Jak znaleźć rezystywność metalu. Opór elektryczny i przewodność

Dlatego ważna jest znajomość parametrów wszystkich użytych elementów i materiałów. I to nie tylko elektryczne, ale i mechaniczne. I miej do swojej dyspozycji wygodne materiały referencyjne, które pozwolą Ci porównać właściwości różnych materiałów i wybrać do projektowania i pracy dokładnie to, co będzie optymalne w danej sytuacji.
W liniach przesyłowych energii, gdzie zadaniem jest jak najbardziej produktywne, czyli z wysoką wydajnością, doprowadzenie energii do odbiorcy, bierze się pod uwagę zarówno ekonomię strat, jak i mechanikę samych linii. Finał wydajność ekonomiczna linii, jej pracy i kosztów eksploatacji. Ponadto w liniach przesyłających energię elektryczną istnieją wyższe wymagania dotyczące zapewnienia bezpieczeństwa zarówno samych linii, jak i wszystkiego wokół nich, przez które przechodzą. A to zwiększa koszty zarówno dostarczania okablowania elektrycznego, jak i dodatkowego marginesu bezpieczeństwa dla wszystkich konstrukcji.

Dla porównania dane są zazwyczaj prezentowane w jednej, porównywalnej formie. Często do takich cech dodaje się epitet „specyficzny”, a same wartości są uważane za niektóre standardy ujednolicone pod względem parametrów fizycznych. Na przykład specyficzny opór elektryczny- jest to rezystancja (om) przewodnika wykonanego z jakiegoś metalu (miedź, aluminium, stal, wolfram, złoto), posiadającego jednostkę długości i jednostkowy przekrój w stosowanym systemie jednostek miar (zwykle w SI). Ponadto negocjowana jest temperatura, ponieważ rezystancja przewodników może zachowywać się inaczej po podgrzaniu. Opiera się na normalnych średnich warunkach pracy - przy 20 stopniach Celsjusza. A tam, gdzie istotne są właściwości przy zmianie parametrów medium (temperatura, ciśnienie), wprowadza się współczynniki oraz sporządza się dodatkowe tabele i wykresy zależności.

Rodzaje rezystywności

Ponieważ pojawia się opór:

aktywny – lub omowy, rezystancyjny – wynikający ze zużycia energii elektrycznej do nagrzewania przewodnika (metalu), gdy przepływa przez niego prąd elektryczny, oraz
reaktywny - pojemnościowy lub indukcyjny, który powstaje z nieuniknionych strat przy tworzeniu wszelkiego rodzaju zmian prądu przepływającego przez przewodnik pól elektrycznych, a następnie oporność Istnieją dwa rodzaje przewodników:

Specyficzna oporność elektryczna na prąd stały (mający charakter rezystancyjny) oraz
Specyficzna odporność elektryczna na prąd przemienny (mający charakter reaktywny).

Tutaj rezystywność typu 2 jest wartością złożoną, składa się z dwóch składowych TP - czynnej i biernej, ponieważ rezystancja rezystancyjna występuje zawsze podczas przepływu prądu, niezależnie od jego natury, a rezystancja bierna występuje tylko przy każdej zmianie prądu w obwodach. W obwodach prądu stałego reaktancja powstaje tylko podczas procesów przejściowych, które są związane z załączaniem prądu (zmiana prądu z 0 na znamionowy) lub wyłączaniem (zmiana z znamionowego na 0). I są one zwykle brane pod uwagę tylko przy projektowaniu ochrony przed przeciążeniem.

W obwodach prądu przemiennego zjawiska związane z reaktancjami są znacznie bardziej zróżnicowane. Zależą one nie tylko od rzeczywistego przepływu prądu przez określony odcinek, ale także od kształtu przewodnika, a zależność nie jest liniowa.

Faktem jest, że prąd przemienny indukuje pole elektryczne zarówno wokół przewodnika, przez który przepływa, jak iw samym przewodniku. I z tego pola powstają prądy wirowe, które dają efekt „wypychania” rzeczywistego głównego ruchu ładunków, z głębokości całego odcinka przewodnika na jego powierzchnię, tak zwany „efekt naskórkowy” (od skóry - skóra). Okazuje się, że prądy wirowe zdają się „kraść” jego przekrój z przewodnika. Prąd płynie pewną warstwą przy powierzchni, reszta grubości przewodnika pozostaje niewykorzystana, nie zmniejsza to jego rezystancji, a zwiększanie grubości przewodników po prostu nie ma sensu. Zwłaszcza przy wysokich częstotliwościach. Dlatego dla prądu przemiennego rezystancje mierzone są w takich przekrojach przewodu, gdzie cały jego przekrój można uznać za przypowierzchniowy. Taki drut nazywamy cienkim, jego grubość jest równa dwukrotnej głębokości tej warstwy powierzchniowej, w której prądy wirowe wypierają użyteczny prąd główny płynący w przewodzie.

Oczywiście efektywne przewodzenie prądu przemiennego nie jest wyczerpywane przez zmniejszenie grubości drutów okrągłych w przekroju. Przewód może być przerzedzony, ale jednocześnie płaski w postaci taśmy, wówczas przekrój będzie odpowiednio wyższy niż w przypadku drutu okrągłego, a rezystancja będzie niższa. Ponadto samo zwiększenie powierzchni spowoduje zwiększenie przekroju efektywnego. To samo można osiągnąć, stosując linkę zamiast przewodu jednożyłowego, ponadto przewód wielożyłowy ma wyższą elastyczność niż przewód jednożyłowy, co często jest również cenne. Z drugiej strony, biorąc pod uwagę efekt naskórkowości drutów, możliwe jest wykonanie drutów kompozytowych przez wykonanie rdzenia z metalu o dobrych właściwościach wytrzymałościowych, takiego jak stal, ale o niskim poziomie elektrycznym. W tym przypadku na stali wykonywany jest oplot aluminiowy, który ma niższą rezystywność.

Oprócz efektu naskórkowości na przepływ prądu przemiennego w przewodach wpływa wzbudzenie prądów wirowych w otaczających przewodach. Takie prądy nazywane są prądami indukcyjnymi i są indukowane zarówno w metalach, które nie pełnią roli okablowania (elementy konstrukcyjne nośne), jak i w przewodach całego kompleksu przewodzącego - pełniącego rolę przewodów innych faz, zero , uziemienie.

Wszystkie te zjawiska występują we wszystkich strukturach związanych z elektrycznością, co dodatkowo wzmacnia znaczenie posiadania do dyspozycji podsumowania informacji referencyjnych dotyczących różnych materiałów.

Oporność przewodów mierzy się bardzo czułymi i dokładnymi przyrządami, ponieważ do okablowania wybiera się metale o najniższej rezystancji - rzędu omów * 10 -6 na metr długości i kwadrat. mm. Sekcja. Do pomiaru rezystancji właściwej izolacji potrzebne są urządzenia, wręcz przeciwnie, mające zakresy bardzo duże wartości oporności są zwykle megaomami. Oczywiste jest, że przewodniki muszą dobrze przewodzić, a izolatory muszą być dobrze izolowane.

Tabela

Tabela rezystywności przewodników (metale i stopy)
Materiał przewodnika	Skład (dla stopów)	Oporność ρ om × mm 2 / m
Materiał przewodnika	Skład (dla stopów)



	miedź, cynk, cyna, nikiel, ołów, mangan, żelazo itp.
Aluminium


Wolfram

molibden

	miedź, cyna, aluminium, krzem, beryl, ołów itp. (oprócz cynku)

	żelazo, węgiel


	miedź, nikiel, cynk
Manganina	miedź, nikiel, mangan
Konstantan	miedź, nikiel, aluminium


	nikiel, chrom, żelazo, mangan


	żelazo, chrom, aluminium, krzem, mangan

Żelazo jako przewodnik w elektrotechnice

Żelazo jest najbardziej rozpowszechnionym metalem w naturze i technologii (po wodorze, który również jest metalem). Jest najtańszy i ma doskonałe właściwości wytrzymałościowe, dlatego jest stosowany wszędzie jako podstawa wytrzymałości różnych konstrukcji.

W elektrotechnice żelazo jest stosowane jako przewodnik w postaci giętkich drutów stalowych, gdzie wymagana jest wytrzymałość fizyczna i elastyczność, a wymaganą rezystancję można uzyskać dzięki odpowiedniemu przekrojowi.

Posiadanie tabeli rezystywności różne metale i stopów można obliczyć przekroje przewodów wykonanych z różnych przewodników.

Jako przykład spróbujmy znaleźć równoważny elektrycznie przekrój przewodników wykonanych z różnych materiałów: miedzi, wolframu, niklu i drutu żelaznego. Do pierwszego bierzemy drut aluminiowy o przekroju 2,5 mm.

