Měděný odpor: jak se měří hodnota, výpočetní vzorce, indikátory pro železo a hliník

Každá látka je schopna vést proud v jiné míře, tato hodnota je ovlivněna odporem materiálu. Rezistivita mědi, hliníku, oceli a jakéhokoli jiného prvku se označuje písmenem řecké abecedy ρ. Tato hodnota nezávisí na takových vlastnostech vodiče, jako je velikost, tvar a fyzický stav, zatímco běžný elektrický odpor tyto parametry bere v úvahu. Odpor se měří v ohmech vynásobených mm² a děleno metrem.

Kategorie a jejich popis

Jakýkoli materiál je schopen vykazovat dva typy odporu v závislosti na dodané elektřině. Proud může být střídavý nebo konstantní, což výrazně ovlivňuje technické parametry látky. Takže existují takové odpory:

1. Omicheskoe. Projevuje se pod vlivem stejnosměrného proudu. Charakterizuje tření vznikající pohybem elektricky nabitých částic ve vodiči.
2. Aktivní. Určuje se podle stejného principu, ale je již vytvořen pod vlivem střídavého proudu.

V tomto ohledu existují také dvě definice konkrétní hodnoty. Pro stejnosměrný proud se rovná odporu, který vyvozuje jednotka délky vodivého materiálu s jednotkovou pevnou plochou průřezu. Potenciální elektrické pole ovlivňuje všechny vodiče, stejně jako polovodiče a roztoky schopné vést ionty. Tato hodnota určuje vodivé vlastnosti samotného materiálu. Tvar vodiče a jeho rozměry se neberou v úvahu, proto jej lze označit za základní v elektrotechnice a nauce o materiálech.

Za podmínky průchodu střídavého proudu se specifická hodnota vypočítá s přihlédnutím k tloušťce vodivého materiálu. Zde je ovlivněn nejen potenciál, ale i vířivý proud, navíc se zohledňuje frekvence elektrických polí. Odpor tohoto typu je větší než při konstantním proudu, protože se zde bere v úvahu kladná hodnota odporu vůči vírovému poli. Tato hodnota také závisí na tvaru a velikosti samotného vodiče. Právě tyto parametry určují povahu vírového pohybu nabitých částic.

Střídavý proud způsobuje ve vodičích určité elektromagnetické jevy. Jsou velmi důležité pro elektrické vlastnosti vodivého materiálu:

1. Kožní efekt je charakterizován zeslabením elektromagnetického pole, čím více tím dále proniká do média vodiče. Tento jev se také nazývá povrchový efekt.
2. Efekt blízkosti snižuje hustotu proudu v důsledku blízkosti a vlivu sousedních vodičů.

Tyto efekty jsou velmi důležité při výpočtu optimální tloušťky vodiče, protože při použití drátu s poloměrem větší hloubka průniku proudu do materiálu, zbytek jeho hmoty zůstane nevyužit, a proto takový přístup bude neúčinné. V souladu s provedenými výpočty bude efektivní průměr vodivého materiálu v některých situacích následující:

• pro proud 50 Hz - 2,8 mm;
• 400 Hz - 1 mm;
• 40 kHz - 0,1 mm.

S ohledem na to se pro vysokofrekvenční proudy aktivně používá použití plochých vícežilových kabelů sestávajících z mnoha tenkých drátů.

Charakteristika kovů

Specifické indikátory kovových vodičů jsou obsaženy ve speciálních tabulkách. Na základě těchto údajů lze provést další potřebné výpočty. Příklad takové tabulky odporu je vidět na obrázku.

Tabulka ukazuje, že stříbro má nejvyšší vodivost – je ideálním vodičem mezi všemi existujícími kovy a slitinami. Pokud spočítáte, kolik drátů z tohoto materiálu je potřeba k získání odporu 1 Ohm, vyjde 62,5 m. Drát vyrobený ze železa pro stejnou hodnotu bude potřebovat až 7,7 m.

Přednosti mědi

Bez ohledu na to, jak úžasné vlastnosti může mít stříbro, je to příliš drahý materiál masové použití v energetických sítích, takže je široce používán v každodenním životě a průmyslu měď. Z hlediska specifického ukazatele je na druhém místě za stříbrem a z hlediska rozšířenosti a snadnosti výroby je na tom mnohem lépe než on. Měď má další výhody, které z ní udělaly nejpoužívanější vodič. Tyto zahrnují:

• vysoká odolnost proti korozi;
• mechanická síla;
• odolnost proti deformaci;
• snadné upevnění pájením a svařováním;
• vysoká obrobitelnost (díky své měkkosti se měď válcuje do plechů libovolné tloušťky a natahuje z něj může být drát tak tenký, že jeho průřez bude mít hodnotu tisícin milimetr).

Pro použití v elektrotechnice se používá rafinovaná měď, která po vytavení ze sulfidové rudy prochází procesy pražení a vyfukování a následně nutně prochází elektrolytickým čištěním. Po takovém zpracování můžete získat materiál velmi vysoké kvality (třídy M1 a M0), který bude obsahovat od 0,1 do 0,05 % nečistot. Důležitou nuancí je přítomnost kyslíku v extrémně malých množstvích, protože negativně ovlivňuje mechanické vlastnosti mědi.

Tento kov je často nahrazován levnějšími materiály – hliníkem a železem a také různými bronzy (slitiny s křemíkem, beryliem, hořčíkem, cínem, kadmiem, chromem a fosforem). Takové kompozice mají vyšší pevnost než čistá měď, i když s nižší vodivostí.

