Rezistența specifică a oțelului. Ce este rezistivitatea electrică

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 capacitatea diferitelor materiale de a 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 ceea ce a folosit Om în experimente diverse materiale, a descoperit diverse 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, specific rezistenta electrica 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.

Care este rezistivitatea unei substanțe? Pentru a răspunde în cuvinte simple Pentru a răspunde la această întrebare, trebuie să vă amintiți cursul de fizică și să vă imaginați întruchiparea fizică a acestei definiții. Un curent electric trece printr-o substanță și, la rândul său, împiedică trecerea curentului cu o anumită forță.

Conceptul de rezistivitate a unei substanțe

Această valoare arată cât de puternic o substanță împiedică fluxul de curent, adică rezistența specifică ( literă latină"ro") În sistemul internațional de unități, rezistența exprimată în ohmi, înmulțit cu metru. Formula de calcul este: „Rezistența este înmulțită cu aria secțiunii transversale și împărțită la lungimea conductorului”.

Apare întrebarea: „De ce se folosește o altă rezistență atunci când se găsește rezistivitatea?” Răspunsul este simplu, există două cantități diferite - rezistivitate și rezistență. A doua arată cât de capabilă este o substanță să împiedice trecerea curentului prin ea, iar prima arată practic același lucru, doar că nu mai vorbim despre o substanță în în sens general, ci despre un conductor cu o anumită lungime și secțiune transversală, care sunt realizate din această substanță.

Mărimea reciprocă care caracterizează capacitatea unei substanțe de a transmite electricitate se numește conductivitate electrică specifică, iar formula prin care se calculează rezistivitatea specifică este direct legată de conductibilitatea specifică.

Aplicații de cupru

Conceptul de rezistivitate este utilizat pe scară largă în calcularea conductivității curentului electric de către diferite metale. Pe baza acestor calcule, se iau decizii cu privire la oportunitatea utilizării unui anumit metal pentru fabricarea conductorilor electrici, care sunt utilizați în construcții, fabricarea instrumentelor și în alte domenii.

Masa de rezistenta metalica

Există tabele specifice? care reunesc informațiile disponibile despre transmiterea și rezistența metalelor, de regulă, aceste tabele sunt calculate pentru anumite condiții.

În special, este cunoscut pe scară largă masă de rezistență din metal monocristal la o temperatură de douăzeci de grade Celsius, precum și un tabel de rezistență a metalelor și aliajelor.

Aceste tabele sunt folosite pentru a calcula diferite date în așa-numitele conditii ideale Pentru a calcula valori în scopuri specifice, trebuie să utilizați formule.

Cupru. Caracteristicile și proprietățile sale

Descrierea substanței și a proprietăților

Cuprul este un metal care a fost descoperit de omenire cu mult timp în urmă și a fost, de asemenea, folosit de mult timp în diverse scopuri tehnice. Cuprul este un metal foarte maleabil și ductil, cu o conductivitate electrică ridicată, ceea ce îl face foarte popular pentru fabricare diverse fire si conductoare.

Proprietățile fizice ale cuprului:

• punctul de topire - 1084 grade Celsius;
• punctul de fierbere - 2560 grade Celsius;
• densitate la 20 de grade - 8890 kilograme împărțit la metru cub;
• capacitate termica specifica la presiune si temperatura constante 20 grade - 385 kJ/J*kg
• rezistivitate electrică - 0,01724;

Clase de cupru

Acest metal poate fi împărțit în mai multe grupuri sau clase, fiecare dintre ele având propriile sale proprietăți și propria sa aplicație în industrie:

1. Calitățile M00, M0, M1 sunt excelente pentru producția de cabluri și conductori la retopire, suprasaturarea cu oxigen este eliminată.
2. Clasele M2 și M3 sunt opțiuni cu costuri reduse care sunt concepute pentru rularea la scară mică și satisfac majoritatea sarcinilor tehnice și industriale la scară mică.
3. Mărcile M1, M1f, M1r, M2r, M3r sunt clase scumpe de cupru care sunt fabricate pentru un anumit consumator cu cerințe și cerințe specifice.

Ștampile între ele diferă în mai multe moduri:

Influența impurităților asupra proprietăților cuprului

Impuritățile pot afecta proprietățile mecanice, tehnice și de performanță ale produselor.

În concluzie, trebuie subliniat faptul că cuprul este un metal unic cu proprietăți unice. Este folosit în industria auto, fabricarea de elemente pentru industria electrică, aparate electrice, bunuri de larg consum, ceasuri, calculatoare și multe altele. Cu rezistivitatea sa scăzută, acest metal este un material excelent pentru fabricarea de conductori și altele aparate electrice. În această proprietate, cuprul este întrecut doar de argint, dar datorită costului său mai mare, nu și-a găsit aceeași aplicație în industria electrică.

Prin urmare, este important să cunoașteți parametrii tuturor elementelor și materialelor utilizate. Și nu numai electrice, ci și mecanice. Și aveți la dispoziție câteva materiale de referință convenabile care vă permit să comparați caracteristicile materiale diferiteși alegeți pentru proiectare și lucrați exact ceea ce va fi optim într-o anumită situație.
În liniile de transport de energie, unde sarcina este de a livra energie consumatorului în cel mai productiv mod, adică cu randament ridicat, se ia în considerare atât economia pierderilor, cât și mecanica liniilor în sine. Eficiența economică finală a liniei depinde de mecanică - adică de dispozitivul și aranjarea conductoarelor, izolatoarelor, suporturilor, transformatoarelor step-up/descendente, greutatea și rezistența tuturor structurilor, inclusiv firele întinse pe distanțe lungi, precum și materialele selectate pentru fiecare element structural, lucrările acestuia și costurile de exploatare. În plus, în liniile care transmit energie electrică, există cerințe mai mari pentru asigurarea siguranței atât a liniilor în sine, cât și a tot ceea ce le înconjoară pe unde trec. Și acest lucru adaugă costuri atât pentru furnizarea cablajului electric, cât și pentru o marjă suplimentară de siguranță a tuturor structurilor.

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

Tipuri de rezistivitate

Deoarece apare rezistența:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Masă

Fierul ca conductor în electrotehnică

Fierul este cel mai comun metal în natură și tehnologie (după hidrogen, care este și un metal). Este cel mai ieftin și are caracteristici excelente de rezistență, așa că este folosit peste tot ca bază pentru rezistență. diverse modele.

În inginerie electrică, fierul este folosit ca conductor sub formă de fire de oțel flexibile acolo unde este necesar. forta fizicași flexibilitate, iar rezistența necesară poate fi atinsă printr-o secțiune transversală adecvată.

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

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

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

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

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

După aceasta, să rezolvăm formula pentru S

Vom înlocui valorile din tabel și vom obține zonele secțiunii transversale pentru diferite metale.

Deoarece rezistivitatea din tabel este măsurată pe un fir de 1 m lungime, în microohmi pe secțiune de 1 mm 2, atunci am obținut-o în microohmi. Pentru a-l obține în ohmi, trebuie să înmulțiți valoarea cu 10 -6. Dar nu trebuie neapărat să obținem numărul de ohmi cu 6 zerouri după virgulă zecimală, deoarece încă găsim rezultatul final în mm2.

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

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

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.

S-a stabilit experimental că rezistența R conductorul metalic este direct proporțional cu lungimea sa Lși invers proporțional cu aria secțiunii sale transversale O:

R = ρ L/ O (26.4)

unde este coeficientul ρ se numeste rezistivitate si serveste ca o caracteristica a substantei din care este realizat conductorul. Acesta este de bun simț: un fir gros ar trebui să aibă mai puțină rezistență decât un fir subțire, deoarece electronii se pot deplasa pe o zonă mai mare într-un fir gros. Și ne putem aștepta la o creștere a rezistenței odată cu creșterea lungimii conductorului, pe măsură ce crește numărul de obstacole în calea fluxului de electroni.

Valori tipice ρ pentru diferite materiale sunt date în prima coloană a tabelului. 26.2. (Valorile reale variază în funcție de puritate, tratament termic, temperatură și alți factori.)

Argintul are cea mai scăzută rezistivitate, care se dovedește astfel a fi cel mai bun conductor; oricum este scump. Cuprul este ușor inferior argintului; Este clar de ce firele sunt cel mai adesea făcute din cupru.

