Conceptul de rezistivitate electrică a unui conductor de cupru. Rezistență electrică și conductivitate

Curentul electric apare ca urmare a închiderii unui circuit cu o diferență de potențial la bornele. Forțele câmpului acționează asupra electronilor liberi și se deplasează de-a lungul conductorului. În timpul acestei călătorii, electronii întâlnesc atomi și le transferă o parte din energia lor acumulată. Ca urmare, viteza lor scade. Dar, datorită influenței câmpului electric, acesta capătă din nou avânt. Astfel, electronii experimentează în mod constant rezistență, motiv pentru care curent electric se încălzește.

Proprietatea unei substanțe de a transforma electricitatea în căldură atunci când este expusă la curent este rezistența electrică și se notează cu R, unitatea sa de măsură este Ohm. Cantitatea de rezistență depinde în principal de abilitate diverse materiale conduce curentul.
Pentru prima dată, cercetătorul german G. Ohm a vorbit despre rezistență.

Pentru a afla dependența curentului de rezistență, celebrul fizician a efectuat multe experimente. Pentru experimente a folosit diverși conductori și a obținut diverși indicatori.
Primul lucru pe care l-a determinat G. Ohm a fost că rezistivitatea depinde de lungimea conductorului. Adică, dacă lungimea conductorului crește, crește și rezistența. Ca urmare, această relație a fost determinată a fi direct proporțională.

A doua relație este zona secţiune transversală. Poate fi determinat prin secțiunea transversală a conductorului. Aria figurii formate pe tăietură este aria secțiunii transversale. Aici relația este invers proporțională. Adică, cu cât aria secțiunii transversale este mai mare, cu atât rezistența conductorului scade.

Iar a treia cantitate importantă de care depinde rezistența este materialul. Ca urmare a faptului că Ohm a folosit diferite materiale în experimentele sale, el a descoperit diferite proprietăți de rezistență. Toate aceste experimente și indicatori au fost rezumate într-un tabel din care se poate vedea sens diferit rezistența specifică a diferitelor substanțe.

Se știe că cei mai buni conductori sunt metalele. Care metale sunt cele mai bune conductoare? Tabelul arată că cuprul și argintul au cea mai mică rezistență. Cuprul este folosit mai des datorită costului său mai mic, iar argintul este folosit în cele mai importante și critice dispozitive.

Substanțele cu rezistivitate ridicată din tabel nu conduc bine electricitatea, ceea ce înseamnă că pot fi materiale izolante excelente. Substantele care au aceasta proprietate in cea mai mare masura sunt portelanul si ebonita.

În general, rezistivitatea electrică este foarte factor important, la urma urmei, determinând indicatorul acestuia, putem afla din ce substanță este făcut conductorul. Pentru a face acest lucru, trebuie să măsurați aria secțiunii transversale, să aflați curentul folosind un voltmetru și un ampermetru și, de asemenea, măsurați tensiunea. Astfel vom afla valoarea rezistivității și, folosind tabelul, putem identifica cu ușurință substanța. Se pare că rezistivitatea este ca o amprentă a unei substanțe. În plus, rezistivitatea este importantă atunci când planificați circuite electrice lungi: trebuie să cunoaștem acest indicator pentru a menține un echilibru între lungime și suprafață.

Există o formulă care determină că rezistența este de 1 ohm dacă, la o tensiune de 1V, curentul său este de 1A. Adică, rezistența unei unități de suprafață și a unei unități de lungime formate dintr-o anumită substanță este rezistența specifică.

De asemenea, trebuie remarcat faptul că indicatorul de rezistivitate depinde direct de frecvența substanței. Adică dacă are impurități. Cu toate acestea, adăugarea de doar un procent de mangan crește rezistența celei mai conductoare substanțe, cuprul, de trei ori.

Acest tabel arată rezistivitatea electrică a unor substanțe.

Materiale foarte conductoare

Cupru
După cum am spus deja, cuprul este cel mai adesea folosit ca conductor. Acest lucru se explică nu numai prin rezistența sa scăzută. Cuprul are avantajele unei rezistențe ridicate, rezistență la coroziune, ușurință în utilizare și prelucrabilitate bună. Branduri bune cuprul este considerat M0 și M1. Cantitatea de impurități din ele nu depășește 0,1%.

