Cum se află rezistivitatea unui metal. Rezistență electrică și conductivitate

Prin urmare, este important să cunoașteți parametrii tuturor elementelor și materialelor utilizate. Și nu numai electrice, ci și mecanice. Și aveți la dispoziție câteva materiale de referință convenabile care vă permit să comparați caracteristicile diferitelor materiale și să alegeți pentru proiectare și lucrare exact ceea ce va fi optim într-o anumită situație.
În liniile de transport de energie, unde scopul este de a livra energie consumatorului în cel mai productiv mod, adică cu randament ridicat, se ia în considerare atât economia pierderilor, cât și mecanica liniilor în sine. Rezultatul final depinde de mecanică - adică de dispozitivul și aranjamentul conductorilor, izolatorilor, suporturilor, transformatoarelor de creștere/reducere, de greutatea și rezistența tuturor structurilor, inclusiv a firelor întinse pe distanțe lungi, precum și de materialele selectate pentru fiecare element structural. eficiență economică linia, exploatarea acesteia și costurile de exploatare. În plus, în liniile care transmit energie electrică, există cerințe mai mari pentru asigurarea siguranței atât a liniilor în sine, cât și a tot ceea ce le înconjoară pe unde trec. Și acest lucru adaugă costuri atât pentru furnizarea cablajului electric, cât și pentru o marjă suplimentară de siguranță a tuturor structurilor.

Pentru comparație, datele sunt de obicei reduse la o singură formă, comparabilă. Adesea, la astfel de caracteristici se adaugă epitetul „specific”, iar valorile însele sunt considerate pe baza anumitor standarde unificate de parametri fizici. De exemplu, specific rezistență electrică- aceasta este rezistența (ohmi) a unui conductor realizat dintr-un metal (cupru, aluminiu, oțel, wolfram, aur), având o unitate de lungime și o unitate de secțiune transversală în sistemul de unități de măsură utilizate (de obicei în SI) . În plus, temperatura este specificată, deoarece la încălzire, rezistența conductorilor se poate comporta diferit. Condițiile medii normale de funcționare sunt luate ca bază - la 20 de grade Celsius. Și acolo unde proprietățile sunt importante atunci când se modifică parametrii de mediu (temperatură, presiune), sunt introduși coeficienți și sunt compilate tabele suplimentare și grafice de dependență.

Tipuri de rezistivitate

Deoarece apare rezistența:

• activ - sau ohmic, rezistiv - rezultat din consumul de energie electrică pentru încălzirea conductorului (metal) atunci când trece un curent electric prin acesta și
• reactiv - capacitiv sau inductiv - care apare din pierderile inevitabile datorate creării oricăror modificări ale curentului care trece prin conductorul câmpurilor electrice, apoi rezistivitate Există două tipuri de conductori:

1. Rezistenta electrica specifica la curent continuu (avand natura rezistiva) si
2. Rezistenta electrica specifica la curent alternativ (avand natura reactiva).

Aici, rezistivitatea de tip 2 este o valoare complexă; constă din două componente TC - activă și reactivă, deoarece rezistența rezistivă există întotdeauna atunci când trece curentul, indiferent de natura sa, iar rezistența reactivă apare numai la orice modificare a curentului în circuite. În circuitele de curent continuu, reactanța apare numai în timpul proceselor tranzitorii care sunt asociate cu pornirea curentului (modificarea curentului de la 0 la nominal) sau oprire (diferență de la nominal la 0). Și de obicei sunt luate în considerare numai atunci când se proiectează protecția la suprasarcină.

În circuitele de curent alternativ, fenomenele asociate cu reactanța sunt mult mai diverse. Ele depind nu numai de trecerea reală a curentului printr-o anumită secțiune transversală, ci și de forma conductorului, iar dependența nu este liniară.

Cert este că curentul alternativ induce un câmp electric atât în ​​jurul conductorului prin care circulă, cât și în conductorul însuși. Și din acest câmp apar curenți turbionari, care dau efectul de „împingere” a mișcării principale efective a sarcinilor, de la adâncimea întregii secțiuni transversale a conductorului până la suprafața acestuia, așa-numitul „efect de piele” (de la piele – piele). Se pare că curenții turbionari par să-și „fure” secțiunea transversală din conductor. Curentul curge într-un anumit strat aproape de suprafață, grosimea rămasă a conductorului rămâne nefolosită, nu își reduce rezistența și pur și simplu nu are rost să creștem grosimea conductorilor. Mai ales la frecvențe înalte. Prin urmare, pentru curentul alternativ, rezistența este măsurată în astfel de secțiuni ale conductorilor în care întreaga sa secțiune poate fi considerată aproape de suprafață. Un astfel de fir se numește subțire; grosimea sa este egală cu de două ori adâncimea acestui strat de suprafață, unde curenții turbionari înlocuiesc curentul principal util care curge în conductor.

