cálculo modernos pueden indicar la ubicación de un rayo. Por tanto, el principio de funcionamiento de un pararrayos se basa en la llamada inicialización o provocación de una descarga de rayo.

Con los primeros signos de tormenta, debido al potente campo eléctrico que se encuentra en el aire sobre objetos altos, antenas y cabezas de pararrayos, el número de cargas positivas aumenta considerablemente. Todavía no hay tormentas ni relámpagos, pero ya se han acumulado enormes nubes de iones cargados sobre las cimas. La fuente de cargas que fluyen hacia arriba es la superficie de la tierra.

Cualquiera puede incluso oler estas cargas; todo el mundo sabe cómo aumenta la humedad antes de una tormenta y los olores de la vegetación y de la tierra húmeda se vuelven más expresivos. Si toca un pararrayos con las manos, puede sufrir una pequeña descarga eléctrica.

Dado que el pararrayos está conectado a tierra, el mayor potencial de carga se acumula alrededor de la punta y la barra colectora del pararrayos, por lo que el rayo cae precisamente sobre las partes metálicas de la protección, y no sobre el techo o la casa vecina.

En algunos casos, los pararrayos y las barras colectoras están equipados adicionalmente con pararrayos o protección de válvulas. Básicamente, se trata de un contorno de neumático doblado en un anillo o elipse con un espacio. A medida que aumenta la intensidad del campo, la carga acumulada se descarga en el circuito, reduciendo así la probabilidad de que caiga un rayo sobre este objeto en particular. En primer lugar, estos pararrayos con protección de válvula están equipados con objetos en los que la caída de rayos puede tener consecuencias catastróficas, por ejemplo, instalaciones de almacenamiento de combustible, subestaciones transformadoras o líneas eléctricas.

Cómo construir un pararrayos seguro con tus propias manos.

No es exagerado decir que un sistema de protección contra rayos puede representar un gran peligro para la vida humana, los dispositivos electrónicos, los sistemas de suministro de energía e incluso para las personas y animales cercanos.

¿Qué peligro supone un pararrayos mal construido?

Durante la caída de un rayo, llega a la cabeza una carga eléctrica de 150-200 C o varios cientos de kilovatios de electricidad. Esto es suficiente para quemar un bus de protección de acero con una sección transversal de 100-150 mm 2 o prender fuego al marco de la viga del techo y evaporar 200-250 litros de agua. Después de la caída de un rayo, las cargas entrantes en el pararrayos no desaparecen durante una milésima de segundo, el sistema de protección funciona como un condensador gigante.

¡Importante! Vale la pena recordar que la energía de cientos de kilovatios no se puede disipar en una fracción de segundo después de que cae el rayo. Al menos otros 3-5 segundos. el sistema está descargado. Si toca partes del pararrayos con la mano en este momento, una descarga eléctrica puede tener consecuencias graves.

Si la conexión a tierra del pararrayos se construye correctamente, casi toda la energía de la carga del rayo fluye hacia la capa superficial del suelo. El proceso de drenaje de carga es muy complejo y es casi imposible decir exactamente cómo se moverán las cargas desde la cabeza hasta la parte de conexión a tierra del pararrayos. Si el bus conductor tiene una mayor resistencia al movimiento de las cargas, entonces parte de la energía se puede descargar al cableado eléctrico, las líneas telefónicas, las partes metálicas del techo y la estructura del edificio cercanos.

La electricidad puede pasar incluso a través de refuerzos de hormigón armado o yeso húmedo. Como resultado de la caída de un rayo, puede producirse una sobretensión en la red eléctrica y las partes de madera o plástico del edificio pueden incendiarse. Si el autobús se quema en el momento de una descarga eléctrica, la corriente fluirá hacia el suelo a lo largo de todas las superficies conductoras cercanas, incluso si no hay contacto directo con el conductor de tierra.

Pueden ocurrir consecuencias aún más graves si hay una persona cerca del autobús y del metal de conexión a tierra. Incluso si la barra colectora y la parte de puesta a tierra del pararrayos están en buenas condiciones, parte de la carga del rayo se descarga a través del aire húmedo y las partes conductoras cercanas. Las consecuencias para una persona pueden ser las mismas que si estuviera debajo de un árbol alcanzado por un rayo.

Además, en el momento en que la descarga se propaga en el suelo, durante una fracción de segundo surge una tensión escalonada, que no es menos peligrosa que la propia descarga eléctrica. Por lo tanto, un peatón que circula por el camino muy cerca del circuito de tierra tiene todas las posibilidades de recibir una fuerte descarga eléctrica. Las estadísticas conocen casos en los que, durante la caída de un rayo, una descarga lateral saltó del neumático a las partes metálicas del paraguas.

Requisitos para la disposición de una puesta a tierra efectiva de un pararrayos.

La esencia del voltaje escalonado se reduce a lo siguiente. La carga que fluye por el bus desde el pararrayos hasta el electrodo de tierra ingresa al suelo casi en un punto, en el que se crea el potencial eléctrico más alto, a medida que se aleja, la magnitud del voltaje eléctrico disminuye considerablemente; Una persona, al dar un paso cerca de un neumático, se encuentra en una situación en la que cada pierna está bajo su propio potencial. Como resultado, la corriente comienza a fluir de un pie al otro y la persona recibe un fuerte golpe.

Por lo tanto, el primer requisito para un pararrayos eficaz se refiere a la disposición de la parte de puesta a tierra. El contorno de dispersión debe construirse de acuerdo con las siguientes reglas:

• La estructura de puesta a tierra tiene la forma de un circuito cerrado con una sección transversal de al menos 4x4 cm, con mayor frecuencia de forma triangular o rectangular con una longitud lateral de 1,5 a 2 m;
• El circuito se suelda al bus que transporta corriente únicamente mediante soldadura. Si el neumático está hecho de cobre o aluminio, entonces a una altura de al menos 30-40 cm sobre el nivel del suelo es necesario instalar un adaptador de "cobre-acero" o "aluminio-acero";
• La profundidad de inmersión del circuito oscila entre 70 y 100 cm, dependiendo de la humedad y la resistencia del suelo.

Cabeza de pararrayos

En los diagramas siguientes se muestran tipos más comunes de pararrayos. La versión ideal de un pararrayos en una casa privada debe tener la forma de una torre o barra independiente, con una altura igual a una distancia y media desde el suelo hasta la cumbrera de la vivienda.

Cuanto más alto esté instalado el pararrayos, mayor será la superficie que proporcionará protección contra descargas eléctricas. Pero en la práctica, rara vez alguien decide hacer un pararrayos de este tipo en una casa privada con sus propias manos, ya que existe la idea errónea de que un pararrayos de más de 12 m "recogerá" todos los rayos en el área.

La mayoría de los expertos recomiendan elevar el pararrayos a una altura de 18 a 20 m, especialmente si el edificio está ubicado en un sector privado densamente construido. Esto proporcionará un área protegida en forma de círculo con un radio de 15 a 20 m, que es suficiente para un hogar.

Además de la pararrayos, se utilizan ampliamente tipos de pararrayos instalados en una viga cumbrera o en un tubo de chimenea, con cableado adicional de una barra colectora de cobre a lo largo de la cumbrera y las ventanas abuhardilladas. Este esquema de protección contra rayos puede ser bastante efectivo, especialmente si se utilizan tejas metálicas o láminas onduladas como cubierta del techo.

El diámetro del pasador del pararrayos puede ser de 15 a 25 mm; lo mejor es utilizar acero inoxidable o aleación de metal. No tiene sentido utilizar latón, cobre o aluminio para el cabezal. Cuando cae un rayo, se produce un sobrecalentamiento local del metal del pararrayos, a veces con chispas y salpicaduras de gotas de metal. Cualquier caída de este tipo puede provocar una descarga de carga sobre el techo metálico o, peor aún, provocar un incendio.

Si hay varias tuberías y estructuras que sobresalen instaladas en el techo, será necesario instalar varios pararrayos o utilizar un sistema universal de protección contra rayos.

Barra conductora de pararrayos

La tarea del bus cableado incluye no solo las funciones de "restablecer" la carga eléctrica al circuito de puesta a tierra y disipación. En primer lugar, es necesario eliminar la descarga eléctrica del autobús de forma segura para el edificio y las personas que se encuentran cerca de la casa.

Los expertos determinan varios requisitos básicos para colocar una barra conductora:

• El neumático se coloca sin doblarse en un ángulo agudo y mucho menos girar en un ángulo de 180 grados. Cualquier bucle o giro en la carrera puede provocar un arco potente y quemar el neumático. En este caso, el siguiente rayo que caiga sobre el pararrayos puede destruir el techo y el edificio mismo;
• La conexión de la barra colectora a la tierra y al cabezal del pararrayos debe realizarse únicamente mediante soldadura, sin utilizar conexiones atornilladas, abrazaderas ni bridas. Incluso un ligero aumento de la resistencia local del neumático provoca su sobrecalentamiento y fusión local. La situación es especialmente peligrosa cuando la barra colectora que transporta corriente está soldada a partir de varias tiras de material diferente;
• Si es posible, la fijación del conductor de corriente debe realizarse mediante bisagras y abrazaderas hechas de materiales dieléctricos, por ejemplo, fibra de vidrio. Una excepción es la situación en la que las barras colectoras de cobre están "extendidas" a lo largo de la superficie de un techo de metal.

Para la barra colectora conductora se suelen utilizar cintas de metal ferroso o cobre. La mejor opción es una barra colectora eléctrica de cobre con un diámetro de al menos 8 mm, que resistirá cualquier impacto de rayo; Puede fabricar un cable de corriente con alambrón de aluminio grueso con un diámetro de al menos 12 mm. Por ejemplo, utilice elementos del devanado volumétrico de un potente motor eléctrico.

También es importante el método de fijación de las piezas de la barra colectora y del pararrayos.

Diseños típicos de pararrayos.

Para proteger una casa privada, se utilizan varios tipos de pararrayos para construir una protección integral contra rayos.

En la figura se muestra un diagrama típico de dicha protección. La protección incluye:

• Varios pernos receptores de pararrayos, distribuidos en los puntos más vulnerables del techo;
• Cableado con barra conductora a lo largo de la viga cumbrera, listones de viento y pendientes del tejado. Como muestra la práctica, los rayos a menudo caen sobre superficies metálicas masivas ubicadas debajo del pararrayos;
• Un sistema de conexión a tierra integral, en el que el circuito del pararrayos no debe conectarse a la línea de tierra del cableado eléctrico, de lo contrario la mayoría de los electrodomésticos se quemarán;
• Dispositivo para proteger los equipos del hogar y la red eléctrica en caso de caída de un rayo en una línea eléctrica.

A menudo, el bus conductor se convierte en una fuente de problemas para la red eléctrica doméstica. Durante la caída de un rayo, un potente impulso de corriente fluye a través del bus, que puede dañar equipos digitales, teléfonos móviles, ordenadores o equipos de red de Internet.

Por lo tanto, antes de fabricar un pararrayos, se debe blindar la futura línea de tendido del autobús. Para ello se utiliza una malla metálica con un tamaño de malla no superior a 5 mm. Si se supone que el autobús pararrayos se colocará sobre una pared de hormigón o ladrillo, entonces la malla se coloca debajo del yeso y se aísla del autobús. A la malla de blindaje se suelda un cable, el cual se conecta a través de la protección de la válvula al sistema general de puesta a tierra, pero no al circuito del pararrayos.

Opciones para la protección de edificios contra rayos

La instalación de un mástil con pararrayos le permite proteger la mayor parte del área local. Para las casas de verano suburbanas, un esquema de protección contra rayos no resuelve todos los problemas. Especialmente si tenemos en cuenta que la distancia entre edificios puede ser de 40 a 50 m, la altura del mástil de protección en este caso debería alcanzar unos poco realistas de 40 a 60 m. Por lo tanto, todos los edificios suburbanos deben estar equipados con sus propios pararrayos y pararrayos. sistemas de protección.

El diagrama más simple de un pararrayos se muestra en la siguiente figura.

El pasador o cabeza del pararrayos se instala sobre una tubería de ladrillo. La altura total del pararrayos en el punto superior debe ser igual a la diagonal de la caja de la casa, multiplicada por un factor de 1,2.

¡Importante! El circuito de puesta a tierra del pararrayos debe ubicarse a una distancia mínima de 4-5 m de las pasarelas o de la entrada a la casa.

El bus de puesta a tierra pasa a lo largo de la franja de viento y el borde "ciego" del edificio. Si es posible, es mejor utilizar el neumático en una versión montada sin colocarlo en la caja de casa.

Para edificios con forma alargada, es necesario utilizar protección contra rayos de varios pasadores o instalar una versión de alambre del pararrayos, como en la foto.

En este caso, los pararrayos se instalan solo en los frontones y entre ellos se estira un alambre o cable de acero grueso con un diámetro de al menos 8 mm. Para evitar que el viento sacuda el sistema de pararrayos, el cable se tensa mediante dos colgadores laterales fabricados con aisladores cerámicos y cordones de plástico. El uso de aisladores asegura el correcto funcionamiento del pararrayos; sin ellos, la carga eléctrica de la caída de un rayo puede fluir al suelo a lo largo de una cuerda de nailon mojada por la lluvia.

La tercera versión del pararrayos se utiliza para proteger el techo del impacto directo de un rayo. A menudo, la longitud de las pendientes del techo puede exceder la altura de la casa en dos o más veces, por lo que parte de la cubierta del techo termina fuera del círculo protegido. Si instala pasadores adicionales a lo largo de los aleros y en los aleros, esto resolverá el problema, pero afectará seriamente la apariencia del edificio, por lo que en lugar de un pararrayos, se instala uno de malla.

El esquema no difiere mucho de la versión anterior; además del cable y las varillas de acero, se unen a las pendientes varios hilos horizontales y verticales de alambre trenzado grueso en incrementos de 4 a 6 m. Si el techo es de metal, la malla del pararrayos debe aislarse de la superficie metálica mediante juntas de goma.

Cuando cae un rayo, el diámetro del punto de daño térmico alcanza los 15-20 cm, por lo que un impacto directo del líder, por ejemplo, sobre una teja metálica, provocará la ignición del revestimiento y la impermeabilización del techo.

Construimos con nuestras propias manos.

Cualquier construcción de protección contra rayos para una casa comienza con la parte que requiere más mano de obra: el circuito de puesta a tierra. El diagrama de construcción de la parte de puesta a tierra del pararrayos se muestra en el siguiente dibujo.

Puesta a tierra por rayo

Inicialmente, deberá aclarar el nivel del agua subterránea cerca de los cimientos de la casa. Si el edificio tiene un sótano o un sótano que se inunda regularmente de agua, inicialmente será necesario proporcionar drenaje y protección contra la humedad colocando un circuito metálico y neumáticos.

En cimentaciones de losa y MZLF, la fosa para el circuito de puesta a tierra se puede realizar muy cerca de la tira o losa de hormigón. En otros casos, el lugar para las trincheras debe alejarse 2-3 m del área ciega.

En la primera etapa, cavamos una zanja triangular con una longitud lateral de 300 cm. El ancho de la zanja no importa, la profundidad óptima es de 70 a 90 cm. Para suelos rocosos y arenosos, la zanja se puede profundizar al máximo. 70 cm son suficientes para la marga. A veces se vierte un cojín de arena y malla para colocar las partes de tierra. Esta subcapa absorbe bien el agua del suelo, lo que garantiza una baja resistencia del circuito.

El circuito de tierra metálico debe tener la forma de un marco cerrado; este diseño proporciona la mejor disipación de carga. Si en la casa se instalan pararrayos de tres o cuatro clavijas, cada uno con un bus de puesta a tierra, todas las partes portadoras de corriente deben conectarse en un circuito mediante una cinta de acero. Esto le permite igualar el potencial y evitar el flujo de carga en el suelo.

El material más adecuado para el contorno es el ángulo de acero nº 50 o el tubo cuadrado perfilado de 70x40 mm. Después de soldar las partes principales del marco, se suelda una tira de contacto a uno de los lados, que se llevará a la superficie. Si el suelo está demasiado seco, en lugar de una tira, se puede soldar un tubo de una pulgada, por el que conviene verter salmuera o agua. En los meses de verano, si no llueve durante más de 4 a 5 semanas, es necesario humedecer periódicamente el colchón de arena para que no aumente la resistencia del suelo en la entrada del neumático.

¡Para tu información! El metal del rectángulo de conexión a tierra no se puede pintar ni tratar con capas protectoras que reduzcan la conductividad de la superficie.

Después de instalar el marco en la zanja excavada, el metal se vierte con agua salada y se cubre con tierra húmeda. Puede rellenar la superficie con piedra triturada y colocar losas para reducir el acoplamiento galvánico y el riesgo de sobretensión. No tiene sentido hacer una solera de hormigón, ya que después de 10 años habrá que sustituir partes del pararrayos y el hormigón será un obstáculo innecesario en el trabajo.

Si el nivel del agua subterránea es lo suficientemente bajo, entonces para el circuito del pararrayos será necesario perforar varios pozos con un diámetro de 5 a 6 cm hasta una profundidad de 2 a 3 m. No es necesario perforar hasta el agua, el principal. Lo importante es llegar a las capas húmedas de la tierra. En los pozos se insertan tubos de metal, cuyas partes superiores están necesariamente soldadas al contorno general y al neumático.

La salida del circuito de tierra suele estar oculta en un nicho de pared del zócalo o en una caja especial. Allí también está instalado el bus pararrayos. Después del montaje, todas las piezas metálicas se aíslan cuidadosamente para evitar el contacto accidental con el neumático por parte de personas o animales.

La descripción más detallada de cómo construir un pararrayos en una casa privada con sus propias manos se encuentra en el video https://www.youtube.com/watch?v=0K6SNX1avXA.

Instalamos el receptor de pin y el bus.

El diseño más simple de la cabeza de un pararrayos parece una pieza de refuerzo ordinaria con un extremo puntiagudo. Se cree que los bordes afilados contribuyen a la aparición de una descarga y a una mayor eficiencia del pararrayos, pero en la práctica no se han observado ventajas particulares en la protección contra los rayos en comparación con los pasadores convencionales.

La cabeza del pararrayos se puede fabricar en forma de varios pasadores fijados en un marco o incluso en forma de un marco de malla. Algunos diseños de pararrayos permiten observar un fenómeno interesante por la noche: cuando se acerca una tormenta, pequeñas descargas de rayos comienzan a iluminarse en las puntas. Esto significa que pronto habrá una tormenta.

El pasador del pararrayos debe conectarse a la barra colectora antes de instalarlo en el techo. La altura del pararrayos debe ser al menos 100-120 cm más alta que el punto superior de las chimeneas y tuberías de ventilación adyacentes. Puede llevar una tubería de agua normal de ¾ de pulgada y de al menos dos metros de largo.

Se suelda un orificio en la parte superior del pararrayos; si se planea que la barra conductora esté hecha de cobre o aluminio, entonces la forma más fácil es usar un adaptador eléctrico que le permita conectar de manera confiable dos contactos hechos de metales diferentes. . Si simplemente conecta un cable de cobre a un pasador de acero, después de dos o tres semanas, debido a la corrosión electroquímica, el punto de conexión se oxidará y la protección contra rayos ya no funcionará. Los pararrayos y barras colectoras fabricados industrialmente nunca se pintan; el metal está fosfatado y recubierto con una capa de níquel.

Por supuesto, la mayor resistencia en el contacto en el punto de unión del bus de cobre al tubo de acero no es capaz de detener un rayo superfuerte, pero estamos hablando de otra cosa. Las partículas cargadas positivamente que se acumulan alrededor del pararrayos durante una tormenta debido a la falta de contacto en el autobús, fluirán hacia la chimenea y las viseras de ventilación del techo. Como resultado, los rayos impactarán en la chimenea, el techo y el neumático, pero no en el pararrayos. El efecto de la ionización del aire alrededor de un pararrayos tiene otras consecuencias negativas. En primer lugar, la barra colectora y la fijación del pararrayos bajo la influencia de iones y aire húmedo se corroen entre 5 y 10 veces más rápido que el metal normal.

Después de soldar el pasador del pararrayos y la barra colectora, se deben fijar al techo. Esto se hace mejor usando abrazaderas o pernos de anclaje. Sólo hay que asegurarse de que no haya otras piezas conductoras cerca del autobús, por ejemplo, un cable de antena o una valla de techo. No fije el bus pararrayos a un ladrillo sin revocar o a una losa de hormigón armado. Un rayo normalmente destruye ambos materiales rápidamente.

Antes de fijar el pararrayos, es necesario instalar el bus en las paredes y el techo de la casa. Lo principal es que no hay entrada de energía desde la línea eléctrica más cercana. Cuando cae un rayo, el arco puede saltar de la barra colectora al conductor de fase, incluso si están separados entre sí por un par de decenas de centímetros. Además del medidor quemado y el escudo de entrada, se aplicará una gran multa por la instalación incorrecta del pararrayos y el autobús.

Conclusión

No es necesario que usted mismo fabrique un pararrayos; puede comprarlo ya hecho e instalarlo. Muchas empresas producen sistemas de protección contra rayos con barras colectoras y dispositivos de bloqueo para equipos domésticos. Algunos de ellos tienen sensores de intensidad de campo incorporados en el autobús, lo que permite saber si se acerca una tormenta media hora antes de que comience. Algunos pararrayos tienen forma de figuras decorativas de metal que se iluminan cuando les cae un rayo. Pero también hay muchos casos de pura charlatanería. Por ejemplo, en un anuncio de una empresa se ofrecía un modelo en miniatura recubierto con una aleación magnética especial que atrae los rayos hacia la cabeza. Está claro que estos pararrayos deben evitarse por su propia seguridad.