Aluminiul are o rezistivitate mai mare decât cuprul, dar are o densitate mult mai mică și este preferat în unele aplicații (de exemplu, în liniile electrice) deoarece rezistența firelor de aluminiu de aceeași masă este mai mică decât cea a cuprului. Se folosește adesea reciproca rezistivității:

σ = 1/ρ (26.5)

σ numită conductivitate specifică. Conductivitatea specifică se măsoară în unități (Ohm m) -1.

Rezistivitatea unei substanțe depinde de temperatură. De regulă, rezistența metalelor crește odată cu temperatura. Acest lucru nu ar trebui să fie surprinzător: pe măsură ce temperatura crește, atomii se mișcă mai repede, aranjamentul lor devine mai puțin ordonat și ne putem aștepta ca ei să interfereze mai mult cu fluxul de electroni. În intervale înguste de temperatură, rezistivitatea metalului crește aproape liniar cu temperatura:

Unde ρ T- rezistivitate la temperatura T, ρ 0 - rezistivitate la temperatura standard T 0, a α - coeficientul de rezistență la temperatură (TCR). Valorile lui a sunt date în tabel. 26.2. Rețineți că pentru semiconductori, TCR poate fi negativ. Acest lucru este evident, deoarece odată cu creșterea temperaturii, numărul de electroni liberi crește și ei îmbunătățesc proprietățile conductoare ale substanței. Astfel, rezistența unui semiconductor poate scădea odată cu creșterea temperaturii (deși nu întotdeauna).

Valorile lui depind de temperatură, așa că ar trebui să acordați atenție intervalului de temperatură în care această valoare este valabilă (de exemplu, conform unei cărți de referință a cantităților fizice). Dacă intervalul de schimbări de temperatură se dovedește a fi larg, atunci liniaritatea va fi încălcată și, în loc de (26.6), este necesar să se folosească o expresie care să conțină termeni care depind de a doua și a treia putere a temperaturii:

ρ T = ρ 0 (1+αT+ + βT 2 + yT 3),

unde sunt coeficienții β Şi γ de obicei foarte mici (punem T 0 = 0°С), dar în general T contribuţiile acestor membri devin semnificative.

La temperaturi foarte scăzute, rezistivitatea unor metale, precum și a aliajelor și compușilor, scade la zero, în limitele preciziei măsurătorilor moderne. Această proprietate se numește supraconductivitate; a fost observat pentru prima dată de fizicianul olandez Geike Kamerling Onnes (1853-1926) în 1911, când mercurul a fost răcit sub 4,2 K. La această temperatură, rezistența electrică a mercurului a scăzut brusc la zero.

Supraconductorii trec la o stare supraconductoare sub temperatura de tranziție, care este de obicei de câteva grade Kelvin (puțin mai mare zero absolut). Un curent electric a fost observat într-un inel supraconductor, care practic nu s-a slăbit în absența tensiunii timp de câțiva ani.

Unul dintre cele mai populare metale în industrie este cuprul. Este cel mai utilizat în electricitate și electronică. Cel mai adesea este folosit la fabricarea înfășurărilor pentru motoare electrice și transformatoare. Motivul principal pentru utilizarea acestui material special este că cuprul are cea mai scăzută rezistivitate electrică dintre toate materialele disponibile în prezent. Până când apare material nou cu o valoare mai mică a acestui indicator, putem spune cu încredere că nu va exista un înlocuitor pentru cuprul.

Vorbind despre cupru, trebuie spus că în zorii erei electrice a început să fie folosit în producția de echipamente electrice. A început să fie folosit în mare măsură datorită proprietăților unice pe care le are acest aliaj. În sine, este un material caracterizat prin proprietăți ridicate în ceea ce privește ductilitatea și maleabilitatea bună.

Alături de conductivitatea termică a cuprului, unul dintre cele mai importante avantaje ale sale este conductivitatea electrică ridicată. Datorită acestei proprietăți cuprul și s-a răspândit în centralele electrice, în care acţionează ca un conductor universal. Cel mai valoros material este cuprul electrolitic, care are un grad ridicat de puritate de 99,95%. Datorită acestui material, devine posibilă producerea cablurilor.

Avantajele utilizării cuprului electrolitic

Utilizarea cuprului electrolitic vă permite să obțineți următoarele:

• Asigura o conductivitate electrica ridicata;
• Obține o capacitate excelentă de styling;
• Furnizați grad înalt plasticitate.