Costul ridicat al metalului și predominanța acestuia în în ultima vreme deficitul încurajează producătorii să folosească aluminiul ca conductor. De asemenea, se folosesc aliaje de cupru cu diferite metale.
Aluminiu
Acest metal este mult mai ușor decât cuprul, dar aluminiul are o capacitate ridicată de căldură și un punct de topire. În acest sens, pentru a-l aduce în stare topită este necesară mai multă energie decât cuprul. Cu toate acestea, trebuie luat în considerare faptul deficienței de cupru.
În producția de produse electrice, de regulă, se utilizează aluminiu de calitate A1. Nu conține mai mult de 0,5% impurități. Și metalul cu cea mai înaltă frecvență este aluminiul AB0000.
Fier
Ieftinitatea și disponibilitatea fierului este umbrită de rezistivitatea sa ridicată. În plus, se corodează rapid. Din acest motiv, conductoarele de oțel sunt adesea acoperite cu zinc. Așa-numitul bimetal este utilizat pe scară largă - acesta este oțel acoperit cu cupru pentru protecție.
Sodiu
Sodiul este, de asemenea, un material accesibil și promițător, dar rezistența sa este de aproape trei ori mai mare decât a cuprului. În plus, sodiul metalic are activitate chimică ridicată, ceea ce necesită acoperirea unui astfel de conductor cu protecție închisă ermetic. De asemenea, ar trebui să protejeze conductorul de deteriorarea mecanică, deoarece sodiul este un material foarte moale și destul de fragil.

Supraconductivitate
Tabelul de mai jos arată rezistivitatea substanțelor la o temperatură de 20 de grade. Indicarea temperaturii nu este întâmplătoare, deoarece rezistivitatea depinde direct de acest indicator. Acest lucru se explică prin faptul că atunci când sunt încălziți, viteza atomilor crește și ea, ceea ce înseamnă că probabilitatea ca aceștia să întâlnească electroni va crește și ea.

Este interesant ce se întâmplă cu rezistența în condiții de răcire. Pentru prima dată, comportamentul atomilor la foarte temperaturi scăzute remarcat de G. Kamerlingh Onnes în 1911. El a răcit firul de mercur la 4K și a constatat că rezistența sa a scăzut la zero. Modificarea indicelui de rezistivitate al unor aliaje și metale în condiții de temperatură scăzută este numită supraconductivitate de către fizician.

Supraconductorii intră într-o stare de supraconductivitate atunci când sunt răciți și, în același timp, lor optice și caracteristici structurale nu te schimba. Principala descoperire este că electrice și proprietăți magnetice metalele în stare supraconductoare sunt foarte diferite de proprietățile lor în stare normală, precum și de proprietățile altor metale care nu pot trece la această stare atunci când temperatura scade.
Utilizarea supraconductoarelor se realizează în principal în obținerea super-puternicilor câmp magnetic, a cărei forță ajunge la 107 A/m. De asemenea, sunt dezvoltate sisteme de linii electrice supraconductoare.

Materiale similare.

Adesea în literatura de inginerie electrică conceptul " cupru specific". Și nu poți să nu te întrebi, ce este asta?

Conceptul de „rezistență” pentru orice conductor este asociat continuu cu înțelegerea procesului curentului electric care circulă prin acesta. Deoarece articolul se va concentra pe rezistența cuprului, ar trebui să luăm în considerare proprietățile sale și proprietățile metalelor.

Când vine vorba de metale, îți amintești involuntar că toate au o anumită structură - o rețea cristalină. Atomii sunt localizați în nodurile unei astfel de rețele și se mișcă în raport cu ei. Distanțele și locația acestor noduri depind de forțele de interacțiune ale atomilor între ei (repulsie și atracție) și sunt diferite pentru diferite metale. Și electronii se învârt în jurul atomilor de pe orbitele lor. Ele sunt, de asemenea, ținute pe orbită de echilibrul de forțe. Numai aceasta este atomică și centrifugă. Vă puteți imagina poza? Îl poți numi, în anumite privințe, static.

Acum să adăugăm dinamica. Un câmp electric începe să acționeze asupra unei bucăți de cupru. Ce se întâmplă în interiorul conductorului? Electronii, rupți de pe orbită de forța câmpului electric, se îndreaptă spre polul său pozitiv. Aici aveți mișcarea dirijată a electronilor, sau mai bine zis, curentul electric. Dar pe drumul mișcării lor, ei dau peste atomi la nodurile rețelei cristaline și electroni care continuă să se rotească în jurul atomilor lor. În același timp, își pierd energia și schimbă direcția de mișcare. Acum, sensul expresiei „rezistența conductorului” devine puțin mai clar? Atomii rețelei și electronii care se rotesc în jurul lor sunt cei care rezistă mișcării direcționale a electronilor smulși din orbitele lor de câmpul electric. Dar conceptul de rezistență a conductorului poate fi numit caracteristica generala. Rezistivitatea caracterizează fiecare conductor mai individual. Inclusiv cuprul. Această caracteristică este individuală pentru fiecare metal, deoarece depinde direct doar de forma și dimensiunea rețelei cristaline și, într-o oarecare măsură, de temperatură. Pe măsură ce temperatura conductorului crește, atomii vibrează mai intens la locurile rețelei. Și electronii se rotesc în jurul nodurilor la viteze mai mari și pe orbite cu rază mai mare. Și, în mod natural, electronii liberi întâmpină o rezistență mai mare atunci când se mișcă. Aceasta este fizica procesului.

Pentru nevoile sectorului ingineriei electrice, sa stabilit o producție pe scară largă de metale precum aluminiul și cuprul, a căror rezistivitate este destul de scăzută. Aceste metale sunt folosite la fabricarea cablurilor și diverse tipuri fire care sunt utilizate pe scară largă în construcții, pentru producția de aparate electrocasnice, pentru fabricarea de anvelope, înfășurări de transformatoare și alte produse electrice.

Rezistenta electrica este principala caracteristică a materialelor conductoare. În funcție de zona de aplicare a conductorului, valoarea rezistenței acestuia poate juca atât un rol pozitiv, cât și un rol negativ în funcționarea sistemului electric. De asemenea, aplicarea specifică a conductorului poate necesita luarea în considerare a unor caracteristici suplimentare, a căror influență într-un anumit caz nu poate fi neglijată.

Conductorii sunt metale pure și aliajele lor. Într-un metal, atomii fixați într-o singură structură „puternică” au electroni liberi (așa-numitul „gaz de electroni”). Aceste particule sunt cele care în acest caz, sunt purtători de taxe. Electronii sunt în mișcare constantă, aleatorie, de la un atom la altul. Când apare un câmp electric (conectând o sursă de tensiune la capetele metalului), mișcarea electronilor în conductor devine ordonată. Electronii în mișcare întâmpină obstacole pe calea lor cauzate de particularitățile structurii moleculare a conductorului. Când se ciocnesc de o structură, purtătorii de sarcină își pierd energia, dându-i-o conductorului (încălzind-o). Cu cât o structură conductivă creează mai multe obstacole pentru purtătorii de încărcare, cu atât rezistența este mai mare.

Pe măsură ce secțiunea transversală a structurii conducătoare crește pentru un număr de electroni, „canalul de transmisie” va deveni mai larg și rezistența va scădea. În consecință, pe măsură ce lungimea firului crește, vor exista mai multe astfel de obstacole și rezistența va crește.

Astfel, formula de bază pentru calcularea rezistenței include lungimea firului, aria secțiunii transversale și un anumit coeficient care raportează aceste caracteristici dimensionale la mărimile electrice de tensiune și curent (1). Acest coeficient se numește rezistivitate.
R= r*L/S (1)

Rezistivitate

Rezistivitate invariabilși este o proprietate a substanței din care este făcut conductorul. Unități de măsură r - ohm*m. Adesea, valoarea rezistivității este dată în ohm*mm sq./m. Acest lucru se datorează faptului că aria secțiunii transversale a celor mai frecvent utilizate cabluri este relativ mică și se măsoară în mm2. Să dăm un exemplu simplu.

