问题

电线90°弯曲对电阻有影响吗?

回答
关于电线弯曲对电阻的影响,这绝对是个值得仔细说道说道的话题,不是简单一句“有”或“没”就能概括的。咱们得把这事儿掰开了、揉碎了,从最根本的物理原理聊起。

首先得明确一点,我们讨论的“电阻”是物体本身的属性,它和电线本身的材质、长度、横截面积息息相关。在理想情况下,仅仅是把一根金属导线从笔直变成弯曲,只要这根导线本身没有变化,它的电阻理论上是不会改变的。想想看,你拉伸一根橡皮筋会改变它的弹性,但如果你只是把它绕成一个圈,它的弹性还是那个弹性。电线也是类似,电阻是导线“容不容易”让电子通过的特性。

但是,在实际操作中,尤其是在我们常说的九十度弯曲时,事情就不那么纯粹了。为什么这么说呢?主要有几个方面的原因:

1. 内部应力与微观结构变化:

当我们对金属导线施加弯曲力时,尤其是在形成急剧的九十度角时,导线的内部会产生应力。想象一下,金属是由无数个原子紧密排列组成的晶格。当你弯曲它时,靠近弯曲内侧的原子会被压缩,而靠近外侧的原子会被拉伸。这种应力会或多或少地引起原子在晶格中的微小位移和重排。

即使是金属,其微观结构也不是完美的。存在晶界、位错、空位等缺陷。在弯曲过程中,这些缺陷可能会增殖、移动,或者在应力作用下重新分布。这些微观结构上的变化,尤其是位错密度的增加,会阻碍电子的自由运动。电子在通过导线时,它们会与晶格振动(声子)以及其他缺陷发生碰撞,从而消耗能量,产生热量,这也就是电阻。所以,弯曲造成的内部应力及结构变化,理论上是会增加电阻的,尽管这个增加可能非常微小。

2. 弯曲半径的重要性:

说到九十度弯曲,关键在于“弯曲半径”。如果弯曲得非常尖锐,几乎形成一个折角,那么对材料的局部形变就更剧烈。金属材料在强烈的塑性变形区域,其电阻通常会比未变形区域有所增加。这是因为塑性变形过程中会产生大量的位错,这些位错就像是电子运动的“绊脚石”。

相反,如果弯曲半径非常大,电线只是一个平缓的弧形,那么局部形变就没那么大,对微观结构的影响也相对较小,电阻的变化也就更不明显。所以,我们通常会强调使用合适的弯曲半径,就是为了避免过度损伤导线内部结构。

3. 表面效应和集肤效应(在高频情况下):

在直流电或低频交流电下,电流主要分布在导线的整个横截面上。但在高频交流电下,会有一个叫做“集肤效应”的现象。电流会倾向于集中在导线的表面流动,而不是均匀分布在整个导体中。

如果电线在弯曲处表面受到挤压或拉伸,哪怕是微小的形变,都可能影响到表面的电子分布,从而在高频情况下对有效导电截面积产生影响,进而影响电阻。当然,这通常只在很高频率下才比较明显。在一般的家用或工业低压线路中,这一点的影响可以忽略不计。

4. 材料本身的延展性与加工硬化:

不同的金属材料,其延展性也不同。铜和铝是导线常用的材料,它们的延展性相对较好。但在反复弯折或者在形成急剧弯角时,即使是这些材料也可能发生“加工硬化”,即材料变硬,塑性降低,同时电阻也可能有所增加。这是因为在变形过程中,位错之间会相互阻碍,使得进一步的变形更加困难。

实际影响有多大?

说了这么多,实际中电线九十度弯曲对电阻的影响有多大呢?绝大多数情况下,尤其是对于我们日常接触的普通导线(如铜线、铝线)和非极端应用场景(例如直流电、低频交流电),这种影响是极其微小,甚至可以忽略不计的。

为什么会这样说?主要原因是:

导线的宏观尺寸远大于微观缺陷: 一根几毫米粗细的导线,其内部的微观结构变化对于整体电阻的影响比例非常非常小。电阻的主要贡献还是来自导线的长度和横截面积。
金属材料的韧性: 铜和铝等材料的韧性很好,能够承受一定程度的弯曲而不会发生严重的结构破坏。
设计规范的考量: 电气工程的设计和施工都有相应的规范,比如要求使用合适的弯曲半径,避免在弯曲处拉伸或挤压导线,这些措施本身就是为了最大限度地减小潜在的不利影响。

总结一下:

从严格的物理学角度来说,电线在90°弯曲时,尤其是在弯曲半径很小的情况下,确实会因为内部应力、微观结构(如位错)的变化以及可能的加工硬化,导致其电阻发生微小的增加。

但是,在大多数实际应用中,这种增加非常非常微小,不足以对电路的正常工作产生显著影响,也远不如导线长度的增加或连接不良带来的电阻变化来得重要。除非是在对电阻精度有极高要求的场合,或者是在极端的高频应用中,否则我们通常不必过分担心简单的九十度弯曲会对导线电阻造成实质性的影响。重要的是要确保弯曲操作规范,避免过度损伤导线。

网友意见

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首先说答案:电线90°弯曲不会影响导线的电阻,但会破坏电线的绝缘层,使得电线外绝缘层加速老化,造成用电安全隐患。

因此,题主的问题属于导线敷设的工艺问题。

在我教学的书本中,有一本是《电器工艺与工装》,书中有专门的章节讨论敷线工艺问题。这本书我留着学校办公室了,没带回来。在我家的书架上还有另外一本书,书名是《电气控制柜设计制作——结构与工艺篇》,也谈到这个问题。我们看第二本书的摘录:

注意看“控制柜内接线对导线的要求”,其中第三条是:”截面积不大于8mm²时,其弯曲半径应大于其外径的3倍……“。

这就是导线敷线工艺的基本要求。

我们看导线外经表的摘录,如下:

题主的图中的导线是引入电度表的,一般为截面积为2.5或者4mm²的导线。我们以4mm²导线为例,它的外经是4.2mm,乘以3得到12.6mm。可见4mm²导线在敷设时弯曲半径不小于12.6毫米。

我们看题主的图:

我们肉眼观察,图中导线的弯曲半径大略为导线直径的2倍。弯曲半径确实小了一些,弯曲半径应当更大一些才好。

在开关设备内布线,讲究横平竖直,但对弯曲处是有弯曲半径要求的。

我们看下图:

我们看到从线槽中引出的电线,都是自然弯曲地引入到接线端子中,没有强制性地直角弯曲。

再看下图:

我们同样看到,抽屉内并没有要求布线好看而对导线采取90°弯曲。

这就是按基本工艺要求敷线。

开关设备的制造工艺和导线敷设工艺,这里既有国家标准和规范,也有生产企业的企业标准和规范,是一门学问。这里涉及到的技术条件和要求很多,许多规定连我都不完全清楚。

说个笑话:某次我在某国内的开关厂参观,看到工人们在布线。明明导线就没多少,但线束却很粗,且横平竖直很美观。我当时觉得很奇怪,我让工人们把线束解开,原来线束里面压进了许多断头线,目的只是为了线束上下粗细一致好看!!!由此可看到这家国内开关厂的水平如何。

由此可见,题主所谓的横平竖直敷线,是有前提条件的。只有满足了布线工艺和技术要求后,才可以考虑美观性。

回答完毕。

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