Potrzebujemy, aby rezystancja drutu wykonanego z tych wszystkich metali była równa rezystancji oryginalnego drutu na długości 1 m. Wytrzymałość aluminium na 1 m długości i 2,5 mm przekroju będzie równa

Gdzie r- opór, ρ - rezystywność metalu ze stołu, S- powierzchnia przekroju, L- długość.

Zastępując wartości początkowe, otrzymujemy rezystancję metrowego kawałka drutu aluminiowego w omach.

Następnie rozwiązujemy wzór na S

Podstawimy wartości z tabeli i uzyskamy pola przekroju dla różnych metali.

Ponieważ rezystywność w tabeli jest mierzona na przewodzie o długości 1 m, w mikroomach na odcinek 1 mm2, otrzymaliśmy ją w mikroomach. Aby uzyskać to w omach, pomnóż wartość przez 10 -6. Ale liczba omów z 6 zerami po przecinku wcale nie jest nam potrzebna, ponieważ ostateczny wynik nadal znajdujemy to w mm 2.

Jak widać rezystancja żelaza jest dość duża, drut jest gruby.

Ale są materiały, które mają go jeszcze więcej, na przykład nikiel lub konstantan.

Wielu słyszało o prawie Ohma, ale nie wszyscy wiedzą, co to jest. Nauka rozpoczyna się od szkolnego kursu fizyki. Więcej szczegółów na Wydziale Fizyki i Elektrodynamiki. Ta wiedza raczej nie będzie przydatna dla zwykłego człowieka, ale jest niezbędna do ogólny rozwój, ale dla kogoś do przyszłego zawodu. Z drugiej strony podstawowa wiedza o elektryczności, jej budowie, funkcjach w domu pomoże ostrzec się przed kłopotami. Nic dziwnego, że prawo Ohma nazywa się podstawowym prawem elektryczności. Majsterkowicz musi mieć wiedzę elektryczną, aby zapobiec przepięciom, które mogą prowadzić do zwiększonego stresu i pożaru.

Koncepcja oporu elektrycznego

Związek między podstawowymi wielkościami fizycznymi obwód elektryczny- rezystancję, napięcie, siłę prądu odkrył niemiecki fizyk Georg Simon Ohm.

Opór elektryczny przewodnika to wartość charakteryzująca jego odporność na prąd elektryczny. Innymi słowy, część elektronów pod działaniem prądu elektrycznego na przewodniku opuszcza swoje miejsce w sieci krystalicznej i przechodzi do dodatniego bieguna przewodnika. Niektóre elektrony pozostają w sieci, nadal krążąc wokół atomu jądra. Te elektrony i atomy tworzą opór elektryczny, który zapobiega przemieszczaniu się uwolnionych cząstek do przodu.

Powyższy proces ma zastosowanie do wszystkich metali, ale opór występuje na różne sposoby. Wynika to z różnicy w wielkości, kształcie, materiale, z którego składa się przewodnik. W związku z tym wymiary sieci krystalicznej mają nierówny kształt dla różnych materiałów, dlatego opór elektryczny na przepływ prądu przez nie nie jest taki sam.

Pojęcie to implikuje definicję rezystywności substancji, która jest indywidualnym wskaźnikiem dla każdego metalu z osobna. Oporność elektryczna (rezystywność) jest wielkością fizyczną oznaczoną grecką literą ρ i charakteryzuje się zdolnością metalu do zapobiegania przechodzeniu przez niego elektryczności.

Miedź jest głównym materiałem na przewodniki

Rezystywność substancji jest obliczana ze wzoru, gdzie jeden z ważne wskaźniki jest współczynnikiem temperaturowym oporu elektrycznego. Tabela zawiera wartości rezystywności trzech znanych metali w zakresie temperatur od 0 do 100°C.

Jeśli przyjmiemy wskaźnik rezystywności żelaza, jako jednego z dostępnych materiałów, równy 0,1 Ohm, to dla 1 Ohm zajmie to 10 metrów. Srebro ma najniższą rezystancję elektryczną, 66,7 metra zostanie uwolnione dla wskaźnika 1 Ohm. Znacząca różnica, ale srebro jest drogim metalem, który na ogół jest niepraktyczny w użyciu. Następnym pod względem wskaźników jest miedź, gdzie na 1 ohm potrzeba 57,14 metra. Ze względu na swoją dostępność, koszt w porównaniu do srebra, 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 w zastosowaniach przemysłowych i domowych.