Sarcina nr. 1. Lungime fir de cupru L = 20 m, secțiune S = 1,5 mm. mp Calculați rezistența firului.
Rezolvare: rezistivitatea firului de cupru r = 0,018 ohm*mm. mp/m. Înlocuind valorile în formula (1) obținem R=0,24 ohmi.
Când se calculează rezistența sistemului de alimentare, rezistența unui fir trebuie înmulțită cu numărul de fire.
Dacă în loc de cupru folosiți aluminiu cu o rezistivitate mai mare (r = 0,028 ohm * mm sq. / m), atunci rezistența firelor va crește corespunzător. Pentru exemplul de mai sus, rezistența va fi R = 0,373 ohmi (cu 55% mai mult). Cuprul și aluminiul sunt principalele materiale pentru fire. Există metale cu rezistivitate mai mică decât cuprul, cum ar fi argintul. Cu toate acestea, utilizarea sa este limitată datorită costului ridicat evident. Tabelul de mai jos prezintă rezistența și alte caracteristici de bază ale materialelor conductoare.
Tabel - principalele caracteristici ale conductoarelor

Pierderile de căldură ale cablurilor

Dacă, folosind cablul din exemplul de mai sus, o sarcină de 2,2 kW este conectată la o rețea monofazată de 220 V, atunci curentul I = P / U sau I = 2200/220 = 10 A va curge prin fir calcularea pierderilor de putere în conductor:
Ppr=(I^2)*R (2)
Exemplul nr. 2. Calculați pierderile active la transmiterea unei puteri de 2,2 kW într-o rețea cu o tensiune de 220 V pentru firul menționat.
Rezolvare: înlocuind valorile curentului și rezistența firului în formula (2), obținem Ppr=(10^2)*(2*0,24)=48 W.
Astfel, la transmiterea energiei de la rețea la sarcină, pierderile în fire vor fi puțin mai mari de 2%. Această energie este transformată în căldură generată de conductorul în mediu. În funcție de starea de încălzire a conductorului (în funcție de valoarea curentă), se selectează secțiunea transversală a acestuia, ghidată de tabele speciale.
De exemplu, pentru conductorul de mai sus, curentul maxim este de 19 A sau 4,1 kW într-o rețea de 220 V.

Pentru a reduce pierderile active în liniile electrice, se folosește o tensiune crescută. În același timp, curentul din fire scade, pierderile scad.

Efectul temperaturii

O creștere a temperaturii duce la o creștere a vibrațiilor rețelei cristaline metalice. În consecință, electronii întâmpină mai multe obstacole, ceea ce duce la o creștere a rezistenței. Mărimea „sensibilității” rezistenței metalului la o creștere a temperaturii se numește coeficient de temperatură α. Formula de calcul a temperaturii este următoarea
R=Rн*, (3)
unde Rн – rezistența firului în condiții normale (la temperatura t°н); t° este temperatura conductorului.
De obicei t°n = 20° C. Valoarea lui α este indicată și pentru temperatura t°n.
Sarcina 4. Calculați rezistența unui fir de cupru la o temperatură t° = 90° C. α cupru = 0,0043, Rн = 0,24 Ohm (sarcina 1).
Rezolvare: înlocuind valorile în formula (3) obținem R = 0,312 Ohm. Rezistența firului încălzit analizat este cu 30% mai mare decât rezistența acestuia la temperatura camerei.

Efectul frecvenței

Pe măsură ce frecvența curentului în conductor crește, are loc procesul de deplasare a sarcinilor mai aproape de suprafața acestuia. Ca urmare a creșterii concentrației de sarcini în stratul de suprafață, crește și rezistența firului. Acest proces se numește „efect de piele” sau efect de suprafață. Coeficientul pielii– efectul depinde și de mărimea și forma firului. Pentru exemplul de mai sus, la frecvență AC Rezistența firului de 20 kHz va crește cu aproximativ 10%. Rețineți că componentele de înaltă frecvență pot avea un semnal de curent de la mulți consumatori moderni industriali și casnici ( lămpi economice, comutarea surselor de alimentare, convertoare de frecvență și așa mai departe).

Influența conductorilor vecini

Există un câmp magnetic în jurul oricărui conductor prin care trece curentul. Interacțiunea câmpurilor conductoarelor vecine provoacă și pierderi de energie și se numește „efect de proximitate”. De asemenea, rețineți că orice conductor metalic are inductanță creată de miezul conductor și capacitatea creată de izolație. Acești parametri sunt caracterizați și de efectul de proximitate.

Tehnologii

Fire de înaltă tensiune cu rezistență zero

Acest tip de sârmă este utilizat pe scară largă în sistemele de aprindere ale mașinilor. Rezistența firelor de înaltă tensiune este destul de scăzută și se ridică la câteva fracțiuni de ohm pe metru de lungime. Să vă reamintim că rezistența de această mărime nu poate fi măsurată cu un ohmmetru. uz general. Adesea, punțile de măsurare sunt utilizate pentru sarcina de a măsura rezistențe scăzute.
Din punct de vedere structural, astfel de fire au număr mare miezuri de cupru cu izolație pe bază de silicon, materiale plastice sau alți dielectrici. Particularitatea utilizării unor astfel de fire este nu numai funcționarea la tensiune înaltă, ci și transferul de energie într-o perioadă scurtă de timp (modul de impuls).

Cablu bimetalic

Domeniul principal de aplicare a cablurilor menționate este transmisia de semnale de înaltă frecvență. Miezul firului este realizat dintr-un tip de metal, a cărui suprafață este acoperită cu un alt tip de metal. Deoarece la frecvențe înalte doar stratul de suprafață al conductorului este conductiv, este posibil să înlocuiți interiorul firului. Acest lucru economisește material scump și îmbunătățește caracteristicile mecanice ale firului. Exemple de astfel de fire: cupru placat cu argint, oțel placat cu cupru.

Concluzie

Rezistența firului este o valoare care depinde de un grup de factori: tipul conductorului, temperatura, frecvența curentului, parametrii geometrici. Semnificația influenței acestor parametri depinde de condițiile de funcționare ale firului. Criteriile de optimizare, în funcție de sarcinile pentru fire, pot fi: reducerea pierderilor active, îmbunătățirea caracteristici mecanice, reducere de preț.

Când un circuit electric este închis, la bornele căruia există o diferență de potențial, apare un curent electric. Electronii liberi, sub influența forțelor câmpului electric, se deplasează de-a lungul conductorului. În mișcarea lor, electronii se ciocnesc cu atomii conductori și le oferă o aprovizionare cu energia lor cinetică. Viteza de mișcare a electronilor se modifică continuu: atunci când electronii se ciocnesc cu atomi, molecule și alți electroni, aceasta scade, apoi sub influența unui câmp electric crește și scade din nou în timpul unei noi coliziuni. Ca urmare, se stabilește un flux uniform de electroni în conductor cu o viteză de câteva fracțiuni de centimetru pe secundă. În consecință, electronii care trec printr-un conductor întâmpină întotdeauna rezistență la mișcarea lor din partea acestuia. Când curentul electric trece printr-un conductor, acesta din urmă se încălzește.

Rezistenta electrica

Rezistența electrică a unui conductor, care este desemnată Literă latină r, este proprietatea unui corp sau mediu de a transforma energia electrică în energie termică atunci când trece un curent electric prin el.

În diagrame, rezistența electrică este indicată așa cum se arată în Figura 1, O.

Se numește rezistență electrică variabilă care servește la schimbarea curentului într-un circuit reostat. În diagrame, reostatele sunt desemnate așa cum se arată în Figura 1, b. ÎN vedere generală Un reostat este realizat dintr-un fir de o rezistență sau alta, înfășurat pe o bază izolatoare. Glisorul sau pârghia reostatului este plasată într-o anumită poziție, drept urmare rezistența necesară este introdusă în circuit.

Un conductor lung cu o secțiune transversală mică creează o rezistență mare la curent. Conductoarele scurte cu o secțiune transversală mare oferă o rezistență mică la curent.

Dacă luăm doi conductori din materiale diferite, dar aceeași lungime și secțiune transversală, atunci conductorii vor conduce curentul diferit. Acest lucru arată că rezistența unui conductor depinde de materialul conductorului însuși.

Temperatura conductorului afectează și rezistența acestuia. Pe măsură ce temperatura crește, rezistența metalelor crește, iar rezistența lichidelor și a cărbunelui scade. Doar unele aliaje metalice speciale (manganină, constantan, nichel și altele) își schimbă cu greu rezistența odată cu creșterea temperaturii.

