Resistività del rame: come si misura il valore, formule di calcolo, indicatori per ferro e alluminio

Ogni sostanza è in grado di condurre corrente in misura diversa, questo valore è influenzato dalla resistenza del materiale. La resistività di rame, alluminio, acciaio e qualsiasi altro elemento è indicata dalla lettera dell'alfabeto greco ρ. Questo valore non dipende da caratteristiche del conduttore come dimensione, forma e stato fisico, mentre la resistenza elettrica ordinaria tiene conto di questi parametri. La resistività si misura in Ohm moltiplicata per mm² e divisa per metro.

Categorie e loro descrizione

Qualsiasi materiale è in grado di esibire due tipi di resistenza, a seconda dell'elettricità fornitagli. La corrente può essere alternata o costante, il che influisce in modo significativo sui parametri tecnici della sostanza. Quindi, ci sono tali resistenze:

1. Omicheskoe. Si manifesta sotto l'influenza della corrente continua. Caratterizza l'attrito creato dal movimento di particelle caricate elettricamente in un conduttore.
2. Attivo. È determinato secondo lo stesso principio, ma è già creato sotto l'influenza della corrente alternata.

A questo proposito, esistono anche due definizioni del valore specifico. Per la corrente continua, è uguale alla resistenza, che è esercitata da un'unità di lunghezza di un materiale conduttivo con un'area della sezione trasversale fissa. Il potenziale campo elettrico interessa tutti i conduttori, così come i semiconduttori e le soluzioni in grado di condurre ioni. Questo valore determina le proprietà conduttive del materiale stesso. La forma del conduttore e le sue dimensioni non vengono prese in considerazione, quindi può essere definito di base nell'ingegneria elettrica e nella scienza dei materiali.

Nella condizione del passaggio di corrente alternata, il valore specifico viene calcolato tenendo conto dello spessore del materiale conduttivo. Qui viene influenzato non solo il potenziale, ma anche la corrente parassita, inoltre viene presa in considerazione la frequenza dei campi elettrici. La resistività di questo tipo è maggiore che a corrente costante, poiché qui viene preso in considerazione il valore positivo della resistenza al campo vorticoso. Inoltre, questo valore dipende dalla forma e dalle dimensioni del conduttore stesso. Sono questi parametri che determinano la natura del movimento vorticoso delle particelle cariche.

La corrente alternata provoca alcuni fenomeni elettromagnetici nei conduttori. Sono molto importanti per le prestazioni elettriche di un materiale conduttivo:

1. L'effetto pelle è caratterizzato dall'indebolimento del campo elettromagnetico, tanto più quanto più penetra nel mezzo del conduttore. Questo fenomeno è anche chiamato effetto superficie.
2. L'effetto di prossimità riduce la densità di corrente a causa della vicinanza e dell'influenza dei fili adiacenti.

Questi effetti sono molto importanti quando si calcola lo spessore ottimale del conduttore, poiché quando si utilizza un filo con un raggio maggiore profondità di penetrazione della corrente nel materiale, il resto della sua massa rimarrà inutilizzato e, pertanto, tale approccio sarà inefficace. In accordo con i calcoli eseguiti, il diametro effettivo del materiale conduttivo in alcune situazioni sarà il seguente:

• per una corrente di 50 Hz - 2,8 mm;
• 400Hz - 1mm;
• 40kHz - 0,1mm.

In considerazione di ciò, per le correnti ad alta frequenza, viene utilizzato attivamente l'uso di cavi multipolari piatti, costituiti da molti fili sottili.

Caratteristiche dei metalli

Gli indicatori specifici dei conduttori metallici sono contenuti in tabelle speciali. Sulla base di questi dati è possibile effettuare i necessari ulteriori calcoli. Un esempio di tale tabella di resistività può essere visto nell'immagine.

La tabella mostra che l'argento ha la più alta conduttività: è un conduttore ideale tra tutti i metalli e le leghe esistenti. Se calcoli quanti fili di questo materiale sono necessari per ottenere una resistenza di 1 Ohm, usciranno 62,5 m.Il filo di ferro per lo stesso valore richiederà fino a 7,7 m.