Wartość rezystywności

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

Rozmiar. Im większa średnica przewodnika, tym więcej elektronów przez siebie przechodzi. W konsekwencji im mniejszy jest jego rozmiar, tym większa rezystywność.
Długość. Elektrony przechodzą przez atomy, więc im dłuższy przewód, tym więcej elektronów musi przez nie przejść. Przy obliczaniu należy wziąć pod uwagę długość i rozmiar drutu, ponieważ im dłuższy, cieńszy drut, tym większa jego rezystywność i odwrotnie. Nieobliczenie obciążenia używanego sprzętu może prowadzić do przegrzania drutu i pożaru.
Temperatura. Wiadomo, że reżim temperaturowy To ma bardzo ważne 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 wraz z ogrzewaniem.
Korozja. Korozja znacznie zwiększa obciążenie. Dzieje się tak z powodu uderzenia środowisko, wnikanie wilgoci, soli, brudu itp. przejawy. Zaleca się zaizolowanie, zabezpieczenie wszystkich połączeń, zacisków, skręceń, zainstalowanie ochrony sprzętu znajdującego się na ulicy, terminową wymianę uszkodzonych przewodów, zespołów, jednostek.

Obliczanie rezystancji

Obliczenia są dokonywane przy projektowaniu obiektów do różnych celów i zastosowań, ponieważ podtrzymywanie życia każdego z nich jest spowodowane elektrycznością. Pod uwagę brane jest wszystko, od opraw oświetleniowych po zaawansowany technicznie sprzęt. W domu przydatne będzie również wykonanie obliczeń, zwłaszcza jeśli przewidziana jest wymiana okablowania elektrycznego. W przypadku budownictwa prywatnego konieczne jest obliczenie obciążenia, w przeciwnym razie montaż „rękodzieła” okablowania elektrycznego może doprowadzić do pożaru.

Celem obliczeń jest określenie całkowitej rezystancji przewodów wszystkich zastosowanych urządzeń z uwzględnieniem ich parametrów technicznych. Oblicza się go według wzoru R = p * l / S, gdzie:

R jest obliczonym wynikiem;

p jest indeksem rezystywności z tabeli;

l to długość drutu (przewodnika);

S - średnica przekroju.

Jednostki

W międzynarodowym układzie jednostek wielkości fizyczne(SI) rezystancja elektryczna jest mierzona w omach (omach). Jednostka miary rezystywności według układu SI jest równa rezystywności substancji, w której przewodnik wykonany z jednego materiału o długości 1 m i przekroju 1 m2. m. ma rezystancję 1 oma. Użycie 1 oma / m w stosunku do różnych metali jest wyraźnie pokazane w tabeli.

Znaczenie rezystywności

Zależność między rezystywnością a przewodnością można postrzegać jako wzajemne wartości. Im wyższy wskaźnik jednego przewodnika, tym niższy wskaźnik drugiego i odwrotnie. Dlatego przy obliczaniu przewodności elektrycznej obliczenie wynosi 1 / r, ponieważ liczba jest odwrotna do X, jest 1 / X i odwrotnie. Konkretny wskaźnik jest oznaczony literą g.

Korzyści z miedzi elektrolitycznej

Miedź nie ogranicza się do niskiej rezystywności (po srebrze) jako zaleta. Posiada właściwości unikalne w swoich właściwościach, a mianowicie plastyczność, wysoką ciągliwość. Dzięki tym właściwościom miedź elektrolityczna wytwarzana jest o wysokim stopniu czystości do produkcji kabli stosowanych w urządzeniach elektrycznych, technologia komputerowa, przemysł elektrotechniczny i motoryzacyjny.

Zależność wskaźnika rezystancji od temperatury

Współczynnik temperaturowy to wielkość 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 / Kelvin). Dla srebra wskaźnik ten w tych samych warunkach ma wartość 3,8, a dla żelaza 6,0. To po raz kolejny dowodzi skuteczności wykorzystania miedzi jako przewodnika.

Zadowolony:

Za rezystywność metali uważa się ich zdolność do opierania się przepływowi przez nie prądu elektrycznego. Jednostką miary dla tej wartości jest om * m (omomierz). Grecka litera ρ (ro) jest używana jako symbol. Wysokie wartości rezystywności oznaczają słabą przewodność elektryczną tego lub innego materiału.

Specyfikacje stali

Przed szczegółowym rozważeniem rezystywności stali należy zapoznać się z jej podstawowymi właściwościami fizycznymi i mechanicznymi. Ze względu na swoje właściwości materiał ten stał się szeroko rozpowszechniony w sferze przemysłowej i innych dziedzinach życia i pracy ludzi.

