התנגדות נחושת: אופן מדידת הערך, נוסחאות חישוב, אינדיקטורים לברזל ואלומיניום

כל חומר מסוגל להוליך זרם במידה שונה, ערך זה מושפע מההתנגדות של החומר. ההתנגדות של נחושת, אלומיניום, פלדה וכל יסוד אחר מסומנת באות האלפבית היווני ρ. ערך זה אינו תלוי במאפיינים כאלה של המוליך כמו גודל, צורה ומצב פיזי, בעוד שהתנגדות חשמלית רגילה לוקחת בחשבון פרמטרים אלה. התנגדות נמדדת באוהם כפול מ"מ ומחלקים במטר.

קטגוריות ותיאורן

כל חומר מסוגל להפגין שני סוגי התנגדות, בהתאם לחשמל המסופק לו. הזרם יכול להיות לסירוגין או קבוע, מה שמשפיע באופן משמעותי על הפרמטרים הטכניים של החומר. אז יש התנגדויות כאלה:

1. Omicheskoe. זה מתבטא בהשפעת זרם ישר. הוא מאפיין את החיכוך שנוצר מתנועת חלקיקים טעונים חשמלית במוליך.
2. פָּעִיל. זה נקבע על פי אותו עיקרון, אבל זה כבר נוצר בהשפעת זרם חילופין.

בהקשר זה קיימות גם שתי הגדרות של הערך הספציפי. עבור זרם ישר, הוא שווה להתנגדות, המופעלת על ידי יחידת אורך של חומר מוליך עם יחידת שטח חתך קבועה. השדה החשמלי הפוטנציאלי משפיע על כל המוליכים, כמו גם מוליכים למחצה ופתרונות המסוגלים להוליך יונים. ערך זה קובע את תכונות המוליכות של החומר עצמו. צורת המוליך ומידותיו אינם נלקחים בחשבון, ולכן ניתן לקרוא לו בסיסי בהנדסת חשמל ומדעי החומרים.

בתנאי מעבר של זרם חילופין, הערך הספציפי מחושב תוך התחשבות בעובי החומר המוליך. כאן, לא רק הפוטנציאל, אלא גם זרם המערבולת מושפע, בנוסף, נלקחת בחשבון תדירות השדות החשמליים. ההתנגדות מסוג זה גדולה יותר מאשר בזרם קבוע, שכן כאן נלקח בחשבון הערך החיובי של ההתנגדות לשדה המערבולת. כמו כן, ערך זה תלוי בצורה ובגודל של המוליך עצמו. פרמטרים אלה הם שקובעים את אופי תנועת המערבולת של חלקיקים טעונים.

זרם חילופין גורם לתופעות אלקטרומגנטיות מסוימות במוליכים. הם חשובים מאוד לביצועים החשמליים של חומר מוליך:

1. אפקט העור מאופיין בהיחלשות השדה האלקטרומגנטי, ככל שהוא חודר יותר לתוך המדיום של המוליך. תופעה זו נקראת גם אפקט משטח.
2. אפקט הקרבה מפחית את צפיפות הזרם עקב הקרבה וההשפעה של חוטים סמוכים.

השפעות אלה חשובות מאוד בעת חישוב עובי המוליך האופטימלי, שכן בעת ​​שימוש בחוט עם רדיוס יותר עומק של חדירת זרם לתוך החומר, שאר המסה שלו תישאר ללא שימוש, ולכן, גישה כזו תהיה לֹא יָעִיל. בהתאם לחישובים שבוצעו, הקוטר האפקטיבי של החומר המוליך במצבים מסוימים יהיה כדלקמן:

• עבור זרם של 50 הרץ - 2.8 מ"מ;
• 400 הרץ - 1 מ"מ;
• 40 קילו-הרץ - 0.1 מ"מ.

לאור זאת, עבור זרמים בתדר גבוה, נעשה שימוש פעיל בכבלים מרובי ליבות שטוחים, המורכבים מחוטים דקים רבים.

מאפיינים של מתכות

אינדיקטורים ספציפיים של מוליכים מתכת כלולים בטבלאות מיוחדות. בהתבסס על נתונים אלה, ניתן לבצע את החישובים הנוספים הדרושים. דוגמה לטבלת התנגדות כזו ניתן לראות בתמונה.

הטבלה מראה שלכסף יש את המוליכות הגבוהה ביותר - הוא מוליך אידיאלי מבין כל המתכות והסגסוגות הקיימות. אם תחשב כמה חוטים מחומר זה נדרשים כדי להשיג התנגדות של 1 אוהם, אז ייצא 62.5 מ'. חוט עשוי ברזל באותו ערך יצטרך עד 7.7 מ'.

סגולות הנחושת

לא משנה כמה תכונות נפלאות עשויות להיות לכסף, זה חומר יקר מדי עבורו שימוש המוני ברשתות חשמל, כך שהוא נמצא בשימוש נרחב בחיי היומיום ובתעשייה נְחוֹשֶׁת. מבחינת האינדיקטור הספציפי הוא במקום השני אחרי הכסף, ומבחינת שכיחות וקלות הייצור הוא הרבה יותר טוב ממנו. לנחושת יתרונות נוספים שהפכו אותה למנצח הנפוץ ביותר. אלו כוללים:

• עמידות גבוהה בפני קורוזיה;
• חוזק מכני;
• התנגדות לעיוות;
• קלות תיקון על ידי הלחמה וריתוך;
• יכולת עיבוד גבוהה (בשל רכותה, נחושת מגולגלת ליריעות בכל עובי, ונמתחת ממנו, החוט יכול להיות כל כך דק עד שהחתך שלו יהיה בעל ערך של אלפיות מִילִימֶטֶר).

