Większość przewodów ma przekrój okrągły o określonym promieniu/średnicy. Pole tego przekroju jest dobrze znane - A = pi * R². Niezależnie od tego, jak dobrze rozumiany i znany jest ten wzór, to wiązanie realnych wartości z niewymierną liczbą jest problematyczne.
Liczba pi jest liczbą niewymierną - wynosi, w przybliżeniu, 3.14159265... co sprawia, że dokładna wartość liczbowa pola przekroju drutu jest również nieskończonym ciągiem liczb. Oczywiście taka precyzja nie jest nam, w większości przypadków, potrzebna. Dodatkowo, aby ułatwić sobie życie, możemy użyć innego opisu pola przekroju zwanego „okrągłymi milsami”, który opisano poniżej.
Po pierwsze, bardzo często średnica przewodu mierzona jest w tysięcznych cala, czyli w milsach. Zatem 0,001 cala = 1 mils; 0,01 cala = 10 mils i tak dalej. Jest to typowa jednostka miary długości używana w elektronice. Następnie zdefiniujmy pole przekroju po prostu jako kwadrat o średnicy drutu (w milsach) i nazywamy to naszym obszarem w umownych jednostkach „okrągłych milsów”. Dzięki temu zrozumienie poszczególnych wartości jest o wiele łatwiejsze.
Tak więc, jeśli R jest promieniem przewodnika w milsach, dla których średnica wynosi D, to prawdziwe pole powierzchni wynosi pi * R², a w naszych jednostkach to po prostu D². To naprawdę łaty sposób zapisu. Wszystko wszystko wygląda tak:
Opis grubości przewodu jest istotny, ponieważ w zależności od niego, określa się maksymalny, dopuszczalny prąd płynący przez dany przewód. Dostępnych jest wiele tabel grubości przewodów w sieci. Zwróćmy uwagę na jedną z nich:
Powszechnie używane przyrządy do pomiaru średnicy mierzą ją w calach, które pomnożone przez tysiąc dają nam średnicę w milsach. Kiedy te średnice podniesiemy do kwadratu, otrzymujemy pole przekroju w naszych opisanych powyżej jednostkach - okrągłych milsach.
Maksymalne dopuszczalne natężenie różni się między kablem służącym do okablowania wewnątrz obudowy a kablem dedykowanym do przenoszenia mocy poza nią, ale w obu przypadkach im większa średnica, tym wyższy dopuszczalny prąd. Jednak... im cieńszy przewód, tym większy jest dopuszczalny prąd w przeliczeniu na jednostkę powierzchni przekroju. Wynika to z faktu, że obwód przewodu zmienia się liniowo w stosunku do promienia/średnicy, podczas gdy pole przekroju zmienia się jako kwadrat promienia i średnicy. W rezultacie powierzchnia boczna drutu jest mniejsza na jednostkę pola przekroju przewodnika dla kabli o większej grubości. To sprawia, że usuwanie ciepła z kabli o większej średnicy staje staje się większym wyzwaniem, a to właśnie zjawiska termiczne ograniczają maksymalny prąd, jaki płynąć może przez dany kabel.
Prawo, które w ogólności opisuje tego rodzaju zależności, nazywa się prawem kwadratów i sześcianów. Ogranicza ono nie tylko maksymalny rozmiar przewodników dla dużych prądów, ale także np. maksymalny rozmiar zwierząt, jakie chodzić mogą po powierzchni naszej planety. Wynika to również z problemów z chłodzeniem organizmu - wraz z rozmiarem zwierzęcia, powierzchnia jego ciała (od której zależna jest zdolność chłodzenia) rośnie z kwadratem, ale jego objętość (która wskazuje, ile ciepła jest do usunięcia) rośnie z sześcianem. Powyżej pewnej wielkości zwierzę nie było w stanie się już sprawnie chłodzić podczas wykonywania normalnych czynności. Tak samo może być z naszymi przewodnikami - lepiej jest więc stosować się do tabel dopuszczalnych prądów, niż po prostu samodzielnie wyliczać je z wcześniej założonej gęstości prądu na jednostkę powierzchni przekroju, szczególnie dla skrajnej wielkości okablowania.
Osobną kwestią jest częstotliwość prądu i efekt naskórkowy. Dla dużych średnic kabli, efekty z tym związane obserwowane są dla częstotliwości prądu na poziomie nawet kilkuset herców, więc poniżej typowych częstotliwości pracy np. przetwornic DC/DC. Dokładną fizykę, stojącą za tym zjawiskiem, omówimy jednak w innym artykule.
Źródło: https://www.edn.com/electronics-blogs/living-analog/4443020/The-cross-sectional-area-of-wire
Liczba pi jest liczbą niewymierną - wynosi, w przybliżeniu, 3.14159265... co sprawia, że dokładna wartość liczbowa pola przekroju drutu jest również nieskończonym ciągiem liczb. Oczywiście taka precyzja nie jest nam, w większości przypadków, potrzebna. Dodatkowo, aby ułatwić sobie życie, możemy użyć innego opisu pola przekroju zwanego „okrągłymi milsami”, który opisano poniżej.
