Čo určuje odpor materiálu? Vplyv teploty na odpor

Napriek tomu, že sa táto téma môže zdať dosť banálna, odpoviem v nej na jednu veľmi dôležitú otázku týkajúcu sa výpočtu straty napätia a výpočtu prúdov. skrat. Myslím, že pre mnohých z vás to bude takým zjavením ako pre mňa.

Nedávno som študoval jeden veľmi zaujímavý GOST:

GOST R 50571.5.52-2011 Elektrické inštalácie nízkeho napätia. Časť 5-52. Výber a montáž elektrických zariadení. Elektrické vedenie.

Tento dokument poskytuje vzorec na výpočet straty napätia a uvádza:

p je merný odpor vodičov za normálnych podmienok, ktorý sa rovná mernému odporu pri teplote za normálnych podmienok, to znamená 1,25 merného odporu pri 20 °C alebo 0,0225 Ohm mm 2 / m pre meď a 0,036 Ohm mm 2 / m pre hliník;

Ničomu som nerozumel =) Vraj pri výpočte strát napätia a pri výpočte skratových prúdov musíme brať do úvahy odpor vodičov, ako za normálnych podmienok.

Stojí za zmienku, že všetky tabuľkové hodnoty sú uvedené pri teplote 20 stupňov.

A čo normálnych podmienkach? Myslel som, že 30 stupňov Celzia.

Spomeňme si na fyziku a vypočítajme, pri akej teplote sa odpor medi (hliníka) zvýši 1,25-krát.

R1=RO

R0 - odolnosť pri 20 stupňoch Celzia;

R1 - odolnosť pri T1 stupňoch Celzia;

T0 - 20 stupňov Celzia;

α \u003d 0,004 na stupeň Celzia (meď a hliník sú takmer rovnaké);

1,25 = 1 + α (T1-T0)

Т1=(1,25-1)/α+Т0=(1,25-1)/0,004+20=82,5 stupňa Celzia.

Ako vidíte, vôbec nie je 30 stupňov. Všetky výpočty musia byť zjavne vykonané na maximum prípustné teploty káblov. Maximálna prevádzková teplota kábla je 70-90 stupňov v závislosti od typu izolácie.

Aby som bol úprimný, nesúhlasím s tým, pretože. táto teplota zodpovedá takmer núdzovému režimu elektroinštalácie.

Vo svojich programoch som stanovil špecifický odpor medi - 0,0175 Ohm mm 2 / m a pre hliník - 0,028 Ohm mm 2 / m.

Ak si pamätáte, napísal som, že v mojom programe na výpočet skratových prúdov je výsledok asi o 30% menší ako tabuľkové hodnoty. Tam sa automaticky vypočíta odpor slučky fáza-nula. Snažil som sa nájsť chybu, ale nepodarilo sa. Zrejme nepresnosť výpočtu spočíva v mernom odpore, ktorý je v programe použitý. A každý sa môže opýtať na merný odpor, takže program by nemal mať žiadne otázky, ak špecifikujete merný odpor z vyššie uvedeného dokumentu.

Ale s najväčšou pravdepodobnosťou budem musieť vykonať zmeny v programoch na výpočet strát napätia. Tým sa zvýšia výsledky výpočtu o 25 %. Aj keď v programe ELECTRIC sú straty napätia takmer rovnaké ako moje.

Ak ste na tomto blogu prvýkrát, môžete sa na stránke zoznámiť so všetkými mojimi programami

Čo si myslíte, pri akej teplote by sa mali zvážiť straty napätia: pri 30 alebo 70-90 stupňoch? Či existuje a predpisov kto odpovie na túto otázku?

Aký je odpor látky? Odpovedať jednoducho povedané na túto otázku si treba spomenúť na priebeh fyziky a predstaviť fyzikálne stelesnenie tejto definície. Elektrický prúd prechádza látkou a tá zase bráni prechodu prúdu s určitou silou.

Pojem merného odporu látky

Práve táto hodnota, ktorá ukazuje, do akej miery látka interferuje s prúdom, je odpor (latinské písmeno „ro“). V medzinárodnom systéme jednotiek odpor vyjadrené v ohmoch vynásobený metrom. Vzorec na výpočet je: "Odpor vynásobený plochou prierezu a delený dĺžkou vodiča."

Vynára sa otázka: „Prečo sa pri hľadaní odporu používa iný odpor?“. Odpoveď je jednoduchá, existujú dve rôzne veličiny – rezistivita a odpor. Druhá ukazuje, ako veľmi je látka schopná zabrániť prechodu prúdu cez ňu, a prvá ukazuje takmer to isté, len rozprávame sa už nie o látke v všeobecný zmysel, ale o vodiči so špecifickou dĺžkou a plochou prierezu, ktoré sú vyrobené z tejto látky.

Recipročná hodnota, ktorá charakterizuje schopnosť látky prechádzať elektrinou, sa nazýva elektrická vodivosť a vzorec, podľa ktorého sa vypočíta špecifický odpor, priamo súvisí so špecifickou vodivosťou.

Použitie medi

Koncept odporu je široko používaný pri výpočte vodivosti elektrický prúd rôzne kovy. Na základe týchto výpočtov sa prijímajú rozhodnutia o vhodnosti použitia konkrétneho kovu na výrobu elektrických vodičov, ktoré sa používajú v stavebníctve, výrobe nástrojov a iných oblastiach.

Tabuľka odolnosti kovov

Existujú konkrétne tabuľky? v ktorých sa zhromažďujú dostupné údaje o priepustnosti a odolnosti kovov, spravidla sú tieto tabuľky vypočítané pre určité podmienky.

Najmä dobre známe odporová tabuľka kovových monokryštálov pri teplote dvadsať stupňov Celzia, ako aj tabuľku odolnosti kovov a zliatin.

Tieto tabuľky sa používajú na výpočet rôznych údajov za takzvaných ideálnych podmienok; na výpočet hodnôt na špecifické účely je potrebné použiť vzorce.

Meď. Jeho vlastnosti a vlastnosti

Popis látky a vlastností

Meď je kov, ktorý ľudstvo objavilo už veľmi dlho a tiež sa už dlho používa na rôzne technické účely. Meď je veľmi kujný a ťažný kov s vysokou elektrickou vodivosťou, vďaka čomu je veľmi obľúbená na výrobu rôznych drôtov a vodičov.

Fyzikálne vlastnosti medi:

• teplota topenia - 1084 stupňov Celzia;
• bod varu - 2560 stupňov Celzia;
• hustota pri 20 stupňoch - 8890 kilogramov delených kubickým metrom;
• merná tepelná kapacita pri konštantnom tlaku a teplote 20 stupňov - 385 kJ / J * kg
• špecifický elektrický odpor - 0,01724;

Medené triedy

Tento kov možno rozdeliť do niekoľkých skupín alebo tried, z ktorých každá má svoje vlastné vlastnosti a uplatnenie v priemysle:

1. Druhy M00, M0, M1 sú vynikajúce na výrobu káblov a vodičov, pri pretavení je vylúčené presýtenie kyslíkom.
2. Typy M2 a M3 sú lacné možnosti, ktoré sú navrhnuté pre malé valcované výrobky a vyhovujú väčšine malých technických a priemyselných aplikácií.
3. Akosti M1, M1f, M1r, M2r, M3r sú drahé triedy medi, ktoré sú vyrobené pre konkrétneho spotrebiteľa so špecifickými požiadavkami a požiadavkami.

Značky medzi sebou sa líšia niekoľkými spôsobmi:

Vplyv nečistôt na vlastnosti medi

Nečistoty môžu ovplyvniť mechanické, technické a prevádzkové vlastnosti výrobkov.

Na záver treba zdôrazniť, že meď je jedinečný kov s jedinečnými vlastnosťami. Používa sa v automobilovom priemysle, výrobe prvkov pre elektrotechnický priemysel, elektrospotrebiče, spotrebný tovar, hodinky, počítače a mnoho ďalších. Vďaka svojmu nízkemu odporu je tento kov vynikajúcim materiálom na výrobu vodičov a iných elektrických zariadení. Touto vlastnosťou meď predbieha len striebro, no pre vyššiu cenu nenašla rovnaké uplatnenie v elektrotechnickom priemysle.

14.04.2018

Ako vodivé časti v elektrických inštaláciách sa používajú vodiče z medi, hliníka, ich zliatin a železa (ocele).

Meď je jedným z najlepších vodivých materiálov. Hustota medi pri 20 ° C je 8,95 g / cm 3, teplota topenia je 1083 ° C. Meď je chemicky málo aktívna, ale ľahko sa rozpúšťa v kyseline dusičnej a v zriedenej kyseline chlorovodíkovej a sírovej sa rozpúšťa iba v prítomnosti oxidačných činidlá (kyslík). Na vzduchu je meď rýchlo pokrytá tenkou vrstvou oxidu tmavej farby, ale táto oxidácia nepreniká hlboko do kovu a slúži ako ochrana pred ďalšou koróziou. Meď sa dobre hodí na kovanie a valcovanie bez zahrievania.

Používa sa na výrobu elektrolytická meď v ingotoch obsahujúcich 99,93 % čistej medi.

Elektrická vodivosť medi silne závisí od množstva a typu nečistôt a v menšej miere od mechanického a tepelného spracovania. pri 20 °C je 0,0172-0,018 ohm x mm2 / m.

Na výrobu vodičov sa používa mäkká, polotvrdá alebo tvrdá meď so špecifickou hmotnosťou 8,9, 8,95 a 8,96 g / cm3.

Na výrobu častí prúdových častí sa široko používa meď v zliatinách s inými kovmi. Najčastejšie používané zliatiny sú:

Mosadz je zliatina medi a zinku, obsahujúca minimálne 50 % medi v zliatine, s prídavkom iných kovov. mosadz 0,031 - 0,079 ohm x mm2/m. Existuje mosadz - tompak s obsahom medi viac ako 72% (má vysokú ťažnosť, antikorózne a antifrikčné vlastnosti) a špeciálne mosadze s prídavkom hliníka, cínu, olova alebo mangánu.

Mosadzný kontakt

Bronzy sú zliatinou medi a cínu s prísadou rôznych kovov. V závislosti od obsahu hlavnej zložky v zliatine sa bronzy nazývajú cín, hliník, kremík, fosfor a kadmium. Odolnosť bronzu 0,021 - 0,052 ohm x mm2/m.

Mosadz a bronz majú dobré mechanické a fyzikálno-chemické vlastnosti. Sú ľahko spracovateľné odlievaním a tlakom, odolné voči atmosférickej korózii.

Hliník - svojimi vlastnosťami druhý vodivý materiál po medi. Teplota topenia 659,8 ° C. Hustota hliníka pri teplote 20 ° - 2,7 g / cm3. Hliník sa ľahko odlieva a dobre opracúva. Pri teplote 100 - 150 °C je hliník kovaný a tvárny (možno ho valcovať na plechy do hrúbky 0,01 mm).

Elektrická vodivosť hliníka je vysoko závislá od nečistôt a málo od mechanického a tepelného spracovania. Čím čistejšie je zloženie hliníka, tým vyššia je jeho elektrická vodivosť a lepšia odolnosť voči chemickému napadnutiu. Opracovanie, valcovanie a žíhanie výrazne ovplyvňuje mechanickú pevnosť hliníka. Hliník spracovávaný za studena zvyšuje jeho tvrdosť, elasticitu a pevnosť v ťahu. Odolnosť hliníka pri 20 ° С 0,026 - 0,029 ohm x mm 2 / m.

Pri výmene medi hliníkom je potrebné zväčšiť prierez vodiča z hľadiska vodivosti, t.j. 1,63-krát.

Pri rovnakej vodivosti bude hliníkový vodič 2-krát ľahší ako medený vodič.

Na výrobu vodičov sa používa hliník obsahujúci najmenej 98 % čistého hliníka, kremík najviac 0,3 %, železo najviac 0,2 %.

Na výrobu častí súčiastok pod prúdom použite zliatiny hliníka s inými kovmi, napríklad: Duralumin - zliatina hliníka s meďou a mangánom.

Silumin je ľahká liata hliníková zliatina s prímesou kremíka, horčíka, mangánu.

Zliatiny hliníka majú dobré odlievacie vlastnosti a vysokú mechanickú pevnosť.

Najpoužívanejšie v elektrotechnike sú nasledujúce hliníkových zliatin:

Spracovaná hliníková zliatina triedy AD, s hliníkom najmenej 98,8 a inými nečistotami do 1,2.

Tvárnená hliníková zliatina značky AD1, ktorá má hliník najmenej 99,3 n ostatné nečistoty do 0,7.

Tepaná hliníková zliatina značky AD31, ktorá má hliník 97,35 - 98,15 a ostatné nečistoty 1,85 -2,65.

Zliatiny akosti AD a AD1 sa používajú na výrobu puzdier a lisovníc hardvérových svoriek. Profily a pneumatiky používané pre elektrické vodiče sú vyrobené zo zliatiny triedy AD31.

Výrobky vyrobené zo zliatin hliníka v dôsledku tepelného spracovania získavajú vysokú pevnosť v ťahu a prieťažnosť (tečenie).

Železo - teplota topenia 1539°C. Hustota železa je 7,87. Železo sa rozpúšťa v kyselinách, oxiduje s halogénmi a kyslíkom.

V elektrotechnike sa používajú ocele rôznych akostí, napríklad:

Uhlíkové ocele sú kujné zliatiny železa s uhlíkom a inými metalurgickými nečistotami.

Špecifický odpor uhlíkových ocelí je 0,103 - 0,204 ohm x mm 2 /m.

Legované ocele sú zliatiny s prídavkami chrómu, niklu a iných prvkov pridávaných do uhlíkovej ocele.

Ocele sú dobré.

Ako prísady do zliatin, ako aj na výrobu spájok a implementáciu vodivých kovov sa široko používajú:

Kadmium je kujný kov. Teplota topenia kadmia je 321°C. Odpor 0,1 ohm x mm 2 /m. V elektrotechnike sa kadmium používa na prípravu spájok s nízkou teplotou topenia a na ochranné povlaky (kadmium) na kovových povrchoch. Z hľadiska antikoróznych vlastností je kadmium blízke zinku, ale kadmiové nátery sú menej porézne a nanášajú sa v tenšej vrstve ako zinok.

Nikel - teplota topenia 1455°C. Špecifický odpor niklu je 0,068 - 0,072 ohm x mm 2 /m. Pri bežných teplotách nie je oxidovaný vzdušným kyslíkom. Nikel sa používa v zliatinách a na ochranný povlak (niklovanie) kovových povrchov.

Cín - teplota topenia 231,9 ° C. Špecifický odpor cínu je 0,124 - 0,116 ohm x mm 2 /m. Cín sa používa na spájkovanie ochranného povlaku (cínovanie) kovov v čistej forme a vo forme zliatin s inými kovmi.

Olovo - teplota topenia 327,4°C. Odpor 0,217 - 0,227 ohm x mm 2 /m. Olovo sa používa v zliatinách s inými kovmi ako materiál odolný voči kyselinám. Pridáva sa do spájkovacích zliatin (spájok).

Striebro je veľmi kujný, kujný kov. Teplota topenia striebra je 960,5°C. Striebro je najlepší vodič tepla a elektrického prúdu.Špecifický odpor striebra je 0,015 - 0,016 ohm x mm 2 / m. Striebro sa používa na ochranný náter (striebrenie) kovových povrchov.

Antimón je lesklý krehký kov s teplotou topenia 631°C. Antimón sa používa vo forme prísad do spájkovacích zliatin (spájok).

Chróm je tvrdý, lesklý kov. Teplota topenia 1830 °C. Pri normálnej teplote sa na vzduchu nemení. Špecifický odpor chrómu je 0,026 ohm x mm 2 /m. Chróm sa používa v zliatinách a na ochranné nátery (chrómovanie) kovových povrchov.

Zinok - teplota topenia 419,4°C. Odolnosť zinku 0,053 - 0,062 ohm x mm2/m. Vo vlhkom vzduchu zinok oxiduje a pokryje sa vrstvou oxidu, ktorá chráni pred následným chemickým napadnutím. V elektrotechnike sa zinok používa ako prísada do zliatin a spájok, ako aj na ochranný náter (galvanizáciu) povrchov kovových častí.

Len čo elektrina opustila laboratóriá vedcov a začala sa široko zavádzať do praxe Každodenný život, vyvstala otázka hľadania materiálov, ktoré majú určité, niekedy úplne opačné vlastnosti, pokiaľ ide o tok elektrického prúdu cez ne.

Napríklad pri prestupe elektrická energia na veľkú vzdialenosť bol materiál drôtu potrebný na minimalizáciu strát spôsobených zahrievaním Joule v kombinácii s nízkou hmotnosťou. Príkladom toho sú známe vedenia vysokého napätia z hliníkových drôtov s oceľovým jadrom.

Alebo naopak, na vytvorenie kompaktných rúrkových elektrických ohrievačov boli potrebné materiály s relatívne vysokým elektrickým odporom a vysokou tepelnou stabilitou. Najjednoduchším príkladom zariadenia, ktoré používa materiály s podobnými vlastnosťami, je horák bežného kuchynského elektrického sporáka.

Vodiče používané v biológii a medicíne ako elektródy, sondy a sondy vyžadujú vysokú chemickú odolnosť a kompatibilitu s biomateriálmi v kombinácii s nízkym prechodovým odporom.

Celá galaxia vynálezcov z rozdielne krajiny: Anglicko, Rusko, Nemecko, Maďarsko a USA. Thomas Edison, ktorý vykonal viac ako tisíc experimentov na testovanie vlastností materiálov vhodných pre úlohu vlákien, vytvoril lampu s platinovou špirálou. Edisonove lampy, hoci mali dlhú životnosť, neboli praktické kvôli vysokým nákladom na zdrojový materiál.

Praktické uplatnenie našla následná práca ruského vynálezcu Lodygina, ktorý navrhol použiť ako materiály závitov relatívne lacný žiaruvzdorný volfrám a molybdén s vyššou rezistivitou. Okrem toho Lodygin navrhol odčerpať vzduch zo žiaroviek a nahradiť ho inertnými alebo vzácnymi plynmi, čo viedlo k vytvoreniu moderných žiaroviek. Priekopník hromadnej výroby cenovo dostupný a odolný elektrické lampy sa stala spoločnosť General Electric, ktorej Lodygin postúpil práva na svoje patenty a potom dlho úspešne pracoval v laboratóriách spoločnosti.

V tomto zozname by sa dalo pokračovať, pretože zvedavá ľudská myseľ je natoľko vynaliezavá, že niekedy na vyriešenie určitého technického problému potrebuje materiály s doteraz neznámymi vlastnosťami alebo s neuveriteľnými kombináciami týchto vlastností. Príroda už nedrží krok s našimi chúťkami a vedci z celého sveta sa pripojili k pretekom vo vytváraní materiálov, ktoré nemajú prirodzené analógy.

Ide o zámerné pripojenie elektrického krytu alebo krytu k ochrannému uzemňovaciemu zariadeniu. Zvyčajne sa uzemnenie vykonáva vo forme oceľových alebo medených pásov, rúr, tyčí alebo uholníkov zakopaných v zemi do hĺbky viac ako 2,5 metra, ktoré v prípade nehody zabezpečujú tok prúdu pozdĺž obvodového zariadenia - puzdro alebo puzdro - zem - zdroj neutrálny vodič striedavý prúd. Odpor tohto obvodu by nemal byť väčší ako 4 ohmy. V tomto prípade sa napätie na puzdre núdzového zariadenia zníži na hodnoty, ktoré sú pre človeka bezpečné, a automatické ochranné zariadenia elektrický obvod tak či onak je núdzové zariadenie vypnuté.

Pri výpočte prvkov ochranná zem Podstatnú úlohu zohráva znalosť rezistivity pôd, ktorá sa môže meniť v širokom rozmedzí.

V súlade s údajmi referenčných tabuliek sa vyberie plocha uzemňovacieho zariadenia, z nej sa vypočíta počet uzemňovacích prvkov a skutočný dizajn celého zariadenia. Spojenie konštrukčných prvkov ochranného uzemňovacieho zariadenia sa vykonáva zváraním.

Elektrotomografia

Elektrický prieskum študuje blízkopovrchové geologické prostredie, využíva sa na vyhľadávanie rudných a nekovových nerastov a iných objektov na základe štúdia rôznych umelých elektrických a elektromagnetických polí. Špeciálnym prípadom elektrického prieskumu je elektrická odporová tomografia – metóda zisťovania vlastností skaly podľa ich odporu.

Podstata metódy spočíva v tom, že pri určitej polohe zdroja elektrického poľa sa vykoná meranie napätia na rôznych sondách, potom sa zdroj poľa presunie na iné miesto alebo sa prepne na iný zdroj a merania sa opakujú. Poľné zdroje a poľné prijímačové sondy sú umiestnené na povrchu a v studniach.

Potom sa prijaté dáta spracujú a interpretujú pomocou moderných metód počítačového spracovania, ktoré umožňujú vizualizáciu informácií vo forme dvojrozmerných a trojrozmerných obrazov.

Elektrotomografia ako veľmi presná metóda vyhľadávania poskytuje neoceniteľnú pomoc geológom, archeológom a paleozoológom.

Určenie formy výskytu ložísk nerastov a hraníc ich rozmiestnenia (vytýčenie) umožňuje identifikovať výskyt žilných ložísk nerastov, čo výrazne znižuje náklady na ich následný rozvoj.

Pre archeológov táto metóda vyhľadávania poskytuje cenné informácie o polohe starovekých pohrebísk a prítomnosti artefaktov v nich, čím sa znižujú náklady na vykopávky.

Paleozoológovia používajú elektrotomografiu na hľadanie fosílnych pozostatkov starých zvierat; výsledky ich práce možno vidieť v prírodovedných múzeách v podobe úžasných rekonštrukcií kostier pravekej megafauny.

Okrem toho sa elektrická tomografia používa pri výstavbe a následnej prevádzke inžinierskych stavieb: výškové budovy, priehrady, priehrady, nábrežia a iné.

Definície odporu v praxi

Niekedy sa pri riešení praktických problémov môžeme stretnúť s úlohou určiť zloženie látky, napríklad drôtu pre rezačku polystyrénovej peny. Máme dve cievky drôtu vhodného priemeru z rôznych pre nás neznámych materiálov. Na vyriešenie problému je potrebné nájsť ich elektrický odpor a potom určiť materiál drôtu pomocou rozdielu medzi zistenými hodnotami alebo pomocou referenčnej tabuľky.

Odmeriame zvinovacím metrom a z každej vzorky odstrihneme 2 metre drôtu. Určme priemery drôtov d₁ a d₂ pomocou mikrometra. Zapnutím multimetra na dolnú hranicu merania odporu zmeriame odpor vzorky R₁. Postup zopakujeme pre ďalšiu vzorku a zmeriame aj jej odpor R₂.

Berieme do úvahy, že plocha prierezu drôtov sa vypočíta podľa vzorca

S \u003d π ∙ d 2/4

Teraz bude vzorec na výpočet elektrického odporu vyzerať takto:

ρ = R ∙ π ∙ d 2 /4 ∙ L

Nahradením získaných hodnôt L, d₁ a R₁ do vzorca na výpočet rezistivity uvedeného v článku vyššie vypočítame hodnotu ρ₁ pre prvú vzorku.

ρ 1 \u003d 0,12 ohm mm 2 / m

Dosadením získaných hodnôt L, d₂ a R₂ do vzorca vypočítame hodnotu ρ₂ pre druhú vzorku.

ρ 2 \u003d 1,2 ohm mm 2 / m

Z porovnania hodnôt ρ₁ a ρ₂ s referenčnými údajmi z vyššie uvedenej tabuľky 2 sme dospeli k záveru, že materiál prvej vzorky je oceľ a druhá vzorka je nichróm, z ktorého vyrobíme reznú strunu.

Schopnosť kovu prechádzať cez seba nabitý prúd sa nazýva. Odolnosť je zase jednou z charakteristík materiálu. Čím väčší je elektrický odpor pri danom napätí, tým bude menší.Charakterizuje odporovú silu vodiča voči pohybu nabitých elektrónov smerujúcich pozdĺž neho. Keďže prenosová vlastnosť elektriny je prevrátená hodnota odporu, znamená to, že bude vyjadrená vo forme vzorcov ako pomer 1/R.

Odpor vždy závisí od kvality materiálu použitého pri výrobe zariadení. Meria sa na základe parametrov vodiča s dĺžkou 1 meter, ako aj s prierezom 1 štvorcový milimeter. Napríklad vlastnosť špecifického odporu pre meď je vždy 0,0175 Ohm, pre hliník - 0,029, železo - 0,135, konštantán - 0,48, nichróm - 1-1,1. Špecifický odpor ocele sa rovná číslu 2 * 10-7 Ohm.m

Odpor voči prúdu je priamo úmerný dĺžke vodiča, po ktorom sa pohybuje. Čím dlhšie zariadenie, tým vyšší odpor. Ľahšie sa túto závislosť naučíte, ak si predstavíte dva imaginárne páry nádob, ktoré spolu komunikujú. Nechajte spojovaciu hadičku pre jeden pár zariadení tenšiu a pre druhý hrubšiu. Keď sú oba páry naplnené vodou, prechod kvapaliny do hrubej trubice bude oveľa rýchlejší, pretože bude mať menší odpor voči prúdeniu vody. Podľa tejto analógie je pre neho ľahšie prejsť hrubým vodičom ako tenkým.

Odpor ako jednotka SI sa meria v ohm.m. Vodivosť závisí od strednej voľnej dráhy nabitých častíc, ktorá je charakterizovaná štruktúrou materiálu. Kovy bez prímesí, ktoré majú najsprávnejšie najmenšie hodnoty protiakcia. Naopak, nečistoty deformujú mriežku, čím zvyšujú jej výkon. Rezistivita kovov sa nachádza v úzkom rozmedzí hodnôt pri normálnej teplote: od striebra od 0,016 do 10 μOhm.m (zliatiny železa a chrómu s hliníkom).

O vlastnostiach pohybu nabitých

elektrónov vo vodiči je ovplyvnená teplotou, pretože keď sa zvyšuje, zvyšuje sa amplitúda vlnových oscilácií existujúcich iónov a atómov. V dôsledku toho majú elektróny menej voľného priestoru na normálny pohyb v kryštálovej mriežke. A to znamená, že prekážka usporiadaného pohybu narastá. Odpor akéhokoľvek vodiča sa ako obvykle zvyšuje lineárne so zvyšujúcou sa teplotou. A pre polovodiče je naopak charakteristický pokles s rastúcimi stupňami, pretože z tohto dôvodu sa uvoľňuje veľa nábojov, ktoré vytvárajú jednosmerný elektrický prúd.

Proces ochladzovania niektorých kovových vodičov na požadovanú teplotu privedie ich odpor do skokového stavu a klesne na nulu. Tento jav bol objavený v roku 1911 a nazýva sa supravodivosť.

Elektrický prúd I v akejkoľvek látke vzniká pohybom nabitých častíc v určitom smere v dôsledku aplikácie vonkajšej energie (potenciálny rozdiel U). Každá látka má individuálne vlastnosti, ktoré rôznymi spôsobmi ovplyvňujú prechod prúdu v nej. Tieto vlastnosti sú hodnotené elektrickým odporom R.

Georg Ohm empiricky určil faktory ovplyvňujúce veľkosť elektrického odporu látky, odvodenej z napätia a prúdu, ktorá je po ňom pomenovaná. Po ňom je pomenovaná jednotka merania odporu v medzinárodnom systéme SI. 1 Ohm je hodnota odporu meraná pri teplote 0 ° C v homogénnom ortuťovom stĺpci dlhom 106,3 cm s plochou prierezu 1 mm 2.

Definícia

Aby bolo možné zhodnotiť a uviesť do praxe materiály na výrobu elektrických zariadení, termín "odpor vodiča". Pridané prídavné meno „špecifický“ sa vzťahuje na faktor použitia hodnoty referenčného objemu prijatej pre danú látku. To umožňuje vyhodnocovať elektrické parametre rôznych materiálov.

Zároveň sa berie do úvahy, že odpor vodiča sa zvyšuje so zväčšovaním jeho dĺžky a zmenšovaním jeho prierezu. Sústava SI využíva objem homogénneho vodiča s dĺžkou 1 meter a prierezom 1 m2. V technických výpočtoch sa používa zastaraná, ale pohodlná mimosystémová jednotka objemu pozostávajúca z dĺžky 1 metra a plochy 1 mm2. Vzorec pre merný odpor ρ je znázornený na obrázku.

Na určenie elektrických vlastností látok sa zavádza ďalšia charakteristika - merná vodivosť b. Je nepriamo úmerná hodnote rezistivity, určuje schopnosť materiálu viesť elektrický prúd: b = 1/ρ.

Ako závisí odpor od teploty?

Vodivosť materiálu je ovplyvnená jeho teplotou. Rôzne skupiny látky sa správajú inak pri zahrievaní alebo ochladzovaní. Táto vlastnosť sa zohľadňuje v elektrické drôty pracuje na vonku v teple a chlade.

Materiál a odpor drôtu sa vyberajú s prihliadnutím na podmienky jeho prevádzky.

Zvýšenie odporu vodičov voči prechodu prúdu počas zahrievania sa vysvetľuje skutočnosťou, že so zvýšením teploty kovu v ňom sa zvyšuje intenzita pohybu atómov a nosičov elektrických nábojov vo všetkých smeroch, čo vytvára zbytočné prekážky pre pohyb nabitých častíc jedným smerom, znižuje veľkosť ich prúdenia.

Ak sa teplota kovu zníži, zlepšia sa podmienky na prechod prúdu. Po ochladení na kritickú teplotu sa v mnohých kovoch objavuje fenomén supravodivosti, keď je ich elektrický odpor prakticky nulový. Táto vlastnosť je široko používaná vo výkonných elektromagnetoch.

Vplyv teploty na vodivosť kovu využíva elektrotechnický priemysel pri výrobe bežných žiaroviek. Pri prechode prúdu sa zahrejú do takého stavu, že vyžaruje svetelný tok. Za normálnych podmienok je špecifický odpor nichrómu asi 1,05 ÷ 1,4 (ohm ∙ mm 2) / m.

Keď je žiarovka zapnutá, vláknom prechádza veľký prúd, ktorý veľmi rýchlo ohrieva kov. Súčasne sa zvyšuje odpor elektrického obvodu, čím sa obmedzuje počiatočný prúd na nominálnu hodnotu potrebnú na získanie osvetlenia. Týmto spôsobom sa vykonáva jednoduchá regulácia sily prúdu cez nichrómovú špirálu, nie je potrebné používať zložité predradníky používané v LED a luminiscenčných zdrojoch.

Ako sa odpor materiálov používa v strojárstve

Neželezné ušľachtilé kovy majú najlepšie vlastnosti elektrická vodivosť. Preto sú kritické kontakty v elektrických zariadeniach vyrobené zo striebra. To však zvyšuje konečné náklady na celý produkt. Najprijateľnejšou možnosťou je použitie lacnejších kovov. Napríklad odpor medi, ktorý sa rovná 0,0175 (ohm ∙ mm 2) / m, je na tieto účely celkom vhodný.

ušľachtilé kovy- zlato, striebro, platina, paládium, irídium, ródium, ruténium a osmium, pomenované najmä vďaka vysokej chemickej odolnosti a krásnemu vzhľadu v šperkoch. Okrem toho majú zlato, striebro a platina vysokú ťažnosť, zatiaľ čo kovy skupiny platiny majú vysokú teplotu topenia a podobne ako zlato chemickú inertnosť. Tieto výhody ušľachtilých kovov sa spájajú.

Zliatiny medi s dobrou vodivosťou sa používajú na výrobu bočníkov, ktoré obmedzujú tok vysokých prúdov cez meraciu hlavu vysokovýkonných ampérmetrov.

Špecifický odpor hliníka 0,026 ÷ 0,029 (ohm ∙ mm 2) / m je o niečo vyšší ako u medi, ale výroba a náklady na tento kov sú nižšie. Navyše je to jednoduchšie. To vysvetľuje jeho široké využitie v energetickom sektore na výrobu vonkajších drôtov a káblových jadier.

Špecifický odpor železa 0,13 (ohm ∙ mm 2) / m umožňuje jeho použitie aj na prenos elektrického prúdu, avšak v tomto prípade dochádza k veľkým stratám výkonu. Oceľové zliatiny majú zvýšenú pevnosť. Preto v hliníkových nadzemných drôtoch vedenia vysokého napätia Vedenia na prenos energie sú tkané oceľovými prameňmi, ktoré sú navrhnuté tak, aby odolali zaťaženiu v ťahu.

Platí to najmä vtedy, keď sa na drôtoch tvorí ľad alebo silné poryvy vetra.

Niektoré zliatiny, napríklad konštantín a nikelín, majú tepelne stabilné odporové charakteristiky v určitom rozsahu. V nikle sa elektrický odpor prakticky nemení od 0 do 100 stupňov Celzia. Preto sú špirály pre reostaty vyrobené z niklu.

V meracích prístrojoch sa široko používa vlastnosť striktnej zmeny hodnôt rezistivity platiny od jej teploty. Ak cez platinový vodič prechádza elektrický prúd zo stabilizovaného zdroja napätia a vypočíta sa hodnota odporu, potom bude indikovať teplotu platiny. To vám umožňuje kalibrovať stupnicu v stupňoch zodpovedajúcich hodnotám Ohm. Táto metóda umožňuje merať teplotu s presnosťou na zlomky stupňa.

Niekedy, aby ste vyriešili praktické problémy, potrebujete vedieť impedancia alebo odpor kábla. Aby ste to dosiahli, v referenčných knihách pre káblové produkty sú uvedené hodnoty indukčných a aktívny odpor jedno jadro pre každý prierez. Používajú sa na výpočet prípustné zaťaženia, určí sa uvoľnené teplo, prípustné prevádzkové podmienky a vyberú sa účinné ochrany.

Špecifická vodivosť kovov je ovplyvnená spôsobom ich spracovania. Použitie tlaku na plastickú deformáciu zlomov štruktúry kryštálová mriežka, zvyšuje počet defektov a zvyšuje odolnosť. Na jej zníženie sa používa rekryštalizačné žíhanie.

Naťahovanie alebo stláčanie kovov v nich spôsobuje elastickú deformáciu, z ktorej sa zmenšujú amplitúdy tepelných oscilácií elektrónov a o niečo klesá odpor.

Pri navrhovaní uzemňovacích systémov je potrebné vziať do úvahy. Má rozdiely v definícii od vyššie uvedenej metódy a meria sa v jednotkách systému SI - Ohm∙meter. S jeho pomocou sa hodnotí kvalita šírenia elektrického prúdu vo vnútri zeme.

Vodivosť pôdy je ovplyvnená mnohými faktormi, vrátane pôdnej vlhkosti, hustoty pôdy, veľkosti častíc, teploty, koncentrácie solí, kyselín a zásad.

• vodiče;
• dielektrika (s izolačnými vlastnosťami);
• polovodičov.

Elektróny a prúd

V jadre súčasný pohľad o elektrickom prúde spočíva predpoklad, že sa skladá z hmotných častíc - nábojov. Ale rôzne fyzické a chemické pokusy poskytnúť dôvody na tvrdenie, že tieto nosiče náboja môžu byť rôzne druhy v tom istom vodiči. A táto nehomogenita častíc ovplyvňuje prúdovú hustotu. Pre výpočty, ktoré súvisia s parametrami elektrického prúdu, sa používajú určité fyzikálne veličiny. Medzi nimi je dôležité miesto obsadené vodivosťou spolu s odporom.

• Vodivosť súvisí so vzájomným odporom inverzný vzťah.

Je známe, že keď je na elektrický obvod privedené určité napätie, objaví sa v ňom elektrický prúd, ktorého hodnota súvisí s vodivosťou tohto obvodu. Tento zásadný objav vtedy urobil nemecký fyzik Georg Ohm. Odvtedy sa začal používať zákon nazývaný Ohmov zákon. Existuje pre rôzne možnosti reťaze. Preto sa vzorce pre ne môžu navzájom líšiť, pretože zodpovedajú úplne iným podmienkam.

Každý elektrický obvod má vodič. Ak obsahuje jeden typ častíc nosiča náboja, prúd vo vodiči je ako prúd tekutiny, ktorý má určitú hustotu. Určuje sa podľa nasledujúceho vzorca:

Väčšina kovov zodpovedá rovnakému typu nabitých častíc, vďaka ktorým existuje elektrický prúd. Pre kovy sa výpočet elektrickej vodivosti vykonáva podľa nasledujúceho vzorca:

Pretože je možné vypočítať vodivosť, je teraz ľahké určiť elektrický odpor. Už bolo spomenuté vyššie, že odpor vodiča je prevrátená hodnota vodivosti. v dôsledku toho

V tomto vzorci písm grécka abecedaρ (rho) sa používa na označenie elektrického odporu. Toto označenie sa najčastejšie používa v odbornej literatúre. Môžete však nájsť aj mierne odlišné vzorce, pomocou ktorých sa vypočíta odpor vodičov. Ak sa na výpočty použije klasická teória kovov a elektronická vodivosť v nich, odpor sa vypočíta podľa nasledujúceho vzorca:

Je tu však jedno „ale“. Stav atómov v kovovom vodiči je ovplyvnený dobou trvania ionizačného procesu, ktorý sa vykonáva elektrické pole. Jediným ionizačným účinkom na vodič dostanú atómy v ňom jedinú ionizáciu, ktorá vytvorí rovnováhu medzi koncentráciou atómov a voľnými elektrónmi. A hodnoty týchto koncentrácií budú rovnaké. V tomto prípade existujú nasledujúce závislosti a vzorce:

Odchýlky vodivosti a odporu

Ďalej zvážime, čo určuje špecifickú vodivosť, ktorá je nepriamo úmerná odporu. Odpor látky je pomerne abstraktná fyzikálna veličina. Každý vodič existuje vo forme špecifickej vzorky. Je charakterizovaná prítomnosťou rôznych nečistôt a defektov vo vnútornej štruktúre. Sú brané do úvahy ako samostatné pojmy vo výraze, ktorý určuje odpor v súlade s Matthiessenovým pravidlom. Toto pravidlo berie do úvahy aj rozptyl pohybujúceho sa prúdu elektrónov na uzloch kryštálovej mriežky vzorky, ktorý kolíše v závislosti od teploty.

Prítomnosť vnútorných defektov, ako sú inklúzie rôznych nečistôt a mikroskopické dutiny, tiež zvyšuje odpor. Na určenie množstva nečistôt vo vzorkách sa meria merný odpor materiálov pre dve hodnoty teploty materiálu vzorky. Jedna hodnota teploty je izbová teplota a druhá zodpovedá kvapalnému héliu. Z pomeru výsledku merania pri izbovej teplote k výsledku pri teplote kvapalného hélia sa získa koeficient, ktorý ilustruje štrukturálnu dokonalosť materiálu a jeho chemickú čistotu. Koeficient sa označuje písmenom β.

Ak sa kovová zliatina s neusporiadanou štruktúrou tuhého roztoku považuje za vodič elektrického prúdu, hodnota zvyškového odporu môže byť výrazne väčšia ako rezistivita. Na takúto vlastnosť dvojzložkových kovových zliatin, ktoré nesúvisia s prvkami vzácnych zemín, ako aj s prechodnými prvkami, sa vzťahuje osobitný zákon. Volá sa to Nordheimov zákon.

Moderné technológie v elektronike čoraz viac smerujú k miniaturizácii. A to natoľko, že sa čoskoro namiesto mikroobvodu objaví slovo „nanoobvod“. Vodiče v takýchto zariadeniach sú také tenké, že by bolo správne nazývať ich kovovými filmami. Je celkom jasné, že vzorka filmu sa svojím odporom bude smerom nahor líšiť od väčšieho vodiča. Malá hrúbka kovu vo filme vedie k tomu, že sa v ňom objavujú polovodičové vlastnosti.

Začína sa prejavovať úmernosť medzi hrúbkou kovu a voľnou dráhou elektrónov v tomto materiáli. Je tu malý priestor na pohyb elektrónov. Preto si začnú navzájom brániť v usporiadanom pohybe, čo vedie k zvýšeniu odporu. Pre kovové fólie sa rezistivita vypočíta pomocou špeciálneho vzorca získaného z experimentov. Vzorec je pomenovaný po Fuchsovi, vedcovi, ktorý študoval odpor filmov.

Filmy sú veľmi špecifické útvary, ktoré sa ťažko opakujú, takže vlastnosti niekoľkých vzoriek sú rovnaké. Pre prijateľnú presnosť hodnotenia fólií sa používa špeciálny parameter - špecifický povrchový odpor.

Od kovové fólie Rezistory sú vytvorené na mikroobvodovom substráte. Z tohto dôvodu sú výpočty odporu vysoko žiadanou úlohou v mikroelektronike. Hodnota rezistivity je samozrejme ovplyvnená teplotou a súvisí s ňou priamou úmernosťou. Pre väčšinu kovov má táto závislosť určitý lineárny úsek v určitom teplotnom rozsahu. V tomto prípade je odpor určený vzorcom:

V kovoch vzniká elektrický prúd v dôsledku veľkého počtu voľných elektrónov, ktorých koncentrácia je pomerne vysoká. Okrem toho elektróny tiež určujú vysokú tepelnú vodivosť kovov. Z tohto dôvodu bola preukázaná súvislosť medzi elektrickou vodivosťou a tepelnou vodivosťou osobitným zákonom, ktorá bola experimentálne preukázaná. Tento Wiedemann-Franzov zákon je charakterizovaný nasledujúcimi vzorcami:

Lákavé vyhliadky na supravodivosť

Najúžasnejšie procesy však prebiehajú pri najnižšej technicky dosiahnuteľnej teplote tekutého hélia. Pri takýchto podmienkach chladenia všetky kovy prakticky strácajú svoj odpor. Medené drôty ochladené na teplotu tekutého hélia sú schopné viesť prúdy, ktoré sú mnohonásobne väčšie ako za normálnych podmienok. Ak by to bolo v praxi možné, ekonomický efekt by bol neoceniteľný.

Ešte prekvapivejší bol objav vysokoteplotných vodičov. Tieto druhy keramiky boli za normálnych podmienok veľmi ďaleko vo svojej odolnosti voči kovom. Ale pri teplote asi tri desiatky stupňov nad tekutým héliom sa z nich stali supravodiče. Objav tohto správania nekovových materiálov sa stal silným podnetom pre výskum. Kvôli najväčším ekonomickým dôsledkom praktické uplatnenie supravodivosť v tomto smere boli hodené veľmi významné finančné zdroje začal rozsiahly výskum.

Ale zatiaľ, ako sa hovorí, „veci sú stále tam“ ... Keramické materiály sa ukázali ako nevhodné na praktické použitie. Podmienky na udržanie stavu supravodivosti si vyžiadali také veľké výdavky, že boli zničené všetky výhody z jej používania. Ale experimenty so supravodivosťou pokračujú. Existuje pokrok. Supravodivosť už bola dosiahnutá pri teplote 165 stupňov Kelvina, ale to si vyžaduje vysoký tlak. Vytváranie a udržiavanie takýchto špeciálnych podmienok opäť popiera komerčné využitie tohto technického riešenia.

Ďalšie ovplyvňujúce faktory

V súčasnosti si všetko ide svojou cestou a pre meď, hliník a niektoré ďalšie kovy odpor naďalej zabezpečuje ich priemyselné využitie na výrobu drôtov a káblov. Na záver je vhodné dodať ešte niekoľko informácií, že nielen odpor materiálu vodiča a teplota životné prostredie ovplyvňujú straty v ňom pri prechode elektrického prúdu. Geometria vodiča je veľmi významná pri jeho použití pri zvýšenej frekvencii napätia a pri vysokej prúdovej sile.

Za týchto podmienok majú elektróny tendenciu koncentrovať sa blízko povrchu drôtu a jeho hrúbka ako vodiča stráca svoj význam. Preto je možné oprávnene znížiť množstvo medi v drôte tým, že sa z neho vyrobí iba vonkajšia časť vodiča. Ďalším faktorom pri zvyšovaní odporu vodiča je deformácia. Preto aj napriek vysokému výkonu niektorých elektricky vodivých materiálov sa za určitých podmienok nemusia objaviť. Pre konkrétne úlohy je potrebné zvoliť správne vodiče. Nižšie uvedené tabuľky vám s tým pomôžu.