Stal to stop żelaza i węgla, zawarty w ilości nieprzekraczającej 1,7%. Oprócz węgla stal zawiera pewną ilość zanieczyszczeń - krzem, mangan, siarkę i fosfor. Pod względem swoich właściwości jest znacznie lepszy od żeliwa, łatwo poddaje się hartowaniu, kuciu, walcowaniu i innym rodzajom obróbki. Wszystkie rodzaje stali charakteryzują się dużą wytrzymałością i ciągliwością.

Zgodnie z przeznaczeniem stal dzieli się na stal konstrukcyjną, stal narzędziową, a także stal specjalną właściwości fizyczne... Każdy z nich zawiera inną ilość węgla, dzięki czemu materiał uzyskuje określone właściwości, na przykład odporność na ciepło, odporność na ciepło, odporność na rdzę i korozję.

Szczególne miejsce zajmuje stal elektrotechniczna, produkowana w formacie arkusza i wykorzystywana do produkcji wyrobów elektrycznych. Aby uzyskać ten materiał, wykonuje się domieszkowanie krzemu, które może poprawić jego właściwości magnetyczne i elektryczne.

Aby stal elektrotechniczna uzyskała wymagane właściwości, muszą być spełnione określone wymagania i warunki. Materiał powinien być łatwo namagnesowany i przemagnesowany, to znaczy powinien mieć wysoką przenikalność magnetyczną. Takie stale są dobre, a ich odwrócenie namagnesowania odbywa się przy minimalnych stratach.

Wymiary i waga rdzeni magnetycznych i uzwojeń oraz współczynnik przydatne działanie transformatory i ich wartość temperatura pracy... Na spełnienie warunków wpływa wiele czynników, w tym rezystywność stali.

Rezystywność i inne wskaźniki

Rezystywność to stosunek siły pole elektryczne w metalu i gęstość płynącego w nim prądu. Do obliczeń praktycznych stosuje się wzór: w którym ρ jest specyficzną rezystancją metalu (Ohm * m), mi- natężenie pola elektrycznego (V/m) oraz J- gęstość prądu elektrycznego w metalu (A / m 2). Gdy pole elektryczne jest bardzo silne, a gęstość prądu jest niska, rezystywność metalu będzie wysoka.

Istnieje inna wielkość zwana przewodnością elektryczną, która jest odwrotnością rezystywności, wskazującą stopień przewodności prądu elektrycznego przez określony materiał. Jest on określany wzorem i wyrażany w jednostkach S / m - siemens na metr.

Rezystywność jest ściśle związana z oporem elektrycznym. Różnią się jednak od siebie. W pierwszym przypadku jest to właściwość materiału, w tym stali, a w drugim określana jest właściwość całego obiektu. Na jakość rezystora wpływa kombinacja kilku czynników, przede wszystkim kształtu i rezystywności materiału, z którego jest wykonany. Na przykład, jeśli do wykonania rezystora drutowego użyto cienkiego i długiego drutu, jego rezystancja będzie większa niż rezystora wykonanego z grubego i krótkiego drutu z tego samego metalu.

Innym przykładem są rezystory drutowe o tej samej średnicy i długości. Jeśli jednak w jednym z nich materiał ma wysoką rezystancję właściwą, aw drugim niską, to odpowiednio opór elektryczny w pierwszym rezystorze będzie wyższy niż w drugim.

Znając podstawowe właściwości materiału, rezystywność stali może być wykorzystana do określenia wartości rezystancji przewodnika stalowego. Do obliczeń oprócz rezystywności elektrycznej wymagana będzie średnica i długość samego drutu. Obliczenia wykonywane są według wzoru: w którym r jest (ohm), ρ - odporność właściwa stali (Ohm*m), L- odpowiada długości drutu, A- jego pole przekroju.

Istnieje zależność rezystywności stali i innych metali od temperatury. W większości obliczeń stosuje się temperaturę pokojową - 20 0 C. Wszystkie zmiany pod wpływem tego czynnika są uwzględniane przy użyciu współczynnika temperaturowego.

Rezystywność to pojęcie stosowane w elektrotechnice. Oznacza on opór na jednostkę długości materiału pojedynczego odcinka na przepływający przez niego prąd - innymi słowy, jaką rezystancję ma drut o milimetrowym przekroju o długości jednego metra. Ta koncepcja jest używana w różnych obliczeniach elektrycznych.