Výhody hliníku

Hliník má sice větší odolnost a je křehčí, ale jeho široké použití je způsobeno tím, že není tak vzácný jako měď, a proto je levnější. Hliník má měrný odpor 0,028 a díky nízké hustotě je 3,5krát lehčí než měď.

Pro elektrotechnické práce se používá čištěný hliník třídy A1, který neobsahuje více než 0,5 % nečistot. Vyšší stupeň AB00 se používá pro výrobu elektrolytických kondenzátorů, elektrod a hliníkové fólie. Obsah nečistot v tomto hliníku není větší než 0,03 %. Nechybí ani čistý kov AB0000včetně ne více než 0,004 % přísad. Důležité jsou také samotné nečistoty: nikl, křemík a zinek nevýznamně ovlivňují vodivost hliníku a obsah mědi, stříbra a hořčíku v tomto kovu dává hmatatelný efekt. Thallium a mangan nejvíce snižují vodivost.

Hliník má dobré antikorozní vlastnosti. Při kontaktu se vzduchem se pokryje tenkým oxidovým filmem, který jej chrání před další destrukcí. Pro zlepšení mechanických vlastností je kov legován dalšími prvky.

Ukazatele oceli a železa

Specifický odpor železa je však ve srovnání s mědí a hliníkem velmi vysoký dostupnost, pevnost a odolnost proti deformaci, materiál je široce používán v elektrotechnice Výroba.

Ačkoli železo a ocel, jejichž měrný odpor je ještě vyšší, mají značné nevýhody, výrobci vodivého materiálu našli způsoby, jak je kompenzovat. Zejména nízká odolnost proti korozi je překonána potažením ocelového drátu zinkem nebo mědí.

Vlastnosti sodíku

Kovový sodík je také velmi slibný ve výrobě vodičů. Pokud jde o odpor, výrazně převyšuje měď, ale má hustotu 9krát menší než ona. To umožňuje použití materiálu při výrobě ultralehkých drátů.

Kovový sodík je velmi měkký a zcela nestabilní vůči jakémukoli druhu deformačních účinků, což jej činí problematické použití - drát vyrobený z tohoto kovu musí být pokryt velmi pevným pláštěm s extrémně malým flexibilita. Pouzdro musí být vzduchotěsné, protože sodík je vysoce reaktivní v nejneutrálnějších podmínkách. Okamžitě oxiduje na vzduchu a vykazuje prudkou reakci s vodou, včetně obsaženého vzduchu.

Další výhodou použití sodíku je jeho dostupnost. Lze jej získat v procesu elektrolýzy roztaveného chloridu sodného, ​​kterého je na světě neomezené množství. Ostatní kovy v tomto ohledu jednoznačně ztrácí.

Pro výpočet výkonu konkrétního vodiče je nutné vydělit součin konkrétního počtu a délky drátu jeho průřezovou plochou. Výsledkem je hodnota odporu v ohmech. Chcete-li například určit, čemu se rovná odpor 200 m železného drátu o jmenovitém průřezu 5 mm², musíte vynásobit 0,13 číslem 200 a výsledek vydělit 5. Odpověď je 5,2 ohmu.

Pravidla a vlastnosti výpočtu

Pro měření odporu kovových médií se používají mikroohmmetry. Dnes se vyrábějí v digitální podobě, takže měření prováděná s jejich pomocí jsou přesná. To lze vysvětlit skutečností, že kovy mají vysokou úroveň vodivosti a mají extrémně nízký odpor. Například spodní práh měřidel je 10 ^-7 Ohm.

Pomocí mikroohmmetrů rychle určíte, jak kvalitní je kontakt a jaký odpor vykazují vinutí generátorů, elektromotorů a transformátorů, ale i elektrobusů. Je možné vypočítat přítomnost vměstků jiného kovu v ingotu. Například pozlacený wolframový kus vykazuje poloviční vodivost než celozlatý kus. Stejným způsobem můžete identifikovat vnitřní vady a dutiny ve vodiči.

Pro výpočet parametrů drátu - jeho délky, průměru a odporu - stačí znát hodnotu jeho konkrétní hodnoty ρ.

Vzorec odporu je následující: ρ = Ohmmm²/ m. Slovy jej lze popsat jako odpor 1 metru vodičes plochou průřezu 1 mm². Předpokládá se, že teplota je standardní - 20 °C.

Vliv teploty na měření

Zahřívání nebo chlazení některých vodičů má významný vliv na výkon měřicích přístrojů. Jako příklad lze uvést následující pokus: k baterii je nutné připojit spirálovitě vinutý drát a do obvodu zapojit ampérmetr.

Čím více se vodič zahřívá, tím menší jsou hodnoty přístroje. Síla proudu je nepřímo úměrná odporu. Lze tedy usoudit, že v důsledku zahřívání se vodivost kovu snižuje. Ve větší či menší míře se takto chovají všechny kovy, nicméně u některých slitin nejsou pozorovány prakticky žádné změny vodivosti.

Je pozoruhodné, že kapalné vodiče a některé pevné nekovy mají tendenci snižovat svůj odpor s rostoucí teplotou. Vědci ale tuto schopnost kovů obrátili ve svůj prospěch. Při znalosti teplotního koeficientu odporu (α) při ohřevu některých materiálů je možné určit vnější teplotu. Například platinový drát umístěný na slídovém rámu se vloží do pece a změří se odpor. Podle toho, jak moc se změnil, se udělá závěr o teplotě v troubě. Toto provedení se nazývá odporový teploměr.

Pokud při teplotě t0 odpor vodiče je r0 a při teplotě t rovná se rt, pak je teplotní koeficient odporu

Tento vzorec lze vypočítat pouze v určitém teplotním rozsahu (asi do 200 °C).