Le virtù del rame

Non importa quanto meravigliose proprietà possa avere l'argento, è un materiale troppo costoso per uso di massa nelle reti elettriche, quindi è ampiamente utilizzato nella vita quotidiana e nell'industria rame. In termini di indicatore specifico, è al secondo posto dopo l'argento, e in termini di prevalenza e facilità di produzione è molto meglio di questo. Il rame presenta altri vantaggi che lo hanno reso il conduttore più utilizzato. Questi includono:

• elevata resistenza alla corrosione;
• resistenza meccanica;
• resistenza alla deformazione;
• facilità di fissaggio mediante saldatura e saldatura;
• elevata lavorabilità (a causa della sua morbidezza, il rame viene laminato in fogli di qualsiasi spessore e stirato da esso, il filo può essere così sottile che la sua sezione trasversale avrà il valore di millesimi millimetro).

Per l'uso nell'ingegneria elettrica, viene utilizzato rame raffinato che, dopo la fusione dal minerale di solfuro, subisce processi di torrefazione e soffiaggio e quindi subisce necessariamente una purificazione elettrolitica. Dopo tale elaborazione, è possibile ottenere un materiale di altissima qualità (gradi M1 e M0), che conterrà dallo 0,1 allo 0,05% di impurità. Una sfumatura importante è la presenza di ossigeno in quantità estremamente ridotte, poiché influisce negativamente sulle caratteristiche meccaniche del rame.

Questo metallo viene spesso sostituito con materiali più economici: alluminio e ferro, nonché vari bronzi (leghe con silicio, berillio, magnesio, stagno, cadmio, cromo e fosforo). Tali composizioni hanno una resistenza maggiore rispetto al rame puro, sebbene con una conduttività inferiore.

Vantaggi dell'alluminio

Sebbene l'alluminio abbia più resistenza ed è più fragile, il suo uso diffuso è spiegato dal fatto che non è così raro come il rame, e quindi è più economico. L'alluminio ha una resistività di 0,028 e la sua bassa densità lo rende 3,5 volte più leggero del rame.

Per lavori elettrici viene utilizzato alluminio purificato di grado A1, contenente non più dello 0,5% di impurità. Il grado superiore AB00 viene utilizzato per la produzione di condensatori elettrolitici, elettrodi e fogli di alluminio. Il contenuto di impurità in questo alluminio non è superiore allo 0,03%. C'è anche un metallo puro AB0000, inclusi non più dello 0,004% di additivi. Anche le impurità stesse sono importanti: nichel, silicio e zinco influiscono in modo insignificante sulla conduttività dell'alluminio e il contenuto di rame, argento e magnesio in questo metallo dà un effetto tangibile. Tallio e manganese diminuiscono maggiormente la conduttività.

L'alluminio ha buone proprietà anticorrosive. A contatto con l'aria, si ricopre di un sottile film di ossido, che lo protegge da ulteriori distruzioni. Per migliorare le caratteristiche meccaniche, il metallo viene legato con altri elementi.

Indicatori di acciaio e ferro

La resistenza specifica del ferro è molto elevata rispetto al rame e all'alluminio, tuttavia, a causa di disponibilità, robustezza e resistenza alla deformazione, il materiale è ampiamente utilizzato in campo elettrico produzione.

Sebbene il ferro e l'acciaio, la cui resistività è ancora più elevata, presentino notevoli inconvenienti, i produttori di materiale conduttivo hanno trovato metodi per compensarli. In particolare, la bassa resistenza alla corrosione viene superata rivestendo il filo di acciaio con zinco o rame.

Proprietà del sodio

Il sodio metallico è anche molto promettente per l'industria dei conduttori. In termini di resistenza, supera significativamente il rame, ma ha una densità 9 volte inferiore a quella di esso. Ciò consente di utilizzare il materiale nella produzione di fili ultraleggeri.

Il sodio metallico è molto morbido e completamente instabile a qualsiasi tipo di effetto di deformazione, il che lo rende l'uso è problematico: un filo di questo metallo deve essere ricoperto da una guaina molto resistente con un diametro estremamente ridotto flessibilità. L'involucro deve essere ermetico, poiché il sodio è altamente reattivo nelle condizioni più neutre. Si ossida istantaneamente all'aria e mostra una reazione violenta con l'acqua, compresa l'aria contenuta.

Un altro vantaggio dell'uso del sodio è la sua disponibilità. Può essere ottenuto nel processo di elettrolisi del cloruro di sodio fuso, di cui esiste una quantità illimitata nel mondo. Altri metalli stanno chiaramente perdendo in questo senso.

Per calcolare le prestazioni di un conduttore specifico, è necessario dividere il prodotto del numero specifico e della lunghezza del filo per la sua area della sezione trasversale. Il risultato è il valore della resistenza in Ohm. Ad esempio, per determinare a cosa è uguale la resistenza di 200 m di filo di ferro con una sezione trasversale nominale di 5 mm², è necessario moltiplicare 0,13 per 200 e dividere il risultato per 5. La risposta è 5,2 ohm.

Regole e caratteristiche di calcolo

I microohmmetri vengono utilizzati per misurare la resistenza dei supporti metallici. Oggi sono prodotti in forma digitale, quindi le misurazioni effettuate con il loro aiuto sono accurate. Può essere spiegato dal fatto che i metalli hanno un alto livello di conduttività e hanno una resistenza estremamente bassa. Ad esempio, la soglia inferiore degli indicatori è 10 ^-7 Ohm.

Con l'aiuto dei microohmmetri, puoi determinare rapidamente quanto è buono il contatto e quale resistenza mostrano gli avvolgimenti di generatori, motori elettrici e trasformatori, nonché i bus elettrici. È possibile calcolare la presenza di inclusioni di altro metallo nel lingotto. Ad esempio, un pezzo di tungsteno placcato in oro mostra la metà della conduttività di un pezzo interamente in oro. Allo stesso modo, è possibile identificare difetti interni e cavità nel conduttore.

Per calcolare i parametri di un filo - la sua lunghezza, diametro e resistenza - devi solo conoscere il valore del suo valore specifico .

La formula della resistività è la seguente: = Ohmm²/ m. In parole, può essere descritto come la resistenza di 1 metro di un conduttorecon un'area della sezione trasversale di 1 mm². Si presume che la temperatura sia standard - 20 ° C.

Influenza della temperatura sulla misurazione

Il riscaldamento o il raffreddamento di alcuni conduttori ha un effetto significativo sulle prestazioni degli strumenti di misura. Ad esempio, si può citare il seguente esperimento: è necessario collegare un filo avvolto a spirale alla batteria e collegare un amperometro al circuito.

Più il conduttore si riscalda, meno le letture dello strumento diventano. La forza della corrente è inversamente proporzionale alla resistenza. Pertanto, si può concludere che a causa del riscaldamento, la conduttività del metallo diminuisce. In misura maggiore o minore, tutti i metalli si comportano in questo modo, tuttavia in alcune leghe non si osservano praticamente cambiamenti nella conduttività.

È interessante notare che i conduttori liquidi e alcuni non metalli solidi tendono a diminuire la loro resistenza all'aumentare della temperatura. Ma gli scienziati hanno sfruttato questa capacità dei metalli a loro vantaggio. Conoscendo il coefficiente di temperatura della resistenza (α) durante il riscaldamento di alcuni materiali, è possibile determinare la temperatura esterna. Ad esempio, un filo di platino posto su un telaio di mica viene inserito in un forno e ne viene misurata la resistenza. A seconda di quanto è cambiato, si fa una conclusione sulla temperatura nel forno. Questo design è chiamato termometro a resistenza.

Se a temperatura T0 la resistenza del conduttore è R0, e ad una temperatura T è uguale a rt, allora il coefficiente di temperatura della resistenza è

Questa formula può essere calcolata solo entro un determinato intervallo di temperatura (fino a circa 200 ° C).