Ważne jest, aby zrozumieć różnicę między rezystywnością DC a rezystywnością AC. W pierwszym przypadku opór jest spowodowany wyłącznie działaniem prądu stałego na przewodnik. W drugim przypadku prąd przemienny (może mieć dowolny kształt: sinusoidalny, prostokątny, trójkątny lub dowolny) powoduje dodatkowe działające pole wirowe w przewodzie, które również tworzy opór.

Reprezentacja fizyczna

W obliczeniach technicznych polegających na układaniu kabli o różnych średnicach parametry służą do obliczenia wymaganej długości kabla i jego właściwości elektrycznych. Jednym z głównych parametrów jest rezystywność. Formuła rezystywności:

ρ = R * S / l, gdzie:

ρ jest opornością materiału;
R jest omową rezystancją elektryczną konkretnego przewodnika;
S - przekrój;
l - długość.

Wymiar ρ jest mierzony w Ohm mm 2 / m, lub w skrócie - Ohm m.

Wartość ρ dla tej samej substancji jest zawsze taka sama. Dlatego jest to stała charakteryzująca materiał przewodnika. Zwykle jest to wskazane w książkach referencyjnych. Na tej podstawie można już obliczyć wartości techniczne.

Ważne jest również, aby powiedzieć o określonej przewodności elektrycznej. Wartość ta jest odwrotnością rezystywności materiału i jest z nią używana zamiennie. Nazywa się to również przewodnością elektryczną. Im wyższa ta wartość, tym lepszy metal przewodzi prąd. Na przykład przewodność miedzi wynosi 58,14 m / (Ohm mm 2). Lub w jednostkach SI: 58 140 000 S/m. (Siemens na metr to jednostka SI przewodności elektrycznej).

O rezystancji właściwej można mówić tylko w obecności elementów przewodzących prąd, ponieważ dielektryki mają nieskończoną lub bliską rezystancję elektryczną. Natomiast metale są bardzo dobrymi przewodnikami prądu. Możesz zmierzyć opór elektryczny przewodnika metalowego za pomocą miliomomierza lub jeszcze dokładniejszego mikroomomierza. Wartość jest mierzona między ich sondami przyłożonymi do odcinka przewodu. Pozwalają sprawdzić obwody, okablowanie, uzwojenia silnika i generatora.

Metale różnią się zdolnością przewodzenia prądu. Parametrem charakteryzującym tę różnicę jest oporność różnych metali. Dane podawane są w temperaturze materiału 20 stopni Celsjusza:

Parametr ρ pokazuje, jaką rezystancję będzie miał przewodnik licznika o przekroju 1 mm2. Im większa jest ta wartość, tym większy opór elektryczny będzie miał wymagany przewód o określonej długości. Najmniejsze ρ, jak widać z listy, to srebro, rezystancja jednego metra tego materiału będzie równa tylko 0,015 Ohm, ale jest to zbyt drogi metal do zastosowania na skalę przemysłową. Kolejnym jest miedź, która jest znacznie bardziej powszechna w przyrodzie (nie szlachetny, ale nieżelazny metal). Dlatego okablowanie miedziane jest bardzo powszechne.

Miedź jest nie tylko dobrym przewodnikiem prądu elektrycznego, ale także bardzo plastycznym materiałem. Dzięki tej właściwości druty miedziane lepiej się układają, są odporne na zginanie i rozciąganie.

Miedź jest bardzo poszukiwana na rynku. Z tego materiału powstaje wiele różnych produktów:

Ogromna różnorodność przewodników;
Części samochodowe (takie jak grzejniki);
Mechanizmy zegarkowe;
Komponenty komputerowe;
Szczegóły urządzeń elektrycznych i elektronicznych.

Oporność elektryczna miedzi jest jednym z najlepszych materiałów przewodzących, dlatego na jej bazie powstaje wiele produktów przemysłu elektrycznego. Ponadto miedź łatwo się lutuje, dlatego jest bardzo powszechna w radiu amatorskim.

Wysoka przewodność cieplna miedzi pozwala na zastosowanie jej w urządzeniach chłodzących i grzewczych, a jej plastyczność umożliwia wykonanie najdrobniejszych detali i najdrobniejszych przewodników.

Przewody prądu elektrycznego są pierwszego i drugiego rodzaju. Pierwszym rodzajem przewodników są metale. Przewodniki drugiego rodzaju to przewodzące roztwory cieczy. Prąd w pierwszym jest przenoszony przez elektrony, a nośnikami prądu w przewodnikach drugiego rodzaju są jony, naładowane cząstki cieczy elektrolitycznej.