לשימוש בהנדסת חשמל, נעשה שימוש בנחושת מזוקקת, אשר לאחר התכה מעפרות גופרתי עוברת תהליכי קלייה וניפוח, ולאחר מכן עוברת בהכרח טיהור אלקטרוליטי. לאחר עיבוד כזה, אתה יכול לקבל חומר באיכות גבוהה מאוד (דרגות M1 ו-M0), אשר יכיל בין 0.1 ל 0.05% זיהומים. ניואנס חשוב הוא נוכחות חמצן בכמויות קטנות במיוחד, שכן הוא משפיע לרעה על המאפיינים המכניים של נחושת.

מתכת זו מוחלפת לרוב בחומרים זולים יותר - אלומיניום וברזל, כמו גם ברונזות שונות (סגסוגות עם סיליקון, בריליום, מגנזיום, בדיל, קדמיום, כרום וזרחן). להרכבים כאלה יש חוזק גבוה יותר מנחושת טהורה, אם כי עם מוליכות נמוכה יותר.

היתרונות של אלומיניום

למרות שלאלומיניום יש עמידות גדולה יותר והוא שביר יותר, השימוש הנרחב בו נובע מהעובדה שהוא לא דל כמו נחושת, ולכן הוא זול יותר. לאלומיניום יש התנגדות של 0.028, והצפיפות הנמוכה שלו הופכת אותו לקל פי 3.5 מנחושת.

לעבודות חשמל, נעשה שימוש באלומיניום מטוהר בדרגה A1, המכיל לא יותר מ-0.5% זיהומים. AB00 בדרגה גבוהה יותר משמש לייצור קבלים אלקטרוליטים, אלקטרודות ורדיד אלומיניום. תכולת הזיהומים באלומיניום זה אינה עולה על 0.03%. יש גם מתכת טהורה AB0000, כולל לא יותר מ-0.004% תוספים. גם הזיהומים עצמם חשובים: ניקל, סיליקון ואבץ משפיעים באופן לא משמעותי על מוליכות האלומיניום, ותכולת הנחושת, הכסף והמגנזיום במתכת זו נותנת השפעה מוחשית. תליום ומנגן מורידים את המוליכות הכי הרבה.

לאלומיניום תכונות אנטי קורוזיה טובות. במגע עם אוויר, הוא מתכסה בסרט תחמוצת דק, המגן עליו מפני הרס נוסף. כדי לשפר את המאפיינים המכניים, המתכת מסוגגת עם אלמנטים אחרים.

אינדיקטורים של פלדה וברזל

ההתנגדות הספציפית של ברזל גבוהה מאוד בהשוואה לנחושת ואלומיניום, לעומת זאת, בשל זמינות, חוזק ועמידות בפני דפורמציה, החומר נמצא בשימוש נרחב בתחום החשמל הפקה.

למרות שלברזל ופלדה, שההתנגדות שלהם גבוהה אף יותר, יש חסרונות משמעותיים, יצרני חומר מוליך מצאו שיטות לפצות עליהם. בפרט, עמידות נמוכה בפני קורוזיה מתגברת על ידי ציפוי חוט הפלדה באבץ או נחושת.

תכונות נתרן

נתרן מתכתי מבטיח מאוד גם בייצור מוליכים. מבחינת התנגדות, הוא עולה משמעותית על הנחושת, אך יש לו צפיפות נמוכה פי 9 מזו שלה. זה מאפשר להשתמש בחומר בייצור של חוטים קלים במיוחד.

נתרן מתכתי הוא רך מאוד ולא יציב לחלוטין לכל סוג של השפעות דפורמציה, מה שהופך אותו שימוש בעייתי - חוט העשוי ממתכת זו חייב להיות מכוסה במעטה חזק מאוד עם קטן במיוחד גְמִישׁוּת. המעטפת חייבת להיות אטומה, מכיוון שהנתרן מגיב מאוד בתנאים הנייטרליים ביותר. הוא מתחמצן באופן מיידי באוויר ומראה תגובה אלימה עם מים, כולל אוויר כלול.

יתרון נוסף בשימוש בנתרן הוא הזמינות שלו. ניתן להשיג אותו בתהליך של אלקטרוליזה של נתרן כלורי מותך, שיש כמות בלתי מוגבלת ממנו בעולם. מתכות אחרות מפסידות בבירור בהקשר זה.

כדי לחשב את הביצועים של מנצח מסוים, יש צורך לחלק את המוצר של המספר והאורך הספציפיים של החוט לפי שטח החתך שלו. התוצאה היא ערך ההתנגדות באוהם. לדוגמה, כדי לקבוע למה שווה ההתנגדות של 200 מ' של חוט ברזל עם חתך נומינלי של 5 מ"מ, עליך להכפיל 0.13 ב-200 ולחלק את התוצאה ב-5. התשובה היא 5.2 אוהם.

כללי חישוב ותכונות

מיקרואומטרים משמשים למדידת ההתנגדות של מדיה מתכתית. כיום הם מיוצרים בצורה דיגיטלית, ולכן המדידות המבוצעות בעזרתם מדויקות. ניתן להסביר זאת בכך שