Specyficzny opór czynny stołu aluminiowego. Obliczanie rezystywności metali, w szczególności miedzi

Termin „rezystywność” odnosi się do parametru, jaki posiada miedź lub inny metal i jest dość często spotykany w literaturze specjalistycznej. Warto zrozumieć, co to oznacza.

Jeden z rodzajów kabla miedzianego

Ogólne informacje na temat oporu elektrycznego

Najpierw powinniśmy rozważyć koncepcję oporu elektrycznego. Jak wiadomo, pod wpływem prądu elektrycznego na przewodnik (a miedź jest jednym z najlepiej przewodzących metali) część znajdujących się w nim elektronów opuszcza swoje miejsce w sieci krystalicznej i kieruje się w stronę dodatniego bieguna przewodnika. Jednak nie wszystkie elektrony opuszczają sieć krystaliczną, część z nich pozostaje w niej i nadal kręci się wokół jądra atomowego. To właśnie te elektrony, a także atomy znajdujące się w węzłach sieci krystalicznej, wytwarzają opór elektryczny, który uniemożliwia ruch uwolnionych cząstek.

Proces ten, który pokrótce opisaliśmy, jest typowy dla każdego metalu, w tym miedzi. Naturalnie różne metale, z których każdy ma specjalny kształt i rozmiar sieci krystalicznej, w różny sposób przeciwstawiają się przepływowi przez nie prądu elektrycznego. Właśnie te różnice charakteryzują rezystywność - wskaźnik indywidualny dla każdego metalu.

Zastosowania miedzi w układach elektrycznych i elektronicznych

Aby zrozumieć powód popularności miedzi jako materiału do produkcji elementów układów elektrycznych i elektronicznych, wystarczy spojrzeć na wartość jej rezystywności w tabeli. W przypadku miedzi parametr ten wynosi 0,0175 oma*mm2/metr. Pod tym względem miedź ustępuje jedynie srebrowi.

To właśnie niska rezystywność, mierzona w temperaturze 20 stopni Celsjusza, jest głównym powodem, dla którego prawie żadne urządzenie elektroniczne i elektryczne nie może dziś obejść się bez miedzi. Miedź jest głównym materiałem do produkcji przewodów i kabli, płytek drukowanych, silników elektrycznych i części transformatorów mocy.

Niska rezystywność, jaką charakteryzuje się miedź, pozwala na wykorzystanie jej do produkcji urządzeń elektrycznych charakteryzujących się wysokimi właściwościami energooszczędnymi. Ponadto temperatura przewodników miedzianych wzrasta bardzo nieznacznie, gdy przepływa przez nie prąd elektryczny.

Co wpływa na wartość rezystancji?

Ważne jest, aby wiedzieć, że istnieje zależność wartości rezystywności od czystości chemicznej metalu. Gdy miedź zawiera nawet niewielką ilość aluminium (0,02%), wartość tego parametru może znacząco wzrosnąć (do 10%).

Na współczynnik ten wpływa również temperatura przewodnika. Wyjaśnia to fakt, że wraz ze wzrostem temperatury nasilają się drgania atomów metalu w węzłach jego sieci krystalicznej, co prowadzi do wzrostu współczynnika rezystywności.

Dlatego we wszystkich tabelach referencyjnych wartość tego parametru podana jest z uwzględnieniem temperatury 20 stopni.

Jak obliczyć całkowity opór przewodnika?

Znajomość rezystancji jest istotna w celu przeprowadzenia wstępnych obliczeń parametrów sprzętu elektrycznego podczas jego projektowania. W takich przypadkach określa się całkowitą rezystancję przewodów projektowanego urządzenia, mających określony rozmiar i kształt. Po sprawdzeniu wartości rezystywności przewodnika za pomocą tabeli referencyjnej, określeniu jego wymiarów i pola przekroju, można obliczyć wartość jego rezystancji całkowitej, korzystając ze wzoru:

W tej formule używana jest następująca notacja:

• R jest całkowitą rezystancją przewodnika, którą należy określić;
• p jest rezystywnością metalu, z którego wykonany jest przewodnik (określoną z tabeli);
• l jest długością przewodnika;
• S jest jego polem przekroju poprzecznego.

Rezystancja miedzi zmienia się wraz z temperaturą, ale najpierw musimy zdecydować, czy mówimy o oporności elektrycznej przewodników (oporności omowej), która jest ważna w przypadku zasilania prądem stałym przez Ethernet, czy też mówimy o sygnałach w sieciach danych i wtedy mówimy o stratach wtrąceniowych podczas propagacji fali elektromagnetycznej w ośrodku skrętki oraz o zależności tłumienia od temperatury (i nie mniej ważnej częstotliwości).

Rezystywność miedzi

W międzynarodowym układzie SI oporność przewodników mierzy się w omach. W dziedzinie IT częściej stosuje się wymiar niesystemowy Ohm∙mm 2 /m, co jest wygodniejsze w obliczeniach, ponieważ przekroje przewodów są zwykle podawane w mm 2. Wartość 1 Ohm∙mm 2 /m jest milion razy mniejsza niż 1 Ohm∙m i charakteryzuje rezystywność substancji, której jednorodny przewodnik o długości 1 m i polu przekroju poprzecznego 1 mm 2 daje rezystancja 1 Ohm.

Rezystywność czystej miedzi elektrycznej w temperaturze 20°C wynosi 0,0172 Ω∙mm 2 /m. W różnych źródłach można znaleźć wartości do 0,018 Ohm∙mm 2 /m, które mogą dotyczyć również miedzi elektrycznej. Wartości różnią się w zależności od obróbki, której poddawany jest materiał. Przykładowo wyżarzanie po ciągnieniu („ciągnieniu”) drutu zmniejsza rezystywność miedzi o kilka procent, chociaż przeprowadza się je przede wszystkim w celu zmiany właściwości mechanicznych, a nie elektrycznych.

Rezystywność miedzi ma bezpośrednie konsekwencje dla zastosowań Power over Ethernet. Tylko część pierwotnego prądu stałego wprowadzonego do przewodnika dotrze do drugiego końca przewodnika — pewne straty po drodze są nieuniknione. Na przykład, PoE typu 1 wymaga, aby z 15,4 W dostarczanych przez źródło co najmniej 12,95 W docierało do zasilanego urządzenia na drugim końcu.

Rezystywność miedzi zmienia się wraz z temperaturą, ale dla temperatur IT zmiany są niewielkie. Zmianę rezystywności oblicza się za pomocą wzorów:

ΔR = αR ΔT

R 2 = R 1 (1 + α (T 2 - T 1))

gdzie ΔR jest zmianą rezystywności, R jest opornością w temperaturze przyjętej jako poziom podstawowy (zwykle 20°C), ΔT jest gradientem temperatury, α jest temperaturowym współczynnikiem rezystywności dla danego materiału (wymiar °C -1 ). W zakresie od 0°C do 100°C dla miedzi przyjmuje się współczynnik temperaturowy 0,004°C -1. Obliczmy rezystywność miedzi w temperaturze 60°C.

R 60°C = R 20°C (1 + α (60°C - 20°C)) = 0,0172 (1 + 0,004 40) ≈ 0,02 oma∙mm 2 /m

Rezystywność wzrosła o 16% wraz ze wzrostem temperatury o 40°C. Oczywiście podczas pracy systemów kablowych skrętka nie powinna być narażana na działanie wysokich temperatur, nie powinno to być dozwolone. Przy odpowiednio zaprojektowanym i zainstalowanym systemie temperatura przewodów niewiele będzie odbiegać od zwyczajowych 20°C, a wtedy zmiana rezystywności będzie niewielka. Zgodnie ze standardami telekomunikacyjnymi rezystancja 100 m przewodu miedzianego w kablu skrętkowym kategorii 5e lub 6 nie powinna przekraczać 9,38 oma w temperaturze 20°C. W praktyce producenci wpisują się w tę wartość z marginesem, dlatego nawet w temperaturach 25°C ÷ 30°C rezystancja przewodu miedzianego nie przekracza tej wartości.

Tłumienie sygnału/utrata wtrąceniowa skrętki

Kiedy fala elektromagnetyczna rozchodzi się przez skrętkę miedzianą, część jej energii jest rozpraszana wzdłuż ścieżki od bliższego końca do drugiego końca. Im wyższa temperatura kabla, tym bardziej sygnał jest tłumiony. Przy wysokich częstotliwościach tłumienie jest większe niż przy niskich częstotliwościach, a dla wyższych kategorii dopuszczalne limity dla badania tłumienności wtrąceniowej są bardziej rygorystyczne. W tym przypadku wszystkie wartości graniczne są ustawione na temperaturę 20°C. Jeżeli w temperaturze 20°C oryginalny sygnał dotarł do drugiego końca odcinka o długości 100 m z poziomem mocy P, wówczas w podwyższonych temperaturach taka moc sygnału będzie obserwowana na krótszych dystansach. Jeśli konieczne jest zapewnienie tej samej mocy sygnału na wyjściu segmentu, będziesz musiał albo zainstalować krótszy kabel (co nie zawsze jest możliwe), albo wybrać marki kabli o niższym tłumieniu.

• Dla kabli ekranowanych o temperaturze powyżej 20°C zmiana temperatury o 1 stopień powoduje zmianę tłumienia o 0,2%
• Dla wszystkich typów kabli i dowolnych częstotliwości w temperaturach do 40°C zmiana temperatury o 1 stopień powoduje zmianę tłumienia o 0,4%
• Dla wszystkich typów kabli i dowolnych częstotliwości w temperaturach od 40°C do 60°C zmiana temperatury o 1 stopień powoduje zmianę tłumienia o 0,6%
• W kablach kategorii 3 tłumienie może wynosić 1,5% na stopień Celsjusza

Już na początku 2000 r. Norma TIA/EIA-568-B.2 zaleca zmniejszenie maksymalnej dopuszczalnej długości łącza/kanału stałego kategorii 6, jeśli kabel był instalowany w środowiskach o podwyższonej temperaturze, a im wyższa temperatura, tym krótszy powinien być segment.

Biorąc pod uwagę, że pułap częstotliwości w kategorii 6A jest dwukrotnie wyższy niż w kategorii 6, ograniczenia temperaturowe dla takich systemów będą jeszcze bardziej rygorystyczne.

Dziś przy wdrażaniu aplikacji PoE Mówimy o maksymalnej prędkości 1-gigabitowej. Jednak w przypadku aplikacji 10-Gigabitowych zasilanie przez Ethernet nie wchodzi w grę, przynajmniej jeszcze nie. Zatem w zależności od potrzeb, gdy zmienia się temperatura, należy wziąć pod uwagę zmianę rezystywności miedzi lub zmianę tłumienia. W obu przypadkach najbardziej sensowne jest przechowywanie kabli w temperaturze bliskiej 20°C.

Wiele osób słyszało o prawie Ohma, ale nie każdy wie, co to jest. Nauka rozpoczyna się od szkolnego kursu fizyki. Szerzej nauczane są na Wydziale Fizyki i Elektrodynamiki. Wiedza ta raczej nie będzie przydatna dla przeciętnego człowieka, ale jest niezbędna do ogólnego rozwoju, a dla innych do przyszłego zawodu. Z drugiej strony podstawowa wiedza na temat elektryczności, jej budowy i cech w domu pomoże uchronić się przed szkodami. Nie bez powodu prawo Ohma nazywane jest podstawowym prawem elektryczności. Domowa złota rączka musi posiadać wiedzę z zakresu elektryki, aby zapobiec przepięciom, które mogą prowadzić do wzrostu obciążenia i pożaru.

Pojęcie oporu elektrycznego

Zależność pomiędzy podstawowymi wielkościami fizycznymi obwodu elektrycznego – rezystancją, napięciem, natężeniem prądu – odkrył niemiecki fizyk Georg Simon Ohm.

Opór elektryczny przewodnika jest wielkością charakteryzującą jego odporność na prąd elektryczny. Inaczej mówiąc, część elektronów pod wpływem prądu elektrycznego na przewodnik opuszcza swoje miejsce w sieci krystalicznej i kierowana jest do dodatniego bieguna przewodnika. Część elektronów pozostaje w siatce, nadal krążąc wokół atomu jądrowego. Te elektrony i atomy tworzą opór elektryczny, który zapobiega ruchowi uwolnionych cząstek.

Powyższy proces dotyczy wszystkich metali, jednak opór występuje w nich inaczej. Wynika to z różnicy w wielkości, kształcie i materiale, z którego wykonany jest przewodnik. W związku z tym wymiary sieci krystalicznej mają różne kształty dla różnych materiałów, dlatego opór elektryczny dla przepływu prądu przez nie nie jest taki sam.

Z tej koncepcji wynika definicja rezystywności substancji, która jest indywidualnym wskaźnikiem dla każdego metalu osobno. Opór elektryczny (SER) to wielkość fizyczna oznaczona grecką literą ρ, charakteryzująca się zdolnością metalu do zapobiegania przepływowi prądu elektrycznego.

Miedź jest głównym materiałem na przewodniki

Rezystywność substancji oblicza się za pomocą wzoru, w którym jednym z ważnych wskaźników jest współczynnik temperaturowy oporu elektrycznego. Tabela zawiera wartości rezystywności trzech znanych metali w zakresie temperatur od 0 do 100°C.

Jeśli przyjmiemy rezystywność żelaza jako jednego z dostępnych materiałów równą 0,1 oma, to na 1 om potrzeba 10 metrów. Srebro ma najniższy opór elektryczny, dla jego wartości 1 oma będzie to 66,7 metra. Znacząca różnica, ale srebro to drogi metal, którego nie wszędzie można zastosować. Kolejnym najlepszym wskaźnikiem jest miedź, gdzie na 1 om potrzeba 57,14 metra. Ze względu na swoją dostępność i cenę w porównaniu ze srebrem, miedź jest jednym z najpopularniejszych materiałów stosowanych w sieciach elektrycznych. Niska rezystywność drutu miedzianego lub rezystancja drutu miedzianego umożliwia zastosowanie przewodnika miedzianego w wielu dziedzinach nauki, technologii, a także do celów przemysłowych i domowych.

Wartość rezystancji

Wartość rezystywności nie jest stała; zmienia się w zależności od następujących czynników:

• Rozmiar. Im większa średnica przewodnika, tym więcej elektronów przepuszcza przez siebie. Dlatego im mniejszy rozmiar, tym większa rezystancja.
• Długość. Elektrony przechodzą przez atomy, więc im dłuższy drut, tym więcej elektronów musi przez nie przejść. Dokonując obliczeń należy wziąć pod uwagę długość i rozmiar drutu, ponieważ im dłuższy lub cieńszy drut, tym większa jest jego rezystywność i odwrotnie. Nieobliczenie obciążenia używanego sprzętu może prowadzić do przegrzania drutu i pożaru.
• Temperatura. Wiadomo, że temperatura ma ogromny wpływ na zachowanie substancji na różne sposoby. Metal jak nic innego zmienia swoje właściwości w różnych temperaturach. Rezystywność miedzi zależy bezpośrednio od współczynnika temperaturowego rezystancji miedzi i wzrasta po podgrzaniu.
• Korozja. Powstawanie korozji znacznie zwiększa obciążenie. Dzieje się tak z powodu wpływów środowiska, wilgoci, soli, brudu itp.. Zaleca się zaizolowanie i zabezpieczenie wszystkich połączeń, końcówek, skrętek, zainstalowanie zabezpieczeń dla sprzętu znajdującego się na ulicy oraz niezwłoczną wymianę uszkodzonych przewodów, komponentów i zespołów.

Obliczanie rezystancji

Obliczeń dokonuje się przy projektowaniu obiektów o różnym przeznaczeniu i przeznaczeniu, gdyż życie każdego człowieka zapewnia energia elektryczna. Pod uwagę brane jest wszystko, od opraw oświetleniowych po sprzęt skomplikowany technicznie. W domu przydatne byłoby również wykonanie obliczeń, zwłaszcza jeśli planowana jest wymiana przewodów elektrycznych. W przypadku budownictwa prywatnego konieczne jest obliczenie obciążenia, w przeciwnym razie „prowizoryczny” montaż przewodów elektrycznych może doprowadzić do pożaru.

Celem obliczeń jest określenie całkowitej rezystancji przewodów wszystkich zastosowanych urządzeń, biorąc pod uwagę ich parametry techniczne. Oblicza się go ze wzoru R=p*l/S, gdzie:

R – obliczony wynik;

p – wskaźnik rezystywności z tabeli;

l – długość drutu (przewodnika);

S – średnica przekroju.

Jednostki

W Międzynarodowym Układzie Jednostek Wielkości Fizycznych (SI) rezystancję elektryczną mierzy się w omach (omach). Jednostką miary rezystywności według układu SI jest rezystywność substancji, przy której przewodnik wykonany z jednego materiału o długości 1 m i przekroju 1 m2. m. ma rezystancję 1 oma. Tabela wyraźnie pokazuje użycie 1 oma/m dla różnych metali.

Znaczenie rezystywności

Zależność między rezystywnością a przewodnością można uznać za wielkości odwrotne. Im wyższy wskaźnik jednego przewodnika, tym niższy wskaźnik drugiego i odwrotnie. Dlatego przy obliczaniu przewodności elektrycznej stosuje się obliczenie 1/r, ponieważ odwrotnością X jest 1/X i odwrotnie. Konkretny wskaźnik jest oznaczony literą g.

Zalety miedzi elektrolitycznej

Zaletą miedzi jest nie tylko niski wskaźnik rezystywności (po srebrze). Posiada unikalne w swojej charakterystyce właściwości, a mianowicie plastyczność i wysoką plastyczność. Dzięki tym właściwościom miedź elektrolityczna jest produkowana o wysokim stopniu czystości do produkcji kabli stosowanych w urządzeniach elektrycznych, sprzęcie komputerowym, przemyśle elektrycznym i motoryzacyjnym.

Zależność wskaźnika rezystancji od temperatury

Współczynnik temperaturowy to wartość równa zmianie napięcia części obwodu i rezystywności metalu w wyniku zmian temperatury. Większość metali ma tendencję do zwiększania rezystywności wraz ze wzrostem temperatury z powodu drgań termicznych sieci krystalicznej. Współczynnik temperaturowy rezystancji miedzi wpływa na rezystywność drutu miedzianego iw temperaturach od 0 do 100°C wynosi 4,1 10− 3(1/Kelwin). W przypadku srebra wskaźnik ten w tych samych warunkach wynosi 3,8, a dla żelaza 6,0. To po raz kolejny potwierdza skuteczność wykorzystania miedzi jako przewodnika.

W praktyce często konieczne jest obliczenie rezystancji różnych przewodów. Można to zrobić za pomocą wzorów lub korzystając z danych podanych w tabeli. 1.

Wpływ materiału przewodnika uwzględnia się za pomocą rezystywności, oznaczonej grecką literą? i mający długość 1 mi pole przekroju poprzecznego 1 mm2. Najniższa rezystancja? = 0,016 oma mm2/m ma srebro. Podajmy średnią wartość rezystywności niektórych przewodników:

Przy różnej ilości zanieczyszczeń i różnych proporcjach składników wchodzących w skład stopów reostatycznych, rezystywność może nieznacznie się zmieniać.

Opór oblicza się ze wzoru:

gdzie R to rezystancja, Ohm; rezystywność, (om, mm2)/m; l - długość drutu, m; s - powierzchnia przekroju drutu, mm2.

Jeżeli znana jest średnica drutu d, to jego pole przekroju poprzecznego jest równe:

Najlepiej zmierzyć średnicę drutu za pomocą mikrometru, ale jeśli go nie masz, nawiń ciasno 10 lub 20 zwojów drutu na ołówek i zmierz długość uzwojenia za pomocą linijki. Dzieląc długość uzwojenia przez liczbę zwojów, znajdujemy średnicę drutu.

Aby wyznaczyć długość drutu o znanej średnicy wykonanego z danego materiału niezbędną do uzyskania wymaganej wytrzymałości, należy skorzystać ze wzoru

Tabela 1.

Notatka. 1. Dane dla przewodów niewymienionych w tabeli należy traktować jako wartości średnie. Na przykład dla drutu niklowego o średnicy 0,18 mm możemy w przybliżeniu założyć, że pole przekroju poprzecznego wynosi 0,025 mm2, rezystancja jednego metra wynosi 18 omów, a dopuszczalny prąd wynosi 0,075 A.

2. Dla innej wartości gęstości prądu należy odpowiednio zmienić dane w ostatniej kolumnie; np. przy gęstości prądu 6 A/mm2 należy je podwoić.

Przykład 1. Znajdź opór 30 m drutu miedzianego o średnicy 0,1 mm.

Rozwiązanie. Ustalamy zgodnie z tabelą. 1 rezystancja 1 m drutu miedzianego jest równa 2,2 oma. Dlatego rezystancja 30 m drutu będzie wynosić R = 30 · 2,2 = 66 omów.

Obliczenia za pomocą wzorów dają następujące wyniki: pole przekroju poprzecznego drutu: s = 0,78 0,12 = 0,0078 mm2. Ponieważ rezystywność miedzi wynosi 0,017 (om mm2)/m, otrzymujemy R = 0,017 · 30/0,0078 = 65,50 m.

Przykład 2. Ile drutu niklowego o średnicy 0,5 mm potrzeba do wykonania reostatu o rezystancji 40 omów?

Rozwiązanie. Według tabeli 1, określamy rezystancję 1 m tego drutu: R = 2,12 oma: Dlatego do wykonania reostatu o rezystancji 40 omów potrzebny jest drut o długości l = 40/2,12 = 18,9 m.

Wykonajmy te same obliczenia, korzystając ze wzorów. Znajdujemy pole przekroju drutu s = 0,78 0,52 = 0,195 mm2. Długość drutu będzie wynosić l = 0,195 40/0,42 = 18,6 m.

Kiedy obwód elektryczny jest zamknięty, na jego zaciskach występuje różnica potencjałów, pojawia się prąd elektryczny. Swobodne elektrony pod wpływem sił pola elektrycznego poruszają się wzdłuż przewodnika. W swoim ruchu elektrony zderzają się z atomami przewodnika i przekazują im energię kinetyczną. Prędkość ruchu elektronów stale się zmienia: gdy elektrony zderzają się z atomami, cząsteczkami i innymi elektronami, maleje, następnie pod wpływem pola elektrycznego wzrasta i ponownie maleje podczas nowego zderzenia. W rezultacie w przewodniku ustala się równomierny przepływ elektronów z prędkością kilku ułamków centymetra na sekundę. W rezultacie elektrony przechodzące przez przewodnik zawsze napotykają opór z jego strony. Kiedy prąd elektryczny przepływa przez przewodnik, ten ostatni nagrzewa się.

Opór elektryczny

Opór elektryczny przewodnika, który jest oznaczony literą łacińską R, to właściwość ciała lub ośrodka polegająca na przekształcaniu energii elektrycznej w energię cieplną, gdy przepływa przez nie prąd elektryczny.

Na schematach opór elektryczny jest wskazany, jak pokazano na rysunku 1, A.

Nazywa się zmiennym oporem elektrycznym, który służy do zmiany prądu w obwodzie opornica. Na schematach reostaty oznaczono jak pokazano na rysunku 1, B. Ogólnie rzecz biorąc, reostat jest wykonany z drutu o takiej lub innej rezystancji, nawiniętego na izolującą podstawę. Suwak lub dźwignia reostatu ustawiana jest w określonej pozycji, w wyniku czego do obwodu wprowadzany jest wymagany opór.

Długi przewodnik o małym przekroju powoduje duży opór dla prądu. Krótkie przewodniki o dużym przekroju poprzecznym stawiają niewielki opór prądowi.

Jeśli weźmiesz dwa przewodniki z różnych materiałów, ale o tej samej długości i przekroju, wówczas przewodniki będą przewodzić prąd inaczej. To pokazuje, że opór przewodnika zależy od materiału, z którego jest wykonany przewodnik.

Temperatura przewodnika wpływa również na jego rezystancję. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta opór metali, a maleje opór cieczy i węgla. Tylko niektóre specjalne stopy metali (manganina, konstantan, nikiel i inne) prawie nie zmieniają swojej odporności wraz ze wzrostem temperatury.

Widzimy więc, że opór elektryczny przewodnika zależy od: 1) długości przewodnika, 2) przekroju przewodnika, 3) materiału przewodnika, 4) temperatury przewodnika.

Jednostką oporu jest jeden om. Om jest często reprezentowane przez grecką wielką literę Ω (omega). Dlatego zamiast pisać „Rezystancja przewodnika wynosi 15 omów”, możesz po prostu napisać: R= 15 Ω.
1000 omów nazywa się 1 kiloom(1 kOhm lub 1 kΩ),
1 000 000 omów nazywa się 1 megaom(1 mOhm lub 1 MΩ).

Porównując rezystancję przewodów z różnych materiałów, dla każdej próbki należy przyjąć określoną długość i przekrój. Wtedy będziemy mogli ocenić, który materiał lepiej lub gorzej przewodzi prąd elektryczny.

Wideo 1. Rezystancja przewodu

Rezystancja

Nazywa się rezystancją w omach przewodu o długości 1 m i przekroju 1 mm² oporność i jest oznaczony grecką literą ρ (ro).

Tabela 1 pokazuje rezystancje niektórych przewodników.

Tabela 1

Rezystancje różnych przewodników

Z tabeli wynika, że ​​żelazny drut o długości 1 m i przekroju 1 mm² ma rezystancję 0,13 oma. Aby uzyskać rezystancję 1 oma, należy wziąć 7,7 m takiego drutu. Srebro ma najniższą rezystancję. Opór 1 oma można uzyskać, biorąc 62,5 m srebrnego drutu o przekroju 1 mm². Srebro jest najlepszym przewodnikiem, jednak cena srebra wyklucza możliwość jego masowego wykorzystania. Po srebrze w tabeli pojawia się miedź: 1 m drutu miedzianego o przekroju 1 mm² ma rezystancję 0,0175 oma. Aby uzyskać rezystancję 1 oma, należy wziąć 57 m takiego drutu.

Chemicznie czysta miedź, otrzymywana w drodze rafinacji, znalazła szerokie zastosowanie w elektrotechnice do produkcji drutów, kabli, uzwojeń maszyn i urządzeń elektrycznych. Aluminium i żelazo są również szeroko stosowane jako przewodniki.

Rezystancję przewodnika można określić ze wzoru:

Gdzie R– rezystancja przewodu w omach; ρ – rezystancja właściwa przewodnika; l– długość przewodu w m; S– przekrój przewodu w mm².

Przykład 1. Wyznacz opór 200 m drutu żelaznego o przekroju 5 mm².

Przykład 2. Oblicz opór 2 km drutu aluminiowego o przekroju 2,5 mm².

Ze wzoru na rezystancję można łatwo określić długość, rezystywność i przekrój przewodnika.

Przykład 3. W przypadku odbiornika radiowego konieczne jest nawinięcie rezystancji 30 omów z drutu niklowego o przekroju 0,21 mm². Określ wymaganą długość drutu.

Przykład 4. Określ przekrój 20 m drutu nichromowego, jeśli jego rezystancja wynosi 25 omów.

Przykład 5. Drut o przekroju 0,5 mm² i długości 40 m ma rezystancję 16 omów. Określ materiał drutu.

Materiał przewodnika charakteryzuje jego rezystywność.

Na podstawie tabeli oporności stwierdzamy, że ołów ma tę rezystancję.