O przewodności materiałów można mówić tylko w kontekście temperatury otoczenia. Z więcej wysoka temperatura przewodniki pierwszego rodzaju zwiększają swój opór elektryczny, a drugi, przeciwnie, zmniejszają się. W związku z tym istnieje współczynnik temperaturowy odporności materiałów. Rezystywność miedzi Ohm m wzrasta wraz ze wzrostem ogrzewania. Współczynnik temperaturowy α również zależy tylko od materiału, wartość ta nie ma wymiaru i dla różnych metali i stopów jest równa następującym wskaźnikom:

Srebro - 0,0035;
Żelazo - 0,0066;
Platyna - 0,0032;
Miedź - 0,0040;
Wolfram - 0,0045;
Rtęć - 0,0090;
Konstantan - 0,000005;
Nikiel - 0,0003;
Nichrom - 0,00016.

Określenie wielkości rezystancji elektrycznej odcinka przewodu w podniesiona temperatura R(t) oblicza się według wzoru:

R (t) = R (0), gdzie:

R (0) - rezystancja w temperaturze początkowej;
α jest współczynnikiem temperaturowym;
t - t (0) - różnica temperatur.

Na przykład, znając rezystancję elektryczną miedzi w 20 stopniach Celsjusza, możesz obliczyć, jaka będzie w 170 stopniach, to znaczy po podgrzaniu do 150 stopni. Początkowy opór wzrośnie kilkakrotnie, czyli 1,6 razy.

Wręcz przeciwnie, wraz ze wzrostem temperatury zmniejsza się przewodność materiałów. Ponieważ jest to odwrotność oporu elektrycznego, zmniejsza się on dokładnie tyle samo razy. Na przykład właściwa przewodność elektryczna miedzi po podgrzaniu materiału o 150 stopni zmniejszy się 1,6 razy.

Istnieją stopy, które praktycznie nie zmieniają swojej rezystancji elektrycznej przy zmianie temperatury. To jest na przykład konstantan. Gdy temperatura zmienia się o sto stopni, jego rezystancja wzrasta tylko o 0,5%.

Jeżeli przewodność materiałów pogarsza się wraz z ciepłem, to poprawia się wraz ze spadkiem temperatury. Wiąże się to z takim zjawiskiem jak nadprzewodnictwo. Jeśli obniżysz temperaturę przewodnika poniżej -253 stopni Celsjusza, jego opór elektryczny gwałtownie spadnie: prawie do zera. W związku z tym spadają koszty przesyłu energii elektrycznej. Jedynym problemem było schłodzenie przewodów do takich temperatur. Jednak ze względu na niedawne odkrycia nadprzewodników wysokotemperaturowych opartych na tlenkach miedzi, materiały muszą być schładzane do akceptowalnych wartości.

Opór elektryczny wyrażony w omach różni się od rezystywności. Aby zrozumieć, czym jest rezystywność, konieczne jest powiązanie jej z fizycznymi właściwościami materiału.

O przewodności właściwej i rezystancji właściwej

Przepływ elektronów nie przemieszcza się bez przeszkód przez materiał. W stałej temperaturze cząstki elementarne kołysać się w stanie spoczynku. Ponadto elektrony w paśmie przewodnictwa interferują ze sobą poprzez wzajemne odpychanie z powodu podobnego ładunku. W ten sposób powstaje opór.

Przewodnictwo jest nieodłączną cechą materiałów i określa ilościowo łatwość, z jaką ładunki mogą się przemieszczać, gdy substancja jest wystawiona na działanie pola elektrycznego. Rezystywność jest odwrotnością i charakteryzuje się stopniem trudności, jaki napotykają elektrony podczas poruszania się przez materiał, dając wyobrażenie o tym, jak dobry lub zły jest przewodnik.

Ważny! Wysoka rezystywność wskazuje, że materiał jest słabo przewodzący i z niska wartość- definiuje substancję dobrze przewodzącą.

Przewodność właściwa jest oznaczona literą σ i jest obliczana według wzoru:

Oporność ρ, jako odwrotność, można znaleźć w następujący sposób:

W tym wyrażeniu E jest siłą generowanego pola elektrycznego (V / m), a J jest gęstością prądu elektrycznego (A / m²). Wtedy jednostką miary ρ będzie:

W / mxm² / A = om m.

W przypadku przewodności σ jednostką, w której jest mierzona, jest S/m lub siemens na metr.