Deci, vedem că rezistența electrică a unui conductor depinde de: 1) lungimea conductorului, 2) secțiunea transversală a conductorului, 3) materialul conductorului, 4) temperatura conductorului.

Unitatea de rezistență este un ohm. Om este adesea desemnat în greacă majusculăΩ (omega). Prin urmare, în loc să scrieți „Rezistența conductorului este de 15 ohmi”, puteți scrie pur și simplu: r= 15 Ω.
1.000 de ohmi se numește 1 kiloohmi(1kOhm, sau 1kΩ),
1.000.000 de ohmi se numesc 1 megaohm(1mOhm sau 1MΩ).

Când se compară rezistența conductorilor din diferite materiale, este necesar să se ia o anumită lungime și secțiune transversală pentru fiecare probă. Apoi vom putea judeca ce material conduce mai bine sau mai rău curentul electric.

Video 1. Rezistența conductorului

Rezistivitatea electrică

Se numește rezistența în ohmi a unui conductor de 1 m lungime, cu o secțiune transversală de 1 mm² rezistivitateși este notat cu litera greacă ρ (ro).

Tabelul 1 prezintă rezistivitățile unor conductori.

Tabelul 1

Rezistivitățile diverșilor conductori

Tabelul arată că un fir de fier cu o lungime de 1 m și o secțiune transversală de 1 mm² are o rezistență de 0,13 Ohm. Pentru a obține 1 ohm de rezistență trebuie să luați 7,7 m de astfel de sârmă. Argintul are cea mai scăzută rezistivitate. 1 Ohm de rezistență poate fi obținut prin luarea a 62,5 m de sârmă de argint cu o secțiune transversală de 1 mm². Argintul este cel mai bun conductor, dar costul argintului exclude posibilitatea utilizării în masă a acestuia. După argint din tabel vine cuprul: 1 m de sârmă de cupru cu o secțiune transversală de 1 mm² are o rezistență de 0,0175 Ohm. Pentru a obține o rezistență de 1 ohm, trebuie să luați 57 m dintr-un astfel de fir.

Cuprul chimic pur, obținut prin rafinare, a găsit o utilizare pe scară largă în inginerie electrică pentru fabricarea de fire, cabluri, înfășurări ale mașinilor și dispozitivelor electrice. Aluminiul și fierul sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă ca conductori.

Rezistența conductorului poate fi determinată prin formula:

Unde r– rezistența conductorului în ohmi; ρ – rezistența specifică a conductorului; l– lungimea conductorului în m; S– secțiunea conductorului în mm².

Exemplul 1. Determinați rezistența a 200 m de sârmă de fier cu o secțiune transversală de 5 mm².

Exemplul 2. Calculați rezistența a 2 km de sârmă de aluminiu cu o secțiune transversală de 2,5 mm².

Din formula de rezistență puteți determina cu ușurință lungimea, rezistivitatea și secțiunea transversală a conductorului.

Exemplul 3. Pentru un receptor radio, este necesar să înfășurați o rezistență de 30 ohmi dintr-un fir de nichel cu o secțiune transversală de 0,21 mm². Determinați lungimea necesară a firului.

Exemplul 4. Determinați secțiunea transversală 20 m fir nicrom, dacă rezistența sa este de 25 ohmi.

Exemplul 5. Un fir cu o secțiune transversală de 0,5 mm² și o lungime de 40 m are o rezistență de 16 ohmi. Determinați materialul firului.

Materialul conductorului îi caracterizează rezistivitatea.

Pe baza tabelului de rezistivitate, constatăm că plumbul are această rezistență.

S-a afirmat mai sus că rezistența conductorilor depinde de temperatură. Să facem următorul experiment. Să înfășurăm câțiva metri de sârmă subțire de metal sub formă de spirală și să conectăm această spirală la circuitul bateriei. Pentru a măsura curentul, conectăm un ampermetru la circuit. Când bobina este încălzită în flacăra arzătorului, veți observa că citirile ampermetrului vor scădea. Aceasta arată că rezistența unui fir metalic crește odată cu încălzirea.