Desigur, reducerea grosimii firelor rotunde nu epuizează conducția efectivă a curentului alternativ. Conductorul poate fi subțiat, dar în același timp făcut plat sub formă de bandă, atunci secțiunea transversală va fi mai mare decât cea a unui fir rotund și, în consecință, rezistența va fi mai mică. În plus, simpla creștere a suprafeței va avea ca efect creșterea secțiunii transversale efective. Același lucru poate fi obținut prin utilizarea sârmei cu toroane în loc de sârmă cu un singur nucleu; în plus, sârma torțită este mai flexibilă decât sârma cu un singur conductor, care este adesea valoroasă. Pe de altă parte, ținând cont de efectul de piele în fire, este posibil să se facă firele compozite făcând miezul dintr-un metal care are caracteristici bune de rezistență, de exemplu, oțel, dar caracteristici electrice scăzute. În acest caz, peste oțel se realizează o împletitură de aluminiu, care are o rezistivitate mai mică.

Pe lângă efectul de piele, fluxul de curent alternativ în conductori este afectat de excitarea curenților turbionari în conductorii din jur. Astfel de curenți se numesc curenți de inducție și sunt induși atât în ​​metale care nu joacă rolul de cablare (elemente structurale portante), cât și în firele întregului complex conductor - jucând rolul de fire de alte faze, neutru. , împământare.

Toate aceste fenomene apar în toate structurile electrice, ceea ce face și mai important să existe o referință cuprinzătoare pentru o mare varietate de materiale.

Rezistivitatea conductorilor este măsurată cu instrumente foarte sensibile și precise, deoarece metalele cu cea mai scăzută rezistență sunt selectate pentru cablare - de ordinul ohmilor * 10 -6 pe metru de lungime și mp. mm. secțiuni. Pentru a măsura rezistența specifică de izolație, aveți nevoie de instrumente, dimpotrivă, care au intervale foarte mari valori mari rezistență - de obicei megaohmi. Este clar că conductorii trebuie să conducă bine, iar izolatorii trebuie să izoleze bine.

Masa

Tabelul rezistivității conductoarelor (metale și aliaje)
Material conductor	Compoziție (pentru aliaje)	Rezistivitate ρ mΩ × mm 2/m
	cupru, zinc, cositor, nichel, plumb, mangan, fier etc.
Aluminiu
Tungsten
Molibden
	cupru, staniu, aluminiu, siliciu, beriliu, plumb etc. (cu excepția zincului)
	fier, carbon
	cupru, nichel, zinc
Manganin	cupru, nichel, mangan
Constantan	cupru, nichel, aluminiu
	nichel, crom, fier, mangan
	fier, crom, aluminiu, siliciu, mangan

Fierul ca conductor în electrotehnică

Fierul este cel mai comun metal în natură și tehnologie (după hidrogen, care este și un metal). Este cel mai ieftin și are caracteristici excelente de rezistență, prin urmare este folosit peste tot ca bază pentru rezistența diferitelor structuri.

În inginerie electrică, fierul este folosit ca conductor sub formă de fire de oțel flexibile unde sunt necesare rezistență fizică și flexibilitate, iar rezistența necesară poate fi atinsă prin secțiunea transversală corespunzătoare.

Avand un tabel de rezistivitate diverse metaleși aliaje, puteți calcula secțiunile transversale ale firelor din diferiți conductori.

De exemplu, să încercăm să găsim secțiunea transversală echivalentă electric a conductorilor din diferite materiale: cupru, wolfram, nichel și sârmă de fier. Să luăm sârmă de aluminiu cu o secțiune transversală de 2,5 mm ca cea inițială.

Avem nevoie ca pe o lungime de 1 m rezistenta firului din toate aceste metale sa fie egala cu rezistenta celui original. Rezistența aluminiului pe 1 m lungime și 2,5 mm secțiune va fi egală cu

Unde R- rezistenta, ρ – rezistivitatea metalului de pe masă, S- arie a secțiunii transversale, L- lungime.

Înlocuind valorile originale, obținem rezistența unei bucăți de sârmă de aluminiu lungă de un metru în ohmi.