Po pierwsze, bardzo często średnica przewodu mierzona jest w tysięcznych cala, czyli w milsach. Zatem 0,001 cala = 1 mils; 0,01 cala = 10 mils i tak dalej. Jest to typowa jednostka miary długości używana w elektronice. Następnie zdefiniujmy pole przekroju po prostu jako kwadrat o średnicy drutu (w milsach) i nazywamy to naszym obszarem w umownych jednostkach „okrągłych milsów”. Dzięki temu zrozumienie poszczególnych wartości jest o wiele łatwiejsze.
Tak więc, jeśli R jest promieniem przewodnika w milsach, dla których średnica wynosi D, to prawdziwe pole powierzchni wynosi pi * R², a w naszych jednostkach to po prostu D². To naprawdę łaty sposób zapisu. Wszystko wszystko wygląda tak:
Opis grubości przewodu jest istotny, ponieważ w zależności od niego, określa się maksymalny, dopuszczalny prąd płynący przez dany przewód. Dostępnych jest wiele tabel grubości przewodów w sieci. Zwróćmy uwagę na jedną z nich:
Oznaczenie AWG | Średnica (mm) | Przekrój (mm2) | Ohmów/km | Maksymalny prąd dla przewodu w obudowie (A) | Maksymalny prąd dla przewodu zewnętrznego (A) | Maksymalna częstotliwość dla 100% penetracji prądu (uwzględnienie efektu naskórkowego) |
0000 | 11.684 | 107 | 0.16072 | 380 | 302 | 125 Hz |
000 | 10.40384 | 84.9 | 0.202704 | 328 | 239 | 160 Hz |
00 | 9.26592 | 67.4 | 0.255512 | 283 | 190 | 200 Hz |
0 | 8.25246 | 53.5 | 0.322424 | 245 | 150 | 250 Hz |
1 | 7.34822 | 42.4 | 0.406392 | 211 | 119 | 325 Hz |
2 | 6.54304 | 33.6 | 0.512664 | 181 | 94 | 410 Hz |
3 | 5.82676 | 26.7 | 0.64616 | 158 | 75 | 500 Hz |
4 | 5.18922 | 21.1 | 0.81508 | 135 | 60 | 650 Hz |
5 | 4.62026 | 16.8 | 1.027624 | 118 | 47 | 810 Hz |
6 | 4.1148 | 13.3 | 1.295928 | 101 | 37 | 1100 Hz |
7 | 3.66522 | 10.6 | 1.634096 | 89 | 30 | 1300 Hz |
8 | 3.2639 | 8.37 | 2.060496 | 73 | 24 | 1650 Hz |
9 | 2.90576 | 6.63 | 2.598088 | 64 | 19 | 2050 Hz |
10 | 2.58826 | 5.26 | 3.276392 | 55 | 15 | 2600 Hz |
11 | 2.30378 | 4.17 | 4.1328 | 47 | 12 | 3200 Hz |
12 | 2.05232 | 3.31 | 5.20864 | 41 | 9.3 | 4150 Hz |
13 | 1.8288 | 2.63 | 6.56984 | 35 | 7.4 | 5300 Hz |
14 | 1.62814 | 2.08 | 8.282 | 32 | 5.9 | 6700 Hz |
15 | 1.45034 | 1.65 | 10.44352 | 28 | 4.7 | 8250 Hz |
16 | 1.29032 | 1.31 | 13.17248 | 22 | 3.7 | 11 kHz |
17 | 1.15062 | 1.04 | 16.60992 | 19 | 2.9 | 13 kHz |
18 | 1.02362 | 0.823 | 20.9428 | 16 | 2.3 | 17 kHz |
19 | 0.91186 | 0.653 | 26.40728 | 14 | 1.8 | 21 kHz |
20 | 0.8128 | 0.519 | 33.292 | 11 | 1.5 | 27 kHz |
21 | 0.7239 | 0.412 | 41.984 | 9 | 1.2 | 33 kHz |
22 | 0.64516 | 0.327 | 52.9392 | 7 | 0.92 | 42 kHz |
23 | 0.57404 | 0.259 | 66.7808 | 4.7 | 0.729 | 53 kHz |
24 | 0.51054 | 0.205 | 84.1976 | 3.5 | 0.577 | 68 kHz |
25 | 0.45466 | 0.162 | 106.1736 | 2.7 | 0.457 | 85 kHz |
26 | 0.40386 | 0.128 | 133.8568 | 2.2 | 0.361 | 107 kHz |
27 | 0.36068 | 0.102 | 168.8216 | 1.7 | 0.288 | 130 kHz |
28 | 0.32004 | 0.080 | 212.872 | 1.4 | 0.226 | 170 kHz |
29 | 0.28702 | 0.0647 | 268.4024 | 1.2 | 0.182 | 210 kHz |
30 | 0.254 | 0.0507 | 338.496 | 0.86 | 0.142 | 270 kHz |
31 | 0.22606 | 0.0401 | 426.728 | 0.7 | 0.113 | 340 kHz |
32 | 0.2032 | 0.0324 | 538.248 | 0.53 | 0.091 | 430 kHz |
2 mm | 0.200 | 0.0314 | 555.61 | 0.51 | 0.088 | 440 kHz |
33 | 0.18034 | 0.0255 | 678.632 | 0.43 | 0.072 | 540 kHz |