Powyżej stwierdzono, że rezystancja przewodników zależy od temperatury. Wykonajmy następujący eksperyment. Nawińmy kilka metrów cienkiego metalowego drutu w formie spirali i podłączmy tę spiralę do obwodu akumulatora. Aby zmierzyć prąd, podłączamy amperomierz do obwodu. Gdy cewka zostanie podgrzana w płomieniu palnika, można zauważyć, że wskazania amperomierza zmniejszą się. To pokazuje, że opór metalowego drutu wzrasta wraz z ogrzewaniem.

W przypadku niektórych metali po podgrzaniu do 100° rezystancja wzrasta o 40–50%. Istnieją stopy, które pod wpływem ogrzewania nieznacznie zmieniają swoją rezystancję. Niektóre stopy specjalne nie wykazują praktycznie żadnej zmiany oporu przy zmianach temperatury. Opór przewodników metalowych wzrasta wraz ze wzrostem temperatury, natomiast opór elektrolitów (przewodników cieczy), węgla i niektórych ciał stałych, wręcz przeciwnie, maleje.

Do budowy termometrów rezystancyjnych wykorzystuje się zdolność metali do zmiany oporu pod wpływem temperatury. Ten termometr to drut platynowy nawinięty na ramkę z miki. Umieszczając termometr na przykład w piecu i mierząc rezystancję drutu platynowego przed i po nagrzaniu, można określić temperaturę w piecu.

Nazywa się zmianę rezystancji przewodnika po jego nagrzaniu na 1 om rezystancji początkowej i na 1° temperatury temperaturowy współczynnik oporu i jest oznaczony literą α.

Jeśli w temp T 0 rezystancja przewodu wynosi R 0 i w temperaturze T równa się rt, a następnie współczynnik temperaturowy oporu

Notatka. Obliczenia przy użyciu tego wzoru można wykonać tylko w określonym zakresie temperatur (do około 200°C).

Przedstawiamy wartości temperaturowego współczynnika rezystancji α dla niektórych metali (tabela 2).

Tabela 2

Wartości współczynników temperaturowych dla niektórych metali

Ze wzoru na współczynnik temperaturowy oporu określamy rt:

rt = R 0 .

Przykład 6. Wyznacz rezystancję drutu żelaznego nagrzanego do temperatury 200°C, jeśli jego rezystancja w temperaturze 0°C wynosiła 100 omów.

rt = R 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 omów.

Przykład 7. Termometr oporowy wykonany z drutu platynowego miał rezystancję 20 omów w pomieszczeniu o temperaturze 15°C. Termometr włożono do piekarnika i po pewnym czasie zmierzono jego rezystancję. Okazało się, że jest równe 29,6 oma. Określ temperaturę w piekarniku.

Przewodnictwo elektryczne

Do tej pory uważaliśmy opór przewodnika za przeszkodę, jaką przewodnik stanowi dla prądu elektrycznego. Ale mimo to prąd przepływa przez przewodnik. Dlatego oprócz rezystancji (przeszkody) przewodnik ma również zdolność przewodzenia prądu elektrycznego, czyli przewodnictwa.

Im większy opór ma przewodnik, tym mniejszą ma przewodność, tym gorzej przewodzi prąd elektryczny i odwrotnie, im niższy opór przewodnika, tym większa jest jego przewodność, tym łatwiej jest przepływać prąd przez przewodnik. Dlatego opór i przewodność przewodnika są wielkościami odwrotnymi.

Z matematyki wiadomo, że odwrotnością 5 jest 1/5 i odwrotnie, odwrotnością 1/7 jest 7. Dlatego też, jeśli opór przewodnika jest oznaczony literą R, wówczas przewodność definiuje się jako 1/ R. Przewodność jest zwykle symbolizowana literą g.

Przewodność elektryczną mierzy się w (1/om) lub w siemensach.

Przykład 8. Rezystancja przewodnika wynosi 20 omów. Określ jego przewodność.

Jeśli R= 20 omów

Przykład 9. Przewodność przewodnika wynosi 0,1 (1/om). Określ jego opór

Jeśli g = 0,1 (1/om), to R= 1 / 0,1 = 10 (om)