După aceasta, să rezolvăm formula pentru S

Vom înlocui valorile din tabel și vom obține zonele de secțiune transversală pentru diferite metale.

Deoarece rezistivitatea din tabel este măsurată pe un fir de 1 m lungime, în microohmi pe secțiune de 1 mm 2, atunci am obținut-o în microohmi. Pentru a-l obține în ohmi, trebuie să înmulțiți valoarea cu 10 -6. Dar nu trebuie neapărat să obținem numărul de ohmi cu 6 zerouri după virgulă zecimală, deoarece rezultat finalîncă îl găsim în mm 2.

După cum puteți vedea, rezistența fierului de călcat este destul de mare, firul este gros.

Dar există materiale pentru care este și mai mare, de exemplu, nichel sau constantan.

Mulți oameni au auzit despre legea lui Ohm, dar nu toată lumea știe ce este. Studiul începe cu un curs școlar de fizică. Ele sunt predate mai detaliat la Facultatea de Fizică și Electrodinamică. Este puțin probabil ca aceste cunoștințe să fie utile unei persoane obișnuite, dar sunt necesare pentru dezvoltare generală, iar pentru unii pentru o viitoare profesie. Pe de altă parte, cunoștințele de bază despre electricitate, structura sa și caracteristicile sale acasă vă vor ajuta să vă protejați de vătămări. Nu degeaba legea lui Ohm este numită legea fundamentală a electricității. Un om de muncă acasă trebuie să aibă cunoștințe în domeniul energiei electrice pentru a preveni supratensiunea, care poate duce la o creștere a sarcinii și un incendiu.

Conceptul de rezistență electrică

Relația dintre mărimile fizice de bază circuit electric– rezistența, tensiunea, curentul au fost descoperite de fizicianul german Georg Simon Ohm.

Rezistența electrică a unui conductor este o valoare care caracterizează rezistența acestuia la curentul electric. Cu alte cuvinte, unii dintre electroni sub influența curentului electric asupra conductorului își părăsesc locul în rețeaua cristalină și sunt direcționați către polul pozitiv al conductorului. Unii electroni rămân în rețea, continuând să se rotească în jurul atomului nuclear. Acești electroni și atomi formează rezistență electrică care împiedică mișcarea particulelor eliberate.

Procesul de mai sus se aplică tuturor metalelor, dar rezistența apare diferit în ele. Acest lucru se datorează diferenței de dimensiune, formă și material din care este făcut conductorul. În consecință, dimensiunile rețelei cristaline au forme diferite pentru diferite materiale, prin urmare, rezistența electrică la mișcarea curentului prin acestea nu este aceeași.

Din acest concept rezultă definiția rezistivității unei substanțe, care este un indicator individual pentru fiecare metal separat. Rezistivitatea electrică (SER) este o mărime fizică, notată cu litera greacă ρ și caracterizată prin capacitatea unui metal de a împiedica trecerea electricității prin el.

Cuprul este principalul material pentru conductori

Rezistivitatea unei substanțe se calculează folosind formula, unde unul dintre indicatori importanți este coeficientul de temperatură al rezistenței electrice. Tabelul conține valorile rezistivității a trei metale cunoscute în intervalul de temperatură de la 0 la 100 ° C.

Dacă luăm rezistivitatea fierului, ca unul dintre materialele disponibile, egală cu 0,1 Ohm, atunci pentru 1 Ohm veți avea nevoie de 10 metri. Argintul are cea mai mică rezistență electrică; pentru valoarea sa de 1 ohm va fi de 66,7 metri. O diferență semnificativă, dar argintul este un metal scump care nu este practic de utilizat peste tot. Următorul cel mai bun indicator este cuprul, unde sunt necesari 57,14 metri pe 1 ohm. Datorită disponibilității și costului său în comparație cu argintul, cuprul este unul dintre materialele populare pentru utilizare în rețelele electrice. Rezistivitatea scăzută a firului de cupru sau rezistența firului de cupru face posibilă utilizarea conductorului de cupru în multe ramuri ale științei, tehnologiei, precum și în scopuri industriale și casnice.