Domenii de aplicare

Produsele de cablu realizate din cupru electrolitic sunt utilizate pe scară largă în diverse industrii. Cel mai adesea este utilizat în următoarele domenii:

• industria electrica;
• aparate electrice;
• industria auto;
• producerea de echipamente informatice.

Care este rezistivitatea?

Pentru a înțelege ce este cuprul și caracteristicile sale, este necesar să înțelegem principalul parametru al acestui metal - rezistivitatea. Ar trebui cunoscut și utilizat atunci când se efectuează calcule.

Rezistența specifică este de obicei înțeleasă ca mărime fizică, care se caracterizează prin capacitatea unui metal de a conduce curentul electric.

De asemenea, este necesar să se cunoască această valoare pentru a calculați corect rezistența electrică conductor. Atunci când fac calcule, acestea sunt ghidate și de dimensiunile sale geometrice. Când efectuați calcule, utilizați următoarea formulă:

Această formulă este familiară pentru mulți. Folosind-o, puteți calcula cu ușurință rezistența unui cablu de cupru, concentrându-vă doar pe caracteristicile rețelei electrice. Vă permite să calculați puterea care este cheltuită ineficient pentru încălzirea miezului cablului. Pe langa asta, o formulă similară vă permite să calculați rezistența orice cablu. Nu contează ce material a fost folosit pentru a face cablul - cupru, aluminiu sau alt aliaj.

Un parametru precum rezistivitatea electrică este măsurat în Ohm*mm2/m. Acest indicator pentru cablajul de cupru așezat într-un apartament este de 0,0175 Ohm*mm2/m. Dacă încercați să căutați o alternativă la cuprul - un material care ar putea fi folosit în schimb, atunci doar argintul poate fi considerat singurul potrivit, a cărui rezistivitate este de 0,016 Ohm*mm2/m. Cu toate acestea, atunci când alegeți un material, este necesar să acordați atenție nu numai rezistivității, ci și conductivității inverse. Această valoare este măsurată în Siemens (Cm).

Siemens = 1/ Ohm.

Pentru cuprul de orice greutate, acest parametru de compoziție este de 58.100.000 S/m. În ceea ce privește argintul, conductivitatea sa inversă este de 62.500.000 S/m.

În lumea noastră tehnologie înaltă când fiecare casă are număr mare dispozitive și instalații electrice, valoarea unui astfel de material precum cuprul este pur și simplu neprețuită. Acest materialul folosit la realizarea cablajului, fără de care nicio cameră nu poate face. Dacă cuprul nu ar exista, atunci omul ar trebui să folosească fire de la altele materiale disponibile, de exemplu, din aluminiu. Cu toate acestea, în acest caz ar trebui să se confrunte cu o problemă. Chestia este că acest material are o conductivitate mult mai mică decât conductoarele de cupru.

Rezistivitate

Utilizarea materialelor cu conductivitate electrică și termică scăzută de orice greutate duce la pierderi mari de energie electrică. O aceasta afectează pierderea de putere asupra echipamentului folosit. Majoritatea experților numesc cuprul ca material principal pentru realizarea firelor izolate. Este materialul principal din care sunt realizate elementele individuale ale echipamentelor alimentate cu curent electric.

• Plăcile instalate în computere sunt echipate cu urme de cupru gravate.
• Cuprul este, de asemenea, folosit pentru a profita la maximum elemente diferite utilizat în dispozitivele electronice.
• La transformatoare și motoare electrice este reprezentată de o înfășurare, care este realizată din acest material.

Nu există nicio îndoială că extinderea domeniului de aplicare a acestui material va avea loc odată cu dezvoltarea ulterioară a progresului tehnologic. Deși, pe lângă cupru, există și alte materiale, dar totuși designerul la crearea echipamentelor și diverse instalatii utilizați cuprul. Motivul principal cererea pentru acest material rezidă în bună conductivitate electrică și termică a acestui metal, pe care îl asigură în condiții temperatura camerei.

