Bir metalin direnci nasıl bulunur. Elektrik direnci ve iletkenlik

Bu nedenle kullanılan tüm eleman ve malzemelerin parametrelerinin bilinmesi önemlidir. Ve sadece elektrik değil, aynı zamanda mekanik. Ve emrinizde, farklı malzemelerin özelliklerini karşılaştırmanıza ve belirli bir durumda tam olarak neyin en uygun olacağını tasarım ve çalışma için seçmenize izin veren bazı uygun referans malzemelerine sahip olmak.
Görevin en verimli şekilde yani yüksek verimlilikle tüketiciye ulaştırmak üzere belirlendiği enerji nakil hatlarında hem kayıp ekonomisi hem de hatların kendi mekaniği dikkate alınmaktadır. Son ekonomik verim hattı, çalışması ve işletme maliyetleri. Ayrıca elektriği ileten hatlarda hem hatların kendisinin hem de çevresinden geçtikleri her şeyin güvenliğini sağlamak için daha yüksek gereklilikler vardır. Ve bu, hem elektrik kablolarının sağlanmasına hem de tüm yapılar için ek bir güvenlik payına maliyet katar.

Karşılaştırma için, veriler genellikle tek, karşılaştırılabilir bir biçimde sunulur. Genellikle, bu tür özelliklere “özel” sıfatı eklenir ve değerlerin kendileri, fiziksel parametreler açısından birleştirilmiş bazı standartlarda kabul edilir. Örneğin, belirli elektrik direnci- Bu, bir tür metalden (bakır, alüminyum, çelik, tungsten, altın) yapılmış, kullanılan ölçü birimleri sisteminde (genellikle Sİ). Ek olarak, sıcaklık müzakere edilir, çünkü ısıtıldığında iletkenlerin direnci farklı davranabilir. Normal ortalama çalışma koşullarına dayanmaktadır - 20 santigrat derece. Ve ortamın parametrelerini (sıcaklık, basınç) değiştirirken özelliklerin önemli olduğu yerlerde, katsayılar tanıtılır ve ek bağımlılık tabloları ve grafikleri çizilir.

Direnç türleri

Direnç meydana geldiğinden:

aktif - veya omik, dirençli - içinden bir elektrik akımı geçtiğinde bir iletkeni (metal) ısıtmak için elektrik tüketiminden kaynaklanan ve
reaktif - kapasitif veya endüktif, - elektrik alanlarının iletkeninden geçen akımda her türlü değişikliğin yaratılması için kaçınılmaz kayıplardan oluşan, daha sonra dirençİki tür iletken vardır:

Doğru akıma özel elektrik direnci (dirençli karaktere sahip) ve
Alternatif akıma karşı spesifik elektrik direnci (reaktif karaktere sahip).

Burada, tip 2 özdirenç karmaşık bir değerdir, iki TP bileşeninden oluşur - aktif ve reaktif, çünkü dirençli direnç, doğasından bağımsız olarak akım geçtiğinde her zaman bulunur ve reaktif direnç, yalnızca devrelerdeki akımdaki herhangi bir değişiklikle ortaya çıkar. DC devrelerinde, reaktans, yalnızca akımı açma (akımı 0'dan nominal değere değiştirme) veya kapatma (nominal değerden 0'a değiştirme) ile ilişkili geçici süreçler sırasında ortaya çıkar. Ve genellikle yalnızca aşırı yük koruması tasarlanırken dikkate alınırlar.

Alternatif akım devrelerinde, reaktanslarla ilgili olaylar çok daha çeşitlidir. Sadece akımın belirli bir bölümden gerçek geçişine değil, aynı zamanda iletkenin şekline de bağlıdırlar ve bağımlılık doğrusal değildir.

Gerçek şu ki, alternatif akım hem içinden geçtiği iletkenin etrafında hem de iletkenin kendisinde bir elektrik alanı indükler. Ve bu alandan, yüklerin gerçek ana hareketini "itme" etkisini veren, iletkenin tüm enine kesitinin derinliğinden yüzeyine, "cilt etkisi" olarak adlandırılan girdap akımları ortaya çıkar. cilt - cilt). Girdap akımlarının iletkenden kesitini "çaldığı" ortaya çıktı. Akım yüzeye yakın bir katmanda akar, iletken kalınlığının geri kalanı kullanılmadan kalır, direncini azaltmaz ve iletken kalınlığını arttırmanın bir anlamı yoktur. Özellikle yüksek frekanslarda. Bu nedenle, alternatif akım için dirençler, tüm kesitinin yüzeye yakın olarak kabul edilebileceği bu tür iletken kesitlerinde ölçülür. Böyle bir tele ince denir, kalınlığı, girdap akımlarının iletkende akan faydalı ana akımın yerini aldığı bu yüzey tabakasının derinliğinin iki katına eşittir.

Elbette, alternatif akımın etkin iletimi, kesitteki yuvarlak tellerin kalınlığındaki azalma ile tükenmez. İletken inceltilebilir, ancak aynı zamanda bir bant şeklinde düz hale getirilebilir, o zaman kesiti sırasıyla yuvarlak telden daha yüksek olacak ve direnç daha düşük olacaktır. Ek olarak, yüzey alanını basitçe artırmak, etkin bölümü artırma etkisine sahip olacaktır. Aynısı, tek damarlı bir tel yerine çok telli bir tel kullanılarak elde edilebilir, ayrıca çok damarlı bir tel, esneklik açısından tek damarlı bir tele göre daha üstündür ve bu genellikle aynı zamanda değerlidir. Öte yandan, tellerdeki cilt etkisi dikkate alınarak, çelik gibi iyi mukavemet özelliklerine sahip ancak düşük elektriksel özelliklere sahip bir metalin çekirdeğini yaparak telleri kompozit hale getirmek mümkündür. Bu durumda, direnci daha düşük olan çelik üzerine bir alüminyum örgü yapılır.

Deri etkisine ek olarak, iletkenlerdeki alternatif akımın akışı, çevreleyen iletkenlerdeki girdap akımlarının uyarılmasından etkilenir. Bu tür akımlara endüksiyon akımları denir ve hem kablolama rolünü oynamayan metallerde (yük taşıyan yapısal elemanlar) hem de tüm iletken kompleksin tellerinde indüklenir - diğer fazların tellerinin rolünü oynar, sıfır , topraklama.

Tüm bu fenomenler, elektrikle ilgili tüm yapılarda bulunur; bu, çeşitli malzemelerle ilgili referans bilgilerinin bir özetinin emrinizde olmasının önemini daha da artırır.

İletkenler için direnç çok hassas ve doğru aletlerle ölçülür, çünkü kablolama için en düşük dirence sahip metaller seçilir - metre uzunluk ve metrekare başına ohm * 10 -6 mertebesinde. mm. Bölüm. Yalıtımın özgül direncini ölçmek için, aksine, çok çeşitli aralıklara sahip cihazlara ihtiyaç vardır. büyük değerler dirençler genellikle megohm'dur. İletkenlerin iyi iletmesi gerektiği ve yalıtkanların iyi yalıtılması gerektiği açıktır.

tablo

İletkenlerin direnç tablosu (metaller ve alaşımlar)
iletken malzeme	Bileşim (alaşımlar için)	özdirenç ρ ohm × mm 2 / m
iletken malzeme	Bileşim (alaşımlar için)



	bakır, çinko, kalay, nikel, kurşun, manganez, demir vb.
Alüminyum


Tungsten

Molibden

	bakır, kalay, alüminyum, silikon, berilyum, kurşun vb. (çinko hariç)

	demir, karbon


	bakır, nikel, çinko
manganin	bakır, nikel, manganez
Köstence	bakır, nikel, alüminyum


	nikel, krom, demir, manganez


	demir, krom, alüminyum, silikon, manganez

Elektrik mühendisliğinde iletken olarak demir

Demir, doğada ve teknolojide (aynı zamanda bir metal olan hidrojenden sonra) en yaygın metaldir. En ucuzudur ve mükemmel mukavemet özelliklerine sahiptir, bu nedenle her yerde çeşitli yapıların mukavemetinin temeli olarak kullanılır.

Elektrik mühendisliğinde demir, fiziksel mukavemet ve esnekliğin gerekli olduğu yerlerde esnek çelik teller şeklinde iletken olarak kullanılmakta ve uygun kesit sayesinde gerekli direnç sağlanabilmektedir.

Direnç tablosuna sahip olmak çeşitli metaller ve alaşımlar, farklı iletkenlerden yapılmış tellerin kesitlerini hesaplayabilirsiniz.

Örnek olarak, farklı malzemelerden yapılmış iletkenlerin elektriksel olarak eşdeğer kesitini bulmaya çalışalım: bakır, tungsten, nikel ve demir tel. İlki için 2,5 mm kesitli bir alüminyum tel alıyoruz.

Tüm bu metallerden gelen telin direncinin, 1 m uzunluğunda orijinalinin direncine eşit olmasına ihtiyacımız var. 1 m uzunluk ve 2,5 mm kesit başına alüminyumun direnci şuna eşit olacaktır:

Nereye r- rezistans, ρ - masadan metal direnci, S- kesit alanı, L- uzunluk.

Başlangıç değerlerini değiştirerek, bir metrelik alüminyum telin ohm cinsinden direncini elde ederiz.

Sonra S için formülü çözeriz

Tablodaki değerleri değiştireceğiz ve farklı metaller için kesit alanlarını elde edeceğiz.

Tablodaki direnç 1 m uzunluğunda bir tel üzerinde, 1 mm 2 bölüm başına mikro ohm olarak ölçüldüğünden, mikro ohm olarak aldık. Ohm cinsinden elde etmek için değeri 10 -6 ile çarpın. Ancak ondalık noktadan sonra 6 sıfırlı ohm sayısını almamız için hiç gerekli değildir, çünkü son sonuç hala mm 2 olarak buluyoruz.

Gördüğünüz gibi, demir direnci oldukça büyük, tel kalın.

Ancak daha da fazlasına sahip olan malzemeler var, örneğin nikel veya konstantan.

Birçoğu Ohm yasasını duydu, ancak herkes bunun ne olduğunu bilmiyor. Çalışma bir okul fizik dersi ile başlar. Daha fazla ayrıntı Fizik ve Elektrodinamik Fakültesi'nde düzenlenmektedir. Bu bilginin sokaktaki sıradan bir adam için yararlı olması pek olası değildir, ancak bunun için gereklidir. genel gelişme, ama gelecekteki bir meslek için birileri için. Öte yandan, elektrik, yapısı, evdeki özellikleri hakkında temel bilgiler, kendinizi belaya karşı uyarmanıza yardımcı olacaktır. Ohm yasasının elektriğin temel yasası olarak adlandırılmasına şaşmamalı. Artan stres ve yangına yol açabilecek aşırı voltajı önlemek için DIYer'ın elektrik bilgisine sahip olması gerekir.

Elektrik direnci konsepti

Temel fiziksel nicelikler arasındaki ilişki elektrik devresi- direnç, voltaj, akım gücü Alman fizikçi Georg Simon Ohm tarafından keşfedildi.

Bir iletkenin elektrik direnci, elektrik akımına karşı direncini karakterize eden bir değerdir. Başka bir deyişle, iletken üzerinde bir elektrik akımının etkisi altındaki elektronların bir kısmı kristal kafes içindeki yerlerini terk eder ve iletkenin pozitif kutbuna gider. Elektronların bir kısmı kafes içinde kalır ve çekirdek atomunun etrafında dönmeye devam eder. Bu elektronlar ve atomlar, salınan parçacıkların ilerlemesini engelleyen elektriksel direnç oluşturur.

Yukarıdaki işlem tüm metaller için geçerlidir, ancak direnç farklı şekillerde ortaya çıkar. Bunun nedeni, iletkenin oluşturulduğu boyut, şekil ve malzemedeki farklılıktır. Buna göre, kristal kafesin boyutları farklı malzemeler için eşit olmayan bir şekle sahiptir, bu nedenle akımın içlerinden hareketine karşı elektriksel direnç aynı değildir.

Bu kavram, her metal için ayrı ayrı bir gösterge olan bir maddenin özdirencinin tanımını ifade eder. Elektriksel özdirenç (direnç), Yunanca ρ harfiyle gösterilen fiziksel bir niceliktir ve bir metalin içinden elektriğin geçişini engelleme yeteneği ile karakterize edilir.

Bakır iletkenler için ana malzemedir

Bir maddenin özdirenci aşağıdaki formülle hesaplanır. önemli göstergeler elektrik direncinin sıcaklık katsayısıdır. Tablo, 0 ila 100 ° C sıcaklık aralığında bilinen üç metalin direnç değerlerini içerir.

Mevcut malzemelerden biri olarak 0,1 Ohm'a eşit olan demirin direnç indeksini alırsak, 1 Ohm için 10 metre alacaktır. Gümüş en düşük elektrik direncine sahiptir, 1 Ohm göstergesi için 66.7 metre serbest bırakılacaktır. Önemli bir fark, ancak gümüş, genellikle kullanımı pratik olmayan pahalı bir metaldir. Göstergeler açısından bir sonraki bakır, 1 ohm için 57.14 metreye ihtiyaç duyulur. Bulunabilirliği ve gümüşe kıyasla maliyeti nedeniyle bakır, elektrik şebekelerinde kullanım için en popüler malzemelerden biridir. Bakır telin düşük özdirenci veya bakır telin direnci, bakır iletkenin birçok bilim, teknoloji dalında, endüstriyel ve evsel amaçlarla kullanılmasını mümkün kılar.

özdirenç değeri

Direnç değişkendir, aşağıdaki faktörlere bağlı olarak değişir:

Boyut. İletkenin çapı ne kadar büyük olursa, içinden o kadar çok elektron geçer. Sonuç olarak, boyutu ne kadar küçükse, direnç o kadar büyük olur.
Uzunluk. Elektronlar atomlardan geçer, bu nedenle tel ne kadar uzun olursa, o kadar çok elektronun onları aşması gerekir. Hesaplarken, telin uzunluğunu ve boyutunu hesaba katmak gerekir, çünkü tel ne kadar uzun, ince olursa, direnci o kadar büyük olur ve bunun tersi de geçerlidir. Kullanılan ekipmanın yükünün hesaplanmaması, telin aşırı ısınmasına ve yangına neden olabilir.
Hava sıcaklığı. olduğu biliniyor sıcaklık rejimi sahip büyük önem maddelerin davranışları üzerinde farklı şekillerde. Metal, başka hiçbir şey gibi, özelliklerini farklı sıcaklıklarda değiştirir. Bakırın özdirenci doğrudan bakırın direnç sıcaklık katsayısına bağlıdır ve ısıtma ile artar.
Aşınma. Korozyon yükü önemli ölçüde artırır. Bu maruz kalma nedeniyle olur Çevre, nem girişi, tuz, kir vb. belirtiler. Tüm bağlantıların, terminallerin, bükülmelerin yalıtılması, korunması, sokakta bulunan ekipman için koruma kurulması, hasarlı kabloların, tertibatların, birimlerin zamanında değiştirilmesi önerilir.

Direnç hesabı

Çeşitli amaçlar ve kullanımlar için nesneler tasarlanırken hesaplamalar yapılır, çünkü her birinin yaşam desteği elektrikten kaynaklanmaktadır. Aydınlatma armatürlerinden teknik açıdan gelişmiş ekipmanlara kadar her şey dikkate alınır. Evde, özellikle elektrik kablolarının değiştirilmesi öngörülüyorsa, bir hesaplama yapmak da faydalı olacaktır. Özel konut inşaatı için yükü hesaplamak gerekir, aksi takdirde elektrik kablolarının "el işi" montajı yangına neden olabilir.

Hesaplamanın amacı, kullanılan tüm cihazların iletkenlerinin teknik parametrelerini dikkate alarak toplam direncini belirlemektir. R = p * l / S formülü ile hesaplanır, burada:

R hesaplanan sonuçtur;

p, tablodaki özdirenç indeksidir;

l telin (iletken) uzunluğudur;

S - kesit çapı.

Birimler

Uluslararası birimler sisteminde fiziksel özellikler(SI) elektrik direnci ohm (ohm) cinsinden ölçülür. SI sistemine göre özdirenç ölçüm birimi, 1 m uzunluğunda ve 1 m2 kesitli bir malzemeden yapılmış bir iletkenin bulunduğu bir maddenin özdirencine eşittir. m. 1 ohm'luk bir dirence sahiptir. 1 ohm/m'nin farklı metallere göre kullanımı tabloda açıkça gösterilmiştir.

Direncin önemi

Direnç ve iletkenlik arasındaki ilişki karşılıklı değerler olarak görülebilir. Bir iletkenin göstergesi ne kadar yüksek olursa, diğerinin göstergesi o kadar düşük olur ve bunun tersi de geçerlidir. Bu nedenle elektriksel iletkenlik hesaplanırken hesaplama 1 / r'dir, çünkü sayı X'in tersidir, 1 / X vardır ve bunun tersi de geçerlidir. Spesifik gösterge g harfi ile belirtilir.

Elektrolitik Bakırın Faydaları

Bakır, bir avantaj olarak düşük dirençle (gümüşten sonra) sınırlı değildir. Özelliklerinde benzersiz olan, yani plastisite, yüksek süneklik özelliklerine sahiptir. Bu nitelikleri sayesinde, elektrikli ev aletlerinde kullanılan kabloların üretimi için yüksek saflıkta elektrolitik bakır üretilir, bilgisayar Teknolojisi, elektrik ve otomotiv endüstrileri.

Direnç göstergesinin sıcaklığa bağımlılığı

Sıcaklık katsayısı, devrenin bir bölümünün voltajındaki değişime ve sıcaklık değişimleri sonucunda metalin direncine eşit olan bir miktardır. Çoğu metal, kristal kafesin termal titreşimleri nedeniyle artan sıcaklıkla dirençlerini artırma eğilimindedir. Bakırın direnç sıcaklık katsayısı bakır telin direncini etkiler ve 0 ila 100 ° C arasındaki sıcaklıklarda 4.1 · 10−3 (1 / Kelvin)'dir. Gümüş için, aynı koşullar altında bu gösterge 3,8 ve demir için 6,0 değerine sahiptir. Bu, bakırın iletken olarak kullanılmasının etkinliğini bir kez daha kanıtlıyor.

İçerik:

Metallerin direnci, içinden geçen elektrik akımına direnme yetenekleri olarak kabul edilir. Bu değerin ölçü birimi Ohm * m'dir (Ohm metre). Yunan harfi ρ (ro) bir sembol olarak kullanılır. Yüksek direnç değerleri, bu veya o malzemenin zayıf elektriksel iletkenliği anlamına gelir.

Çelik özellikleri

Çeliğin direncini ayrıntılı olarak düşünmeden önce, temel fiziksel ve mekanik özellikleri hakkında bilgi sahibi olunmalıdır. Nitelikleri nedeniyle, bu malzeme endüstriyel alanda ve insanların diğer yaşam ve çalışma alanlarında yaygınlaşmıştır.

Çelik, %1.7'yi geçmeyen bir miktarda bulunan bir demir ve karbon alaşımıdır. Karbona ek olarak, çelik belirli miktarda safsızlık içerir - silikon, manganez, kükürt ve fosfor. Nitelikleri açısından, dökme demirden çok daha iyidir, kendini sertleştirme, dövme, haddeleme ve diğer işleme türlerine kolayca verir. Tüm çelik türleri, yüksek mukavemet ve süneklik ile karakterize edilir.

Amacına göre çelik, yapısal, alet çeliği ve ayrıca özel olarak ayrılır. fiziksel özellikler... Her biri, malzemenin, örneğin ısı direnci, ısı direnci, pas ve korozyon direnci gibi belirli belirli nitelikler kazanması nedeniyle farklı miktarda karbon içerir.

Sac formatında üretilen ve elektrikli ürünlerin üretiminde kullanılan elektrik çelikleri özel bir yer kaplar. Bu malzemeyi elde etmek için, manyetik ve elektriksel özelliklerini iyileştirebilen silikon katkılama yapılır.

Elektrik çeliğinin gerekli özellikleri kazanabilmesi için belirli gereksinim ve koşulların karşılanması gerekir. Malzeme kolayca mıknatıslanıp yeniden mıknatıslanmalı yani manyetik geçirgenliği yüksek olmalıdır. Bu tür çelikler iyidir ve mıknatıslanmalarının tersine çevrilmesi minimum kayıplarla gerçekleştirilir.

Manyetik çekirdeklerin ve sargıların boyutları ve ağırlığı ile katsayı faydalı eylem transformatörler ve değerleri çalışma sıcaklığı... Koşulların yerine getirilmesi, çeliğin direnci de dahil olmak üzere birçok faktörden etkilenir.

Direnç ve diğer göstergeler

Direnç, gücün oranıdır Elektrik alanı metalde ve içinde akan akımın yoğunluğu. Pratik hesaplamalar için aşağıdaki formül kullanılır: ρ metalin özgül direncidir (Ohm * m), E- elektrik alan şiddeti (V / m) ve J- metaldeki elektrik akımının yoğunluğu (A / m 2). Elektrik alanı çok güçlü ve akım yoğunluğu düşük olduğunda metalin direnci yüksek olacaktır.

Belirli bir malzeme tarafından bir elektrik akımının iletkenlik derecesini gösteren, spesifik direncin tersi olan elektrik iletkenliği adı verilen başka bir miktar daha vardır. Formül ile belirlenir ve metre başına S / m - siemens birimlerinde ifade edilir.

Direnç, elektrik direnci ile yakından ilgilidir. Ancak, birbirlerinden farklıdırlar. İlk durumda, bu, çelik dahil olmak üzere malzemenin bir özelliğidir ve ikinci durumda, tüm nesnenin özelliği belirlenir. Bir direncin kalitesi, her şeyden önce, yapıldığı malzemenin şekli ve direnci olmak üzere çeşitli faktörlerin bir kombinasyonundan etkilenir. Örneğin, tel sargılı bir direnç yapmak için ince ve uzun bir tel kullanılmışsa, direnci aynı metalden kalın ve kısa bir telden yapılmış bir direncinkinden daha büyük olacaktır.

Başka bir örnek, aynı çap ve uzunluktaki tel dirençlerdir. Bununla birlikte, bunlardan birinde malzemenin özgül direnci yüksek, diğerinde düşükse, buna göre birinci dirençteki elektrik direnci ikinciden daha yüksek olacaktır.

Malzemenin temel özelliklerini bilerek, çelik iletkenin direnç değerini belirlemek için çeliğin özdirencini kullanabilirsiniz. Hesaplamalar için elektrik direncine ek olarak telin çapı ve uzunluğu da gerekli olacaktır. Hesaplamalar aşağıdaki formüle göre yapılır: r(ohm), ρ - çeliğin özgül direnci (Ohm * m), L- telin uzunluğuna karşılık gelir, A- kesit alanı.

Çeliğin ve diğer metallerin direncinin sıcaklığa bağımlılığı vardır. Çoğu hesaplamada, oda sıcaklığı kullanılır - 20 0 C. Bu faktörün etkisi altındaki tüm değişiklikler, sıcaklık katsayısı kullanılarak dikkate alınır.

Direnç, elektrik mühendisliğinde uygulamalı bir kavramdır. Tek bir bölümden oluşan bir malzemenin, içinden akan akıma birim uzunluk başına direncini, başka bir deyişle, bir metre uzunluğundaki milimetre kesitli bir telin ne kadar dirence sahip olduğunu gösterir. Bu kavram çeşitli elektriksel hesaplamalarda kullanılmaktadır.

DC direnci ile AC direnci arasındaki farkı anlamak önemlidir. İlk durumda, direnç yalnızca iletken üzerindeki doğru akımın etkisinden kaynaklanır. İkinci durumda, alternatif akım (herhangi bir şekilde olabilir: sinüzoidal, dikdörtgen, üçgen veya keyfi), iletkende ayrıca direnç oluşturan ek bir hareketli girdap alanına neden olur.

Fiziksel temsil

Çeşitli çaplarda kabloların döşenmesini içeren teknik hesaplamalarda, gerekli kablo uzunluğunu ve elektriksel özelliklerini hesaplamak için parametreler kullanılır. Ana parametrelerden biri dirençtir. Direnç formülü:

ρ = R * S / l, burada:

ρ malzemenin özdirencidir;
R, belirli bir iletkenin omik elektrik direncidir;
S - kesit;
l - uzunluk.

ρ boyutu Ohm mm 2 / m olarak veya - Ohm m formülünü kısaltarak ölçülür.

Aynı maddenin ρ değeri her zaman aynıdır. Bu nedenle, iletkenin malzemesini karakterize eden bir sabittir. Genellikle referans kitaplarında belirtilir. Buna dayanarak, teknik değerleri hesaplamak zaten mümkündür.

Spesifik elektriksel iletkenlik hakkında da söylemek önemlidir. Bu değer, malzeme özdirencinin karşılığıdır ve onunla dönüşümlü olarak kullanılır. Aynı zamanda elektriksel iletkenlik olarak da adlandırılır. Bu değer ne kadar yüksek olursa, daha iyi metal akımı yürütür. Örneğin bakırın iletkenliği 58,14 m / (Ohm mm 2)'dir. Veya SI birimlerinde: 58 140 000 S/m. (Metre başına Siemens, elektriksel iletkenliğin SI birimidir).

Dielektrikler sonsuz veya ona yakın bir elektrik direncine sahip olduklarından, yalnızca akımı ileten elementlerin varlığında spesifik dirençten bahsetmek mümkündür. Buna karşılık metaller çok iyi akım iletkenleridir. Bir metal iletkenin elektrik direncini bir miliohmmetre veya daha doğrusu bir mikroohmmetre kullanarak ölçebilirsiniz. Değer, iletken bölümüne uygulanan probları arasında ölçülür. Devreleri, kabloları, motor ve jeneratör sargılarını kontrol etmenizi sağlarlar.

Metaller akımı iletme yeteneklerinde farklılık gösterir. Çeşitli metallerin direnci, bu farkı karakterize eden bir parametredir. Veriler, 20 santigrat derecelik bir malzeme sıcaklığında verilmiştir:

ρ parametresi, 1 mm 2 kesitli bir metre uzunluğundaki bir iletkenin hangi dirence sahip olacağını gösterir. Bu değer ne kadar büyük olursa, belirli bir uzunluktaki gerekli tel o kadar fazla elektrik direncine sahip olacaktır. Listeden görülebileceği gibi en küçük ρ gümüştür, bu malzemenin bir metresinin direnci sadece 0.015 Ohm'a eşit olacaktır, ancak bu endüstriyel ölçekte kullanılmak için çok pahalı bir metaldir. Bir sonraki, doğada çok daha yaygın olan bakırdır (değerli değil, demir dışı metal). Bu nedenle, bakır kablolama çok yaygındır.

Bakır sadece iyi bir elektrik akımı iletkeni değil, aynı zamanda çok sünek bir malzemedir. Bu özelliği sayesinde bakır teller daha iyi oturur, bükülme ve esnemeye karşı dayanıklıdır.

Bakır piyasada büyük talep görüyor. Bu malzemeden birçok farklı ürün yapılır:

Çok çeşitli iletkenler;
Otomobil parçaları (radyatörler gibi);
Saat mekanizmaları;
Bilgisayar Bileşenleri;
Elektrikli ve elektronik cihazların detayları.

Bakırın elektrik direnci en iyi iletken malzemelerden biridir, bu nedenle elektrik endüstrisinin birçok ürünü buna göre oluşturulur. Ayrıca bakırın lehimlenmesi kolaydır, bu nedenle amatör radyolarda çok yaygındır.

Bakırın yüksek ısıl iletkenliği, soğutma ve ısıtma cihazlarında kullanılmasına olanak tanır ve sünekliği, en küçük detayların ve en ince iletkenlerin oluşturulmasını mümkün kılar.

Elektrik akımı iletkenleri birinci ve ikinci türdendir. İlk iletken türü metallerdir. İkinci türden iletkenler, sıvıların iletken çözeltileridir. İlkindeki akım elektronlar tarafından taşınır ve ikinci türden iletkenlerdeki akım taşıyıcıları iyonlardır, elektrolitik bir sıvının yüklü parçacıklarıdır.

Malzemelerin iletkenliğinden sadece ortam sıcaklığı bağlamında bahsetmek mümkündür. Devamı Yüksek sıcaklık birinci tür iletkenler elektrik dirençlerini arttırır ve ikincisi ise tam tersine azalır. Buna göre, malzemelerin bir sıcaklık direnç katsayısı vardır. Bakır Ohm m'nin direnci artan ısıtma ile artar. Sıcaklık katsayısı α ayrıca yalnızca malzemeye bağlıdır, bu değerin boyutu yoktur ve farklı metaller ve alaşımlar için aşağıdaki göstergelere eşittir:

Gümüş - 0.0035;
Demir - 0.0066;
Platin - 0.0032;
Bakır - 0,0040;
Tungsten - 0.0045;
Merkür - 0.0090;
Köstence - 0.000005;
Nikelin - 0.0003;
Nikrom - 0.00016.

İletken bölümünün elektrik direncinin büyüklüğünün belirlenmesi yükselmiş sıcaklık R (t) aşağıdaki formülle hesaplanır:

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

R (0) - ilk sıcaklıktaki direnç;
α sıcaklık katsayısıdır;
t - t (0) - sıcaklık farkı.

Örneğin bakırın 20 derecede elektrik direncini bilerek 170 derecede yani 150 dereceye ısıtıldığında ne olacağını hesaplayabilirsiniz. İlk direnç zamanla, yani 1,6 kat artacaktır.

Öte yandan, sıcaklık arttıkça malzemelerin iletkenliği azalır. Bu, elektrik direncinin tersi olduğundan, aynı miktarda azalır. Örneğin, malzeme 150 derece ısıtıldığında bakırın özgül elektriksel iletkenliği 1,6 kat azalacaktır.

Sıcaklık değiştiğinde elektrik direncini pratik olarak değiştirmeyen alaşımlar vardır. Bu, örneğin, konstantan. Sıcaklık yüz derece değiştiğinde direnci sadece %0,5 artar.

Malzemelerin iletkenliği ısı ile bozulursa, azalan sıcaklıkla iyileşir. Bu, süper iletkenlik gibi bir fenomenle ilişkilidir. İletkenin sıcaklığını -253 santigrat derecenin altına düşürürseniz, elektrik direnci keskin bir şekilde azalır: neredeyse sıfıra. Bu bağlamda, elektrik enerjisinin iletim maliyetleri düşmektedir. Tek sorun, iletkenleri bu sıcaklıklara soğutmaktı. Bununla birlikte, bakır oksitlere dayalı yüksek sıcaklıklı süper iletkenlerin son keşifleri nedeniyle, malzemelerin kabul edilebilir değerlere soğutulması gerekmektedir.

Ohm cinsinden ifade edilen elektriksel direnç, dirençten farklıdır. Direncin ne olduğunu anlamak için onu malzemenin fiziksel özellikleriyle ilişkilendirmek gerekir.

Spesifik iletkenlik ve spesifik direnç hakkında

Elektronların akışı malzeme boyunca engellenmeden hareket etmez. sabit sıcaklıkta temel parçacıklar dinlenme durumu etrafında sallayın. Ayrıca iletim bandındaki elektronlar, aynı yükten dolayı karşılıklı itme ile birbirlerine müdahale ederler. Böylece direnç oluşur.

İletkenlik, malzemelerin içsel bir özelliğidir ve bir madde bir elektrik alanına maruz kaldığında yüklerin hareket etme kolaylığını ölçer. Direnç karşılıklıdır ve elektronların bir malzeme içinde hareket ederken karşılaştığı zorluk derecesi ile karakterize edilir ve bir iletkenin ne kadar iyi veya kötü olduğu hakkında bir fikir verir.

Önemli! Yüksek bir özdirenç, malzemenin zayıf iletken olduğunu ve Düşük değer- iyi bir iletken maddeyi tanımlar.

Spesifik iletkenlik σ harfi ile gösterilir ve aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır:

Özdirenç ρ, karşılıklı olarak aşağıdaki gibi bulunabilir:

Bu ifadede E, üretilen elektrik alanının gücü (V/m), J ise elektrik akımının yoğunluğudur (A/m²). O zaman ρ ölçü birimi şöyle olacaktır:

W / mx m² / A = ohm m.

İletkenlik σ için, ölçüldüğü birim S / m veya metre başına siemens'dir.