Valoarea rezistivității

Valoarea rezistivității nu este constantă, ea variază în funcție de următorii factori:

• Mărimea. Cu cât diametrul conductorului este mai mare, cu atât permite mai mulți electroni prin el însuși. Prin urmare, cu cât dimensiunea sa este mai mică, cu atât rezistivitatea este mai mare.
• Lungime. Electronii trec prin atomi, deci cu cât firul este mai lung, cu atât mai mulți electroni trebuie să călătorească prin ei. La efectuarea calculelor, este necesar să se țină cont de lungimea și dimensiunea firului, deoarece cu cât firul este mai lung sau mai subțire, cu atât rezistivitatea acestuia este mai mare și invers. Necalcularea sarcinii echipamentului utilizat poate duce la supraîncălzirea firului și un incendiu.
• Temperatura. Se știe că regim de temperatură Are mare importanță asupra comportamentului substanţelor în mod diferit. Metalul, ca nimic altceva, își schimbă proprietățile la diferite temperaturi. Rezistivitatea cuprului depinde direct de coeficientul de temperatură al rezistenței cuprului și crește atunci când este încălzit.
• Coroziune. Formarea coroziunii crește semnificativ sarcina. Acest lucru se întâmplă din cauza impactului mediu inconjurator, pătrunderea de umiditate, sare, murdărie etc. manifestări. Se recomandă să izolați și să protejați toate conexiunile, bornele, răsucirile, să instalați protecție pentru echipamentele situate pe stradă și să înlocuiți prompt firele, componentele și ansamblurile deteriorate.

Calculul rezistenței

Calculele se fac atunci când se proiectează obiecte pentru diverse scopuri și utilizări, deoarece suportul vital al fiecăruia este asigurat de electricitate. Totul este luat în considerare, de la corpuri de iluminat până la echipamente complexe din punct de vedere tehnic. La domiciliu, ar fi util să faceți și un calcul, mai ales dacă este planificată înlocuirea cablajului electric. Pentru construcția de locuințe private, este necesar să se calculeze sarcina, altfel ansamblul „improvizat” al cablajului electric poate duce la un incendiu.

Scopul calculului este de a determina rezistența totală a conductoarelor tuturor dispozitivelor utilizate, ținând cont de parametrii tehnici ai acestora. Se calculează folosind formula R=p*l/S, unde:

R – rezultat calculat;

p – indicator de rezistivitate din tabel;

l – lungimea firului (conductorului);

S – diametrul secțiunii.

Unități

În sistemul internaţional de unităţi mărimi fizice(SI) rezistența electrică se măsoară în ohmi (ohmi). Unitatea de măsură a rezistivității conform sistemului SI este egală cu rezistivitatea unei substanțe la care un conductor format dintr-un material de 1 m lungime și o secțiune transversală de 1 mp. m. are o rezistenţă de 1 Ohm. Utilizarea a 1 ohm/m pentru diferite metale este prezentată clar în tabel.

Semnificația rezistivității

Relația dintre rezistivitate și conductivitate poate fi considerată ca mărimi reciproce. Cu cât indicatorul unui conductor este mai mare, cu atât indicatorul celuilalt este mai mic și invers. Prin urmare, la calcularea conductivității electrice, se folosește calculul 1/r, deoarece inversul lui X este 1/X și invers. Indicatorul specific este notat cu litera g.

Avantajele cuprului electrolitic

Cuprul nu se limitează la indicele său scăzut de rezistivitate (după argint) ca avantaj. Are proprietăți unice în caracteristicile sale, și anume plasticitate și maleabilitate ridicată. Datorită acestor calități, cuprul electrolitic este produs la un grad ridicat de puritate pentru producția de cabluri care sunt utilizate în aparatele electrice, tehnologia calculatoarelor, industria electrică și industria auto.

Dependența indicelui de rezistență de temperatură

Coeficientul de temperatură este o valoare care este egală cu modificarea tensiunii unei părți a circuitului și rezistivitatea metalului ca urmare a schimbărilor de temperatură. Majoritatea metalelor tind să crească rezistivitatea odată cu creșterea temperaturii din cauza vibrațiilor termice ale rețelei cristaline. Coeficientul de temperatură al rezistenței cuprului afectează rezistivitatea firului de cupru și la temperaturi de la 0 la 100°C este 4,1 10− 3(1/Kelvin). Pentru argint, acest indicator în aceleași condiții este 3,8, iar pentru fier este 6,0. Acest lucru dovedește încă o dată eficiența utilizării cuprului ca conductor.

Conţinut:

Rezistivitatea metalelor este capacitatea lor de a rezista curentului electric care trece prin ele. Unitatea de măsură pentru această mărime este Ohm*m (Ohm-metru). Simbolul folosit este litera greacă ρ (rho). Valorile ridicate de rezistivitate înseamnă o conductivitate slabă a sarcinii electrice de către un anumit material.