Pentru unele metale, atunci când sunt încălzite cu 100°, rezistența crește cu 40–50%. Există aliaje care își schimbă ușor rezistența la încălzire. Unele aliaje speciale nu prezintă practic nicio modificare a rezistenței atunci când se schimbă temperatura. Rezistența conductoarelor metalice crește odată cu creșterea temperaturii, rezistența electroliților (conductoare lichide), a cărbunelui și a unora. solide, dimpotrivă, scade.

Capacitatea metalelor de a-și modifica rezistența cu schimbările de temperatură este folosită pentru a construi termometre de rezistență. Acest termometru este un fir de platină înfășurat pe un cadru de mica. Prin plasarea unui termometru, de exemplu, într-un cuptor și măsurarea rezistenței firului de platină înainte și după încălzire, se poate determina temperatura în cuptor.

Modificarea rezistenței unui conductor atunci când este încălzit la 1 ohm de rezistență inițială și la 1 ° temperatură se numește coeficient de rezistență la temperaturăși este notat cu litera α.

Dacă la temperatură t 0 rezistența conductorului este r 0 și la temperatură t egal r t, apoi coeficientul de temperatură al rezistenței

Nota. Calculul folosind această formulă se poate face numai într-un anumit interval de temperatură (până la aproximativ 200°C).

Prezentăm valorile coeficientului de temperatură al rezistenței α pentru unele metale (Tabelul 2).

Tabelul 2

Valorile coeficientului de temperatură pentru unele metale

Din formula pentru coeficientul de temperatură de rezistență determinăm r t:

r t = r 0 .

Exemplul 6. Determinați rezistența unui fir de fier încălzit la 200°C dacă rezistența lui la 0°C a fost de 100 ohmi.

r t = r 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 ohmi.

Exemplul 7. Un termometru de rezistență realizat din sârmă de platină avea o rezistență de 20 ohmi într-o încăpere la 15°C. Termometrul a fost introdus în cuptor și după un timp i s-a măsurat rezistența. S-a dovedit a fi egal cu 29,6 ohmi. Determinați temperatura în cuptor.

Conductivitate electrică

Până acum am considerat rezistența unui conductor drept obstacolul pe care conductorul îl asigură curentului electric. Dar totuși, curentul curge prin conductor. Prin urmare, pe lângă rezistență (obstacol), conductorul are și capacitatea de a conduce curentul electric, adică conductivitatea.

Cu cât un conductor are mai multă rezistență, cu atât are mai puțină conductivitate, cu atât conduce mai rău curentul electric și, invers, cu cât rezistența unui conductor este mai mică, cu atât are mai multă conductivitate, cu atât este mai ușor trecerea curentului prin conductor. Prin urmare, rezistența și conductivitatea unui conductor sunt mărimi reciproce.

Din matematică se știe că inversul lui 5 este 1/5 și, invers, inversul lui 1/7 este 7. Prin urmare, dacă rezistența unui conductor se notează cu litera r, atunci conductivitatea este definită ca 1/ r. Conductibilitatea este de obicei simbolizată de litera g.

Conductivitatea electrică se măsoară în (1/Ohm) sau în siemens.

Exemplul 8. Rezistența conductorului este de 20 ohmi. Determinați-i conductivitatea.

Dacă r= 20 Ohm, atunci

Exemplul 9. Conductivitatea conductorului este de 0,1 (1/Ohm). Determinați rezistența acestuia

Dacă g = 0,1 (1/Ohm), atunci r= 1 / 0,1 = 10 (Ohm)

Rezistivitate metalele este o măsură a capacității lor de a rezista la trecerea curentului electric. Această valoare este exprimată în Ohm-metru (Ohm⋅m). Simbolul rezistivității este litera greacă ρ (rho). Rezistivitatea ridicată înseamnă că materialul este un conducător slab al sarcinii electrice.

Rezistivitate

Rezistivitatea electrică este definită ca raportul dintre intensitatea câmpului electric din interiorul unui metal și densitatea de curent în interiorul acestuia:

Unde:
ρ—rezistivitatea metalului (Ohm⋅m),
E - intensitatea câmpului electric (V/m),
J este valoarea densității curentului electric în metal (A/m2)

Dacă intensitatea câmpului electric (E) într-un metal este foarte mare și densitatea de curent (J) este foarte mică, aceasta înseamnă că metalul are rezistivitate mare.