Malzeme türleri

Malzemelerin direncine göre, birkaç tipte sınıflandırılabilirler:

İletkenler. Bunlar, tüm metalleri, alaşımları, iyonlara ayrışmış çözeltileri ve ayrıca plazma dahil termal olarak uyarılmış gazları içerir. Metal olmayanlardan grafit örnek olarak verilebilir;
Aslında iletken olmayan malzemeler olan yarı iletkenler, kristal kafesler az ya da çok bağlı elektronlara sahip yabancı atomların dahil edilmesiyle bilerek katkılı olan. Sonuç olarak, kafes yapısında akım iletkenliğine katkıda bulunan yarı serbest fazla elektronlar veya delikler oluşur;
Ayrışmış dielektrikler veya yalıtkanlar, tüm malzemelerdir. normal koşullar serbest elektronları yoktur.

Elektrik enerjisinin taşınması veya ev ve endüstriyel amaçlı elektrik tesisatlarında tek damarlı veya çok damarlı kablolar şeklinde bakır sıklıkla kullanılan bir malzemedir. Alternatif olarak, kullanılan metal alüminyumdur, ancak bakırın direnci alüminyumunkinin %60'ı kadardır. Ancak, yüksek voltajlı elektrik hatlarında kullanımını önceden belirleyen bakırdan çok daha hafiftir. Altın, özel amaçlı elektrik devrelerinde iletken olarak kullanılır.

İlginç. Saf bakırın elektrik iletkenliği, 1913 yılında Uluslararası Elektroteknik Komisyonu tarafından bu değer için standart olarak kabul edilmiştir. Tanım olarak, 20 ° 'de ölçülen bakırın iletkenliği 0,58108 S / m'dir. Bu değere %100 LACS denir ve geri kalan malzemelerin iletkenliği, LACS'nin belirli bir yüzdesi olarak ifade edilir.

Çoğu metalin iletkenlik değeri %100 LACS'den düşüktür. Ancak, sırasıyla C-103 ve C-110 olarak adlandırılan gümüş veya çok yüksek iletkenliğe sahip özel bakır gibi istisnalar vardır.

Dielektrikler elektriği iletmezler ve yalıtkan olarak kullanılırlar. İzolatör örnekleri:

bardak,
seramik,
plastik,
silgi,
mika,
balmumu,
kağıt,
Kuru ahşap,
porselen,
endüstriyel ve elektriksel kullanım için bazı yağlar ve bakalit.

Üç grup arasındaki geçişler akıcıdır. Kesin olarak bilinmektedir: kesinlikle iletken olmayan ortam ve malzeme yoktur. Örneğin, hava oda sıcaklığında bir yalıtkandır, ancak güçlü bir düşük frekanslı sinyal koşullarında iletken olabilir.

iletkenlik tayini

Elektrik direncini karşılaştırırsak çeşitli maddeler, standartlaştırılmış ölçüm koşulları gereklidir:

Sıvılar, zayıf iletkenler ve yalıtkanlar durumunda, 10 mm nervür uzunluğuna sahip küp numuneleri kullanın;
Toprakların ve jeolojik oluşumların özdirenç değerleri, her kenar uzunluğu 1 m olan küpler üzerinde belirlenir;
Bir çözeltinin iletkenliği, iyonlarının konsantrasyonuna bağlıdır. Konsantre çözelti daha az ayrışır ve iletkenliği düşüren daha az yük taşıyıcıya sahiptir. Seyreltme arttıkça iyon çiftlerinin sayısı artar. Çözeltilerin konsantrasyonu %10'a ayarlanmıştır;
Metal iletkenlerin direncini belirlemek için bir metre uzunluğunda ve 1 mm² kesitli teller kullanılır.

Metal gibi bir malzeme serbest elektron sağlayabiliyorsa, potansiyel bir fark uygulandığında tel akacaktır. elektrik... Voltaj arttıkça, madde içinde birim zamanda daha fazla elektron hareket eder. Tüm ek parametreler (sıcaklık, kesit alanı, tel uzunluğu ve malzeme) değişmezse, o zaman akım gücünün uygulanan gerilime oranı da sabittir ve iletkenlik olarak adlandırılır:

Buna göre, elektrik direnci şöyle olacaktır:

Sonuç ohm olarak elde edilir.

Buna karşılık, iletken farklı uzunluklarda, kesit boyutlarında olabilir ve R değerinin bağlı olduğu farklı malzemelerden yapılabilir. Matematiksel olarak, bu bağımlılık şöyle görünür:

Malzeme faktörü, ρ faktörünü hesaba katar.

Buradan özdirenç formülünü elde edebilirsiniz:

S ve l değerleri, direncin karşılaştırmalı hesaplanması için verilen koşullara, yani 1 mm² ve 1 m'ye karşılık geliyorsa, o zaman ρ = R. İletkenin boyutlarını değiştirirken, ohm sayısı da değişir.