Specificații de oțel

Înainte de a analiza în detaliu rezistivitatea oțelului, ar trebui să vă familiarizați cu proprietățile sale fizice și mecanice de bază. Datorită calităților sale, acest material este utilizat pe scară largă în sectorul de producție și în alte domenii ale vieții și activităților oamenilor.

Oțelul este un aliaj de fier și carbon, conținut într-o cantitate care nu depășește 1,7%. Pe lângă carbon, oțelul conține o anumită cantitate de impurități - siliciu, mangan, sulf și fosfor. În ceea ce privește calitățile sale, este mult mai bun decât fonta; poate fi ușor călit, forjat, laminat și alte tipuri de prelucrare. Toate tipurile de oțeluri se caracterizează prin rezistență și ductilitate ridicate.

În funcție de scopul său, oțelul este împărțit în structural, instrument și, de asemenea, cu special proprietăți fizice. Fiecare dintre ele conține o cantitate diferită de carbon, datorită căreia materialul dobândește anumite calități specifice, de exemplu, rezistența la căldură, rezistența la căldură, rezistența la rugină și coroziune.

Un loc aparte îl ocupă oțelurile electrice, produse în format tablă și utilizate în producția de produse electrice. Pentru a obține acest material, siliciul este dopat, ceea ce îi poate îmbunătăți proprietățile magnetice și electrice.

Pentru ca oțelul electric să dobândească caracteristicile necesare, trebuie îndeplinite anumite cerințe și condiții. Materialul trebuie să fie ușor magnetizat și remagnetizat, adică să aibă permeabilitate magnetică ridicată. Astfel de oțeluri sunt bune, iar inversarea magnetizării lor se realizează cu pierderi minime.

Dimensiunile și greutatea miezurilor și înfășurărilor magnetice, precum și coeficientul, depind de respectarea acestor cerințe. acțiune utilă transformatoare și dimensiunile acestora Temperatura de Operare. Îndeplinirea condițiilor este influențată de mulți factori, inclusiv de rezistivitatea oțelului.

Rezistivitate și alți indicatori

Valoarea rezistivității electrice este raportul dintre tensiune câmp electricîn metal și densitatea de curent care curge în el. Pentru calcule practice se utilizează formula: în care ρ este rezistivitatea metalului (Ohm*m), E- intensitatea câmpului electric (V/m) și J- densitatea curentului electric în metal (A/m2). La o putere foarte mare a câmpului electric și o densitate scăzută de curent, rezistivitatea metalului va fi ridicată.

Există o altă mărime numită conductivitate electrică, inversa rezistivității, care indică gradul în care un material conduce curentul electric. Se determină prin formula și se exprimă în unități de S/m - siemens pe metru.

Rezistivitatea este strâns legată de rezistența electrică. Cu toate acestea, au diferențe între ei. În primul caz, aceasta este o proprietate a materialului, inclusiv a oțelului, iar în al doilea caz, este determinată proprietatea întregului obiect. Calitatea unui rezistor este influențată de o combinație de mai mulți factori, în primul rând forma și rezistivitatea materialului din care este fabricat. De exemplu, dacă a fost folosit un fir subțire și lung pentru a face un rezistor bobinat, atunci rezistența acestuia va fi mai mare decât cea a unui rezistor realizat dintr-un fir gros și scurt din același metal.

Un alt exemplu sunt rezistențele din fire de același diametru și lungime. Cu toate acestea, dacă într-una dintre ele materialul are o rezistivitate ridicată, iar în celălalt este scăzută, atunci, în consecință, rezistența electrică a primului rezistor va fi mai mare decât a celui de-al doilea.

Cunoscând proprietățile de bază ale materialului, puteți utiliza rezistivitatea oțelului pentru a determina valoarea rezistenței unui conductor de oțel. Pentru calcule, pe lângă rezistivitatea electrică, veți avea nevoie de diametrul și lungimea firului în sine. Calculele se efectuează folosind următoarea formulă: , în care R este (Ohm), ρ - rezistivitatea oțelului (Ohm*m), L- corespunde lungimii firului, A- aria sa transversală.

Există o dependență a rezistivității oțelului și a altor metale de temperatură. În majoritatea calculelor, se utilizează temperatura camerei - 20 0 C. Toate modificările sub influența acestui factor sunt luate în considerare folosind coeficientul de temperatură.