Reciprocul rezistivității este conductivitatea electrică, care indică cât de bine un material conduce curentul electric:

σ este conductivitatea materialului, exprimată în siemens pe metru (S/m).

Rezistenta electrica

Rezistența electrică, una dintre componente, este exprimată în ohmi (Ohm). Trebuie remarcat faptul că rezistența electrică și rezistivitatea nu sunt același lucru. Rezistivitatea este o proprietate a unui material, în timp ce rezistența electrică este o proprietate a unui obiect.

Rezistența electrică a unui rezistor este determinată de o combinație a formei sale și a rezistivității materialului din care este fabricat.

De exemplu, un rezistor de sârmă realizat dintr-un fir lung și subțire are o rezistență mai mare decât un rezistor realizat dintr-un fir scurt și gros din același metal.

În același timp, un rezistor bobinat dintr-un material cu rezistivitate mare are o rezistență electrică mai mare decât un rezistor realizat dintr-un material cu rezistivitate scăzută. Și toate acestea, în ciuda faptului că ambele rezistențe sunt realizate din fire de aceeași lungime și diametru.

Pentru a ilustra acest lucru, putem face o analogie cu un sistem hidraulic, în care apa este pompată prin conducte.

• Cu cât conducta este mai lungă și mai subțire, cu atât este mai mare rezistența la apă.
• O țeavă plină cu nisip va rezista mai mult la apă decât o țeavă fără nisip.

Rezistența firului

Cantitatea de rezistență a firului depinde de trei parametri: rezistivitatea metalului, lungimea și diametrul firului în sine. Formula pentru calcularea rezistenței firului:

Unde:
R - rezistența firului (Ohm)
ρ - rezistivitatea metalului (Ohm.m)
L - lungimea firului (m)
A - aria secțiunii transversale a firului (m2)

Ca exemplu, luați în considerare un rezistor bobinat nicrom cu o rezistivitate de 1,10×10-6 Ohm.m. Sârma are o lungime de 1500 mm și un diametru de 0,5 mm. Pe baza acestor trei parametri, calculăm rezistența firului de nicrom:

R=1,1*10 -6 *(1,5/0,000000196) = 8,4 Ohm

Nicromul și constantanul sunt adesea folosite ca materiale de rezistență. Mai jos, în tabel, puteți vedea rezistivitatea unora dintre cele mai frecvent utilizate metale.

Rezistenta la suprafata

Valoarea rezistenței la suprafață este calculată în același mod ca și rezistența firului. În acest caz, aria secțiunii transversale poate fi reprezentată ca produsul dintre w și t:

Pentru unele materiale, cum ar fi peliculele subțiri, relația dintre rezistivitate și grosimea filmului se numește rezistența foii RS:

unde RS se măsoară în ohmi. Pentru acest calcul, grosimea filmului trebuie să fie constantă.

Adesea, producătorii de rezistențe decupează piste în peliculă pentru a crește rezistența și a crește calea curentului electric.

Proprietățile materialelor rezistive

Rezistivitatea unui metal depinde de temperatură. Valorile lor sunt de obicei date pentru temperatura camerei(20°C). Modificarea rezistivității ca urmare a unei schimbări de temperatură este caracterizată de un coeficient de temperatură.

De exemplu, termistorii (termistorii) folosesc această proprietate pentru a măsura temperatura. Pe de altă parte, în electronica de precizie, acesta este un efect destul de nedorit.
Rezistoarele cu film metalic au proprietăți excelente de stabilitate la temperatură. Acest lucru se realizează nu numai datorită rezistivității scăzute a materialului, ci și datorită designului mecanic al rezistorului în sine.

La fabricarea rezistențelor sunt utilizate multe materiale și aliaje diferite. Nicrom (aliaj de nichel și crom), datorită rezistivității sale ridicate și rezistenței la oxidare la temperaturi ridicate, este adesea folosit ca material pentru realizarea rezistențelor bobinate. Dezavantajul său este că nu poate fi lipit. Constantanul, un alt material popular, este ușor de lipit și are un coeficient de temperatură mai scăzut.