1,8 mm | 0.180 | 0.0254 | 680.55 | 0.43 | 0.072 | 540 kHz |
34 | 0.16002 | 0.0201 | 855.752 | 0.33 | 0.056 | 690 kHz |
1,6 mm | 0.16002 | 0.0201 | 855.752 | 0.33 | 0.056 | 690 kHz |
35 | 0.14224 | 0.0159 | 1079.12 | 0.27 | 0.044 | 870 kHz |
1,4 mm | .140 | 0.0154 | 1114 | 0.26 | 0.043 | 900 kHz |
36 | 0.127 | 0.0127 | 1360 | 0.21 | 0.035 | 1100 kHz |
1,25 ,, | 0.125 | 0.0123 | 1404 | 0.20 | 0.034 | 1150 kHz |
37 | 0.1143 | 0.0103 | 1715 | 0.17 | 0.0289 | 1350 kHz |
1,12 mm | 0.112 | 0.00985 | 1750 | 0.163 | 0.0277 | 1400 kHz |
38 | 0.1016 | 0.00811 | 2163 | 0.13 | 0.0228 | 1750 kHz |
1 mm | 0.1000 | 0.00785 | 2198 | 0.126 | 0.0225 | 1750 kHz |
39 | 0.0889 | 0.00621 | 2728 | 0.11 | 0.0175 | 2250 kHz |
40 | 0.07874 | 0.00487 | 3440 | 0.09 | 0.0137 | 2900 kHz |
Powszechnie używane przyrządy do pomiaru średnicy mierzą ją w calach, które pomnożone przez tysiąc dają nam średnicę w milsach. Kiedy te średnice podniesiemy do kwadratu, otrzymujemy pole przekroju w naszych opisanych powyżej jednostkach - okrągłych milsach.
Maksymalne dopuszczalne natężenie różni się między kablem służącym do okablowania wewnątrz obudowy a kablem dedykowanym do przenoszenia mocy poza nią, ale w obu przypadkach im większa średnica, tym wyższy dopuszczalny prąd. Jednak... im cieńszy przewód, tym większy jest dopuszczalny prąd w przeliczeniu na jednostkę powierzchni przekroju. Wynika to z faktu, że obwód przewodu zmienia się liniowo w stosunku do promienia/średnicy, podczas gdy pole przekroju zmienia się jako kwadrat promienia i średnicy. W rezultacie powierzchnia boczna drutu jest mniejsza na jednostkę pola przekroju przewodnika dla kabli o większej grubości. To sprawia, że usuwanie ciepła z kabli o większej średnicy staje staje się większym wyzwaniem, a to właśnie zjawiska termiczne ograniczają maksymalny prąd, jaki płynąć może przez dany kabel.
Prawo, które w ogólności opisuje tego rodzaju zależności, nazywa się prawem kwadratów i sześcianów. Ogranicza ono nie tylko maksymalny rozmiar przewodników dla dużych prądów, ale także np. maksymalny rozmiar zwierząt, jakie chodzić mogą po powierzchni naszej planety. Wynika to również z problemów z chłodzeniem organizmu - wraz z rozmiarem zwierzęcia, powierzchnia jego ciała (od której zależna jest zdolność chłodzenia) rośnie z kwadratem, ale jego objętość (która wskazuje, ile ciepła jest do usunięcia) rośnie z sześcianem. Powyżej pewnej wielkości zwierzę nie było w stanie się już sprawnie chłodzić podczas wykonywania normalnych czynności. Tak samo może być z naszymi przewodnikami - lepiej jest więc stosować się do tabel dopuszczalnych prądów, niż po prostu samodzielnie wyliczać je z wcześniej założonej gęstości prądu na jednostkę powierzchni przekroju, szczególnie dla skrajnej wielkości okablowania.
Osobną kwestią jest częstotliwość prądu i efekt naskórkowy. Dla dużych średnic kabli, efekty z tym związane obserwowane są dla częstotliwości prądu na poziomie nawet kilkuset herców, więc poniżej typowych częstotliwości pracy np. przetwornic DC/DC. Dokładną fizykę, stojącą za tym zjawiskiem, omówimy jednak w innym artykule.

Źródło: https://www.edn.com/electronics-blogs/living-analog/4443020/The-cross-sectional-area-of-wire
Cool? Ranking DIY