Rodzaje materiałów

Zgodnie z rezystywnością materiałów można je podzielić na kilka typów:

Przewodniki. Należą do nich wszystkie metale, stopy, roztwory zdysocjowane na jony, a także gazy wzbudzone termicznie, w tym plazma. Jako przykład niemetali można podać grafit;
półprzewodniki, które w rzeczywistości są materiałami nieprzewodzącymi, sieci krystaliczne które są celowo domieszkowane inkluzją obcych atomów z mniej lub bardziej związanymi elektronami. W rezultacie w strukturze sieciowej powstaje quasi-wolny nadmiar elektronów lub dziur, które przyczyniają się do przewodnictwa prądu;
Zdysocjowane dielektryki lub izolatory to wszystkie materiały, które: normalne warunki nie mają wolnych elektronów.

Do transportu energii elektrycznej lub w instalacjach elektrycznych do celów domowych i przemysłowych często stosowanym materiałem jest miedź w postaci kabli jedno- lub wielożyłowych. Alternatywnie, stosowanym metalem jest aluminium, chociaż rezystywność miedzi wynosi 60% rezystywności aluminium. Jest jednak znacznie lżejszy od miedzi, co przesądziło o jego zastosowaniu w liniach wysokiego napięcia. Złoto jest używane jako przewodnik w obwodach elektrycznych specjalnego przeznaczenia.

Interesujący. Przewodność elektryczna czystej miedzi została przyjęta przez Międzynarodową Komisję Elektrotechniczną w 1913 roku jako norma dla tej wartości. Z definicji przewodność miedzi mierzona przy 20° wynosi 0,58108 S/m. Wartość ta nazywa się 100% LACS, a przewodność pozostałych materiałów jest wyrażona jako określony procent LACS.

Większość metali ma wartość przewodności mniejszą niż 100% LACS. Istnieją jednak wyjątki, takie jak srebro lub specjalna miedź o bardzo wysokiej przewodności, oznaczona odpowiednio C-103 i C-110.

Dielektryki nie przewodzą prądu i służą jako izolatory. Przykłady izolatorów:

szkło,
ceramika,
Plastikowy,
guma,
mika,
wosk,
papier,
suche drewno,
porcelana,
niektóre tłuszcze do użytku przemysłowego i elektrycznego oraz bakelit.

Przejścia między trzema grupami są płynne. Wiadomo na pewno: nie ma absolutnie nieprzewodzących mediów i materiałów. Na przykład powietrze jest izolatorem w temperaturze pokojowej, ale w warunkach silnego sygnału o niskiej częstotliwości może stać się przewodnikiem.

Oznaczanie przewodności

Jeśli porównamy oporność elektryczną różne substancje, wymagane są znormalizowane warunki pomiaru:

W przypadku cieczy, słabych przewodników i izolatorów należy użyć próbek sześciennych o długości żebra 10 mm;
Wartości rezystywności gruntów i utworów geologicznych określa się na kostkach o długości każdej krawędzi 1 m;
Przewodność roztworu zależy od stężenia jego jonów. Stężony roztwór jest mniej zdysocjowany i ma mniej nośników ładunku, co zmniejsza przewodnictwo. Wraz ze wzrostem rozcieńczenia wzrasta liczba par jonowych. Stężenie roztworów ustalono na 10%;
Do określenia rezystywności przewodników metalowych stosuje się przewody o długości jednego metra i przekroju 1 mm².

Jeśli materiał, taki jak metal, może dostarczyć swobodne elektrony, to po przyłożeniu różnicy potencjałów drut popłynie Elektryczność... Wraz ze wzrostem napięcia więcej elektronów przechodzi przez substancję w jednostce czasu. Jeśli wszystkie dodatkowe parametry (temperatura, powierzchnia przekroju, długość drutu i materiał) pozostają niezmienione, wtedy stosunek prądu do przyłożonego napięcia jest również stały i nazywa się przewodnością:

W związku z tym opór elektryczny będzie wynosił:

Wynik otrzymujemy w omach.

Z kolei przewodnik może mieć różne długości, rozmiary przekroju i być wykonany z różnych materiałów, od których zależy wartość R. Matematycznie ta zależność wygląda tak:

Czynnik materialny uwzględnia czynnik ρ.

Stąd możesz wyprowadzić wzór na rezystywność:

Jeżeli wartości S i l odpowiadają danym warunkom obliczenia porównawczego rezystywności, tj. 1 mm² i 1 m, to ρ = R. Gdy zmieniają się wymiary przewodnika, zmienia się również liczba omów.