Coeficient de rezistență la temperatură

Toate metalele cu orice conductivitate termică au proprietatea de a scădea conductivitatea odată cu creșterea temperaturii. Pe măsură ce temperatura scade, conductivitatea crește. Experții numesc proprietatea de scădere a rezistenței cu scăderea temperaturii deosebit de interesantă. Într-adevăr, în acest caz, atunci când temperatura din cameră scade la o anumită valoare, conductorul poate pierde rezistența electricăși se va muta în clasa supraconductoarelor.

Pentru a determina valoarea rezistenței unui anumit conductor o anumită greutateÎn condiții de temperatură a camerei, există un coeficient critic de rezistență. Este o valoare care arată modificarea rezistenței unei secțiuni a unui circuit atunci când temperatura se modifică cu un Kelvin. Pentru a calcula rezistența electrică a unui conductor de cupru într-o anumită perioadă de timp, utilizați următoarea formulă:

ΔR = α*R*ΔT, unde α este coeficientul de temperatură al rezistenței electrice.

Concluzie

Cuprul este un material utilizat pe scară largă în electronică. Este folosit nu numai în înfășurări și circuite, ci și ca metal pentru fabricarea produselor prin cablu. Pentru ca mașinile și echipamentele să funcționeze eficient, este necesar calculați corect rezistivitatea cablajului, așezat în apartament. Există o anumită formulă pentru asta. Cunoscând acest lucru, puteți face un calcul care vă permite să aflați dimensiunea optimă a secțiunii transversale a cablului. În acest caz, este posibil să se evite pierderea puterii echipamentului și să se asigure utilizarea eficientă a acestuia.

Conceptul „cupru specific” este adesea găsit în literatura de inginerie electrică. 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 o caracteristică generală. 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. Din aceste metale sunt realizate cabluri și diferite tipuri de fire, care sunt utilizate pe scară largă în construcții, pentru producția de aparate de uz casnic, bare colectoare, înfășurări de transformatoare și alte produse electrice.

Pentru fiecare conductor există un concept de rezistivitate. Această valoare constă în Ohmi înmulțiți cu un milimetru pătrat, apoi împărțiți la un metru. Cu alte cuvinte, aceasta este rezistența unui conductor a cărui lungime este de 1 metru și secțiune transversală este de 1 mm2. Același lucru este valabil și pentru rezistivitatea cuprului, un metal unic care este utilizat pe scară largă în inginerie electrică și energie.

Proprietățile cuprului

Datorită proprietăților sale, acest metal a fost unul dintre primele care a fost folosit în domeniul electricității. În primul rând, cuprul este maleabil și material plastic cu proprietăți excelente de conductivitate electrică. Nu există încă un înlocuitor echivalent pentru acest conductor în sectorul energetic.

Proprietățile cuprului electrolitic special, care are o puritate ridicată, sunt deosebit de apreciate. Acest material a făcut posibilă producerea de fire cu o grosime minimă de 10 microni.

Pe lângă conductivitatea sa electrică ridicată, cuprul se pretează foarte bine pentru cositorire și alte tipuri de prelucrare.

Cuprul și rezistivitatea lui

Orice conductor prezintă rezistență dacă trece un curent electric prin el. Valoarea depinde de lungimea conductorului și de secțiunea transversală a acestuia, precum și de efectul anumitor temperaturi. Prin urmare, rezistivitatea conductorilor depinde nu numai de materialul în sine, ci și de lungimea și aria secțiunii sale specifice. Cu cât un material permite trecerea unei sarcini prin el însuși, cu atât este mai scăzută rezistența acestuia. Pentru cupru, rezistivitatea este de 0,0171 Ohm x 1 mm2/1 m și este doar puțin inferioară argintului. Cu toate acestea, utilizarea argintului în scara industriala neprofitabil din punct de vedere economic, prin urmare, cuprul este cel mai bun conductor folosit în energie.

Rezistivitatea cuprului este, de asemenea, legată de conductivitatea sa ridicată. Aceste valori sunt direct opuse una față de cealaltă. Proprietățile cuprului ca conductor depind și de coeficientul de temperatură al rezistenței. Acest lucru este valabil mai ales pentru rezistență, care este influențată de temperatura conductorului.

Astfel, datorită proprietăților sale, cuprul a devenit larg răspândit nu numai ca conductor. Acest metal este folosit în majoritatea instrumentelor, dispozitivelor și unităților a căror funcționare este asociată cu curentul electric.