Rezistivitatea este un concept aplicat în inginerie electrică. Indică câtă rezistență pe unitate de lungime are un material dintr-o unitate de secțiune transversală la curentul care circulă prin el - cu alte cuvinte, ce rezistență are un fir cu o secțiune transversală milimetrică de un metru lungime. Acest concept este utilizat în diferite calcule electrice.

Este important să înțelegeți diferențele dintre rezistivitatea electrică DC și rezistivitatea electrică AC. În primul caz, rezistența este cauzată exclusiv de acțiunea curentului continuu asupra conductorului. În al doilea caz, curentul alternativ (poate fi de orice formă: sinusoidal, dreptunghiular, triunghiular sau arbitrar) provoacă un câmp de vortex suplimentar în conductor, care creează și rezistență.

Reprezentare fizică

În calculele tehnice care implică pozarea cablurilor de diferite diametre, parametrii sunt utilizați pentru a calcula lungimea necesară a cablului și caracteristicile sale electrice. Unul dintre parametrii principali este rezistivitatea. Formula rezistivității electrice:

ρ = R * S / l, unde:

• ρ este rezistivitatea materialului;
• R este rezistența electrică ohmică a unui anumit conductor;
• S - secțiune transversală;
• l - lungime.

Dimensiunea ρ se măsoară în Ohm mm 2 /m sau, pentru a prescurta formula - Ohm m.

Valoarea lui ρ pentru aceeași substanță este întotdeauna aceeași. Prin urmare, aceasta este o constantă care caracterizează materialul conductorului. De obicei este indicat în directoare. Pe baza acestui lucru, este deja posibilă calcularea cantităților tehnice.

Este important să spunem despre conductibilitatea electrică specifică. Această valoare este inversul rezistivității materialului și este utilizată în egală măsură cu aceasta. Se mai numește și conductivitate electrică. Cu cât această valoare este mai mare, cu atât metalul este mai bun conduce curentul. De exemplu, conductivitatea cuprului este de 58,14 m/(Ohm mm2). Sau, în unități SI: 58.140.000 S/m. (Siemens per metru este unitatea SI a conductivității electrice).

Putem vorbi despre rezistivitate doar în prezența elementelor care conduc curentul, deoarece dielectricii au rezistență electrică infinită sau aproape de infinită. În schimb, metalele sunt foarte bune conductoare de curent. Puteți măsura rezistența electrică a unui conductor metalic folosind un miliohmmetru sau un microohmmetru și mai precis. Valoarea este măsurată între sondele lor aplicate pe secțiunea conductorului. Acestea vă permit să verificați circuitele, cablajele, înfășurările motoarelor și generatoarelor.

Metalele variază în ceea ce privește capacitatea lor de a conduce curentul. Rezistivitatea diferitelor metale este un parametru care caracterizează această diferență. Datele sunt date la o temperatură a materialului de 20 de grade Celsius:

Parametrul ρ arată ce rezistență va avea un conductor de contor cu o secțiune transversală de 1 mm 2. Cu cât această valoare este mai mare, cu atât este mai mare rezistența electrică a firului dorit de o anumită lungime. Cel mai mic ρ, după cum se poate observa din listă, este argintul; rezistența unui metru a acestui material va fi egală cu doar 0,015 ohmi, dar acesta este un metal prea scump pentru a fi folosit la scară industrială. Urmează cuprul, care este mult mai comun în natură (nu un metal prețios, ci un metal neferos). Prin urmare, cablurile de cupru sunt foarte frecvente.

Cuprul nu este doar un bun conductor de curent electric, ci și un material foarte ductil. Datorită acestei proprietăți, cablurile de cupru se potrivesc mai bine și sunt rezistente la îndoire și întindere.

Cuprul este la mare căutare pe piață. Din acest material sunt fabricate multe produse diferite:

• O mare varietate de conductori;
• Piese auto (ex. radiatoare);
• Mecanisme de ceas;
• Componente de calculator;
• Componente ale dispozitivelor electrice și electronice.

Rezistivitatea electrică a cuprului este una dintre cele mai bune dintre materialele conducătoare de curent, așa că pe baza acestuia sunt create multe produse din industria electrică. În plus, cuprul este ușor de lipit, așa că este foarte comun la radioamatori.

Conductivitatea termică ridicată a cuprului îi permite să fie utilizat în dispozitive de răcire și încălzire, iar plasticitatea sa face posibilă crearea celor mai mici părți și a celor mai subțiri conductori.

Conductorii de curent electric sunt de primul și al doilea fel. Conductorii de primul fel sunt metale. Conductorii de al doilea tip sunt soluții conductoare de lichide. Curentul din primul tip este transportat de electroni, iar purtătorii de curent în conductoarele de al doilea tip sunt ioni, particule încărcate ale lichidului electrolitic.

Putem vorbi doar despre conductivitatea materialelor în contextul temperaturii ambiante. Cu mai mult temperatura ridicata conductoarele de primul tip își măresc rezistența electrică, iar al doilea, dimpotrivă, scad. În consecință, există un coeficient de temperatură de rezistență al materialelor. Rezistivitatea cuprului Ohm m crește odată cu creșterea încălzirii. De asemenea, coeficientul de temperatură α depinde numai de material; această valoare nu are dimensiune și pentru diferite metale și aliaje este egală cu următorii indicatori:

• Argint - 0,0035;
• Fier de călcat - 0,0066;
• Platină - 0,0032;
• Cupru - 0,0040;
• Tungsten - 0,0045;
• Mercur - 0,0090;
• Constantan - 0,000005;
• Nichelină - 0,0003;
• Nicrom - 0,00016.

Determinarea valorii rezistenței electrice a unei secțiuni de conductor la temperatură ridicată R(t), calculat prin formula:

R (t) = R (0) · , unde:

• R (0) - rezistenta la temperatura initiala;
• α - coeficient de temperatură;
• t - t (0) - diferența de temperatură.

De exemplu, cunoscând rezistența electrică a cuprului la 20 de grade Celsius, puteți calcula cu ce va fi egal la 170 de grade, adică atunci când este încălzit cu 150 de grade. Rezistența inițială va crește cu un factor de 1,6.

Pe măsură ce temperatura crește, conductivitatea materialelor, dimpotrivă, scade. Deoarece aceasta este reciproca rezistenței electrice, aceasta scade cu exact aceeași cantitate. De exemplu, conductivitatea electrică a cuprului atunci când materialul este încălzit cu 150 de grade va scădea de 1,6 ori.

Există aliaje care practic nu își modifică rezistența electrică atunci când se schimbă temperatura. Acesta este, de exemplu, constantan. Când temperatura se schimbă cu o sută de grade, rezistența acesteia crește cu doar 0,5%.

În timp ce conductivitatea materialelor se deteriorează odată cu căldura, se îmbunătățește odată cu scăderea temperaturii. Aceasta este legată de fenomenul de supraconductivitate. Dacă scădeți temperatura conductorului sub -253 de grade Celsius, rezistența sa electrică va scădea brusc: aproape la zero. În acest sens, costurile de transmitere a energiei electrice sunt în scădere. Singura problemă a fost răcirea conductoarelor la asemenea temperaturi. Cu toate acestea, datorită descoperirilor recente ale supraconductorilor de înaltă temperatură pe bază de oxizi de cupru, materialele trebuie să fie răcite la valori acceptabile.

Rezistența electrică, exprimată în ohmi, este diferită de conceptul de rezistivitate. Pentru a înțelege ce este rezistivitatea, trebuie să o raportăm la proprietățile fizice ale materialului.

Despre conductivitate și rezistivitate

Fluxul de electroni nu se deplasează nestingherit prin material. La temperatura constanta particule elementare balansează-te în jurul unei stări de odihnă. În plus, electronii din banda de conducție interferează între ei prin repulsie reciprocă datorită sarcinii similare. Așa apare rezistența.

Conductivitatea este o caracteristică intrinsecă a materialelor și cuantifică ușurința cu care sarcinile se pot mișca atunci când o substanță este expusă unui câmp electric. Rezistivitatea este reciproca materialului și descrie gradul de dificultate pe care electronii îl întâmpină atunci când se deplasează printr-un material, dând o indicație despre cât de bun sau rău este un conductor.

Important! O rezistivitate electrică cu o valoare mare indică faptul că materialul este slab conductiv, și cu valoare mica– definește o substanță bună conducătoare.

Conductivitatea specifică este desemnată prin litera σ și este calculată prin formula:

Rezistivitatea ρ, ca indicator invers, poate fi găsită după cum urmează:

În această expresie, E este intensitatea câmpului electric generat (V/m), iar J este densitatea curentului electric (A/m²). Atunci unitatea de măsură ρ va fi:

V/m x m²/A = ohm m.

Pentru conductivitatea σ, unitatea în care se măsoară este S/m sau Siemens pe metru.

Tipuri de materiale

În funcție de rezistivitatea materialelor, acestea pot fi clasificate în mai multe tipuri:

1. Dirijori. Acestea includ toate metalele, aliajele, soluțiile disociate în ioni, precum și gazele excitate termic, inclusiv plasma. Dintre nemetale, grafitul poate fi citat ca exemplu;
2. Semiconductorii, care sunt în esență materiale neconductoare, rețele cristaline care sunt dopați intenționat cu includerea de atomi străini cu un număr mai mare sau mai mic de electroni legați. Ca urmare, în structura rețelei se formează electroni în exces cvasi-liberi sau găuri, care contribuie la conductibilitatea curentului;
3. Dielectricii sau izolatorii disociați sunt toate materialele care conditii normale nu au electroni liberi.

Pentru transportul energiei electrice sau in instalatii electrice de uz casnic si industrial, un material folosit frecvent este cuprul sub forma de cabluri unipolare sau multifilare. Un metal alternativ este aluminiul, deși rezistivitatea cuprului este de 60% din cea a aluminiului. Dar este mult mai ușor decât cuprul, care a predeterminat utilizarea sa în liniile electrice de înaltă tensiune. Aurul este folosit ca conductor în circuitele electrice speciale.

Interesant. Conductivitatea electrică a cuprului pur a fost adoptată de Comisia Electrotehnică Internațională în 1913 ca standard pentru această valoare. Prin definiție, conductivitatea cuprului măsurată la 20° este de 0,58108 S/m. Această valoare se numește 100% LACS, iar conductivitatea materialelor rămase este exprimată ca un anumit procent din LACS.

Majoritatea metalelor au o valoare a conductibilității mai mică de 100% LACS. Există însă excepții, cum ar fi argintul sau cuprul special cu conductivitate foarte mare, desemnate C-103 și, respectiv, C-110.

Dielectricii nu conduc electricitatea și sunt utilizați ca izolatori. Exemple de izolatori:

• sticlă,
• ceramică,
• plastic,
• cauciuc,
• mica,
• ceară,
• hârtie,
• lemn uscat,
• porţelan,
• unele grăsimi de uz industrial și electric și bachelită.

Între cele trei grupuri tranzițiile sunt fluide. Este cunoscut cu siguranță: nu există medii și materiale absolut neconductoare. De exemplu, aerul este un izolator la temperatura camerei, dar atunci când este expus la un semnal puternic de joasă frecvență, poate deveni conductor.

Determinarea conductibilitatii

Dacă comparăm rezistivitatea electrică diverse substanțe, sunt necesare condiții de măsurare standardizate:

1. În cazul lichidelor, conductoarelor slabe și izolatorilor, se folosesc probe cubice cu lungimea marginii de 10 mm;
2. Valorile de rezistivitate ale solurilor și formațiunilor geologice se determină pe cuburi cu lungimea fiecărei muchii de 1 m;
3. Conductivitatea unei soluții depinde de concentrația ionilor ei. O soluție concentrată este mai puțin disociată și are mai puțini purtători de sarcină, ceea ce reduce conductivitatea. Pe măsură ce diluția crește, numărul de perechi de ioni crește. Concentrația soluțiilor este setată la 10%;
4. Pentru a determina rezistivitatea conductorilor metalici, se folosesc fire de un metru lungime și o secțiune transversală de 1 mm².

Dacă un material, cum ar fi un metal, poate furniza electroni liberi, atunci când se aplică o diferență de potențial, electronii vor curge prin fir. electricitate. Pe măsură ce tensiunea crește, mai mulți electroni se deplasează prin substanță în unitatea de timp. Dacă toți parametrii suplimentari (temperatura, aria secțiunii transversale, lungimea și materialul firului) sunt neschimbați, atunci raportul dintre curent și tensiunea aplicată este, de asemenea, constant și se numește conductivitate:

În consecință, rezistența electrică va fi:

Rezultatul este în ohmi.

La rândul său, conductorul poate fi de diferite lungimi, dimensiuni de secțiune transversală și realizat din diferite materiale, ceea ce determină valoarea lui R. Din punct de vedere matematic, această relație arată astfel:

Factorul material ține cont de coeficientul ρ.

Din aceasta putem deriva formula pentru rezistivitate:

Dacă valorile lui S și l corespund condițiilor date pentru calculul comparativ al rezistivității, adică 1 mm² și 1 m, atunci ρ = ​​R. Când dimensiunile conductorului se modifică, se modifică și numărul de ohmi.