Grootte geleider

Het zou logisch moeten zijn om te weten dat vloeistoffen gemakkelijker door leidingen met een grote diameter stromen dan door leidingen met een kleine diameter (als u een praktische illustratie wilt, kunt u proberen een vloeistof door rietjes met verschillende diameters te drinken). Hetzelfde algemene principe geldt voor de stroom van elektronen door geleiders:hoe groter het dwarsdoorsnede-oppervlak (dikte) van de geleider, hoe meer ruimte voor elektronen om te stromen, en bijgevolg, hoe gemakkelijker het is voor stroming (minder weerstand) .

Twee basisvariëteiten van elektrische draad:massief en gestrand

Elektrische draad is meestal rond in doorsnede (hoewel er enkele unieke uitzonderingen op deze regel zijn), en komt in twee basisvarianten:massief en gestrand . Massief koperdraad is precies zoals het klinkt:een enkele, massieve koperdraad over de hele lengte van de draad. Gevlochten draad is samengesteld uit kleinere strengen massief koperdraad die in elkaar zijn gedraaid om een ​​enkele, grotere geleider te vormen. Het grootste voordeel van gevlochten draad is de mechanische flexibiliteit, omdat het bestand is tegen herhaald buigen en draaien, veel beter dan massief koper (dat na verloop van tijd neigt te vermoeien en te breken).

Draaddikte kan op verschillende manieren worden gemeten. We zouden kunnen spreken van de diameter van een draad, maar aangezien het in werkelijkheid het oppervlak in de dwarsdoorsnede is dat het belangrijkste is met betrekking tot de stroom van elektronen, kunnen we de draadafmetingen beter aanduiden in termen van oppervlakte.

De bovenstaande afbeelding van de draaddoorsnede is natuurlijk niet op schaal getekend. De diameter wordt weergegeven als 0,1019 inch. De oppervlakte van de doorsnede berekenen met de formule Oppervlakte =πr₂ , krijgen we een oppervlakte van 0,008155 vierkante inch:

Dit zijn vrij kleine getallen om mee te werken, dus draadafmetingen worden vaak uitgedrukt in duizendsten-van-een-inch, of mils . Voor het geïllustreerde voorbeeld zouden we zeggen dat de diameter van de draad 101,9 mil (0,1019 inch maal 1000) was. We zouden ook, als we wilden, de oppervlakte van de draad kunnen uitdrukken in de eenheid van vierkante mils, en die waarde berekenen met dezelfde formule voor cirkeloppervlak, Oppervlakte =πr₂ :

Het circulaire-mil-oppervlak van een draad berekenen

Elektriciens en anderen die zich vaak bezighouden met draadafmetingen, gebruiken echter een andere oppervlaktemeting die speciaal is afgestemd op de cirkelvormige doorsnede van de draad. Deze speciale eenheid heet de circulaire mil (soms afgekort cmil ). Het enige doel van het hebben van deze speciale meeteenheid is het elimineren van de noodzaak om de factor π (3.1415927 ...) in de formule voor het berekenen van oppervlakte te gebruiken, plus de noodzaak om draad radius te berekenen. wanneer u diameter heeft gekregen . De formule voor het berekenen van het cirkelvormige mil-oppervlak van een cirkelvormige draad is heel eenvoudig:

Omdat dit een eenheid is van gebied meting, is de wiskundige kracht van 2 nog steeds van kracht (verdubbeling van de breedte van een cirkel zal altijd zijn oppervlakte verviervoudigen, ongeacht welke eenheden worden gebruikt, of als de breedte van die cirkel wordt uitgedrukt in termen van straal of diameter). Om het verschil tussen metingen in vierkante mils en metingen in cirkelvormige mils te illustreren, vergelijk ik een cirkel met een vierkant, waarbij het gebied van elke vorm in beide eenheidsmaten wordt weergegeven:

En voor een ander draadformaat:

Het is duidelijk dat de cirkel met een bepaalde diameter minder dwarsdoorsnede heeft dan een vierkant met een breedte en hoogte gelijk aan de diameter van de cirkel:beide eenheden van oppervlaktemeting weerspiegelen dat. Het moet echter duidelijk zijn dat de eenheid van "vierkante mil" echt op maat is gemaakt voor de gemakkelijke bepaling van het gebied van een vierkant, terwijl "cirkelvormige mil" is afgestemd op de gemakkelijke bepaling van het gebied van een cirkel:de respectieve formule voor elk is eenvoudiger te werk met. Het moet duidelijk zijn dat beide eenheden geldig zijn voor het meten van de oppervlakte van een vorm, ongeacht welke vorm dat ook is. De conversie tussen circulaire mils en vierkante mils is een eenvoudige verhouding:er zijn π (3.1415927 ...) vierkante mils voor elke 4 circulaire mils.

Dwarsdoorsnede draadoppervlak meten met meter

Een andere maat voor de doorsnede van de draad is de meter . De meetschaal is gebaseerd op hele getallen in plaats van fractionele of decimale inches. Hoe groter het nummer van de meter, hoe dunner de draad; hoe kleiner het gauge-nummer, hoe dikker de draad. Voor degenen die bekend zijn met jachtgeweren, zal deze omgekeerd evenredige meetschaal bekend in de oren klinken.

De tabel aan het einde van dit gedeelte stelt de meter gelijk aan inch-diameter, cirkelvormige mils en vierkante inch voor massieve draad. De grotere draadafmetingen bereiken een einde van de gemeenschappelijke maatschaal (die natuurlijk uitkomt op een waarde van 1) en worden weergegeven door een reeks nullen. "3/0" is een andere manier om "000" weer te geven en wordt uitgesproken als "triple-ought". Nogmaals, degenen die bekend zijn met jachtgeweren zouden de terminologie moeten herkennen, hoe vreemd het ook mag klinken. Om de zaken nog verwarrender te maken, is er wereldwijd meer dan één "standaard" in gebruik. Voor het dimensioneren van elektrische geleiders, de American Wire Gauge (AWG), ook bekend als de Brown and Sharpe (B&S) meter, is het meetsysteem bij uitstek. In Canada en Groot-Brittannië is de British Standard Wire Gauge (SWG) is het wettelijke meetsysteem voor elektrische geleiders. Er bestaan ​​andere draadmetersystemen in de wereld voor het classificeren van draaddiameters, zoals de Stubs staaldraadmeter en de Steel Music Wire Gauge (MWG), maar deze meetsystemen zijn van toepassing op niet-elektrische draad.

Het meetsysteem van American Wire Gauge (AWG) is, ondanks zijn eigenaardigheden, ontworpen met een doel:voor elke drie stappen in de meetschaal verdubbelt het draadoppervlak (en het gewicht per lengte-eenheid) ongeveer. Dit is een handige regel om te onthouden bij het maken van ruwe schattingen van de draadafmetingen!

Voor zeer grote draadafmetingen (vetter dan 4/0), wordt het draaddikte-systeem meestal verlaten voor meting van het dwarsdoorsnede-oppervlak in duizenden cirkelvormige mils (MCM), waarbij het oude Romeinse cijfer "M" wordt geleend om een ​​veelvoud van "duizend" aan te duiden in voorkant van "CM" voor "circulaire mils." De volgende tabel met draadmaten toont geen maten groter dan 4/0 gauge, omdat vast koperdraad wordt onpraktisch om bij die maten te hanteren. In plaats daarvan heeft de constructie van gevlochten draad de voorkeur.

Draadtafel voor massieve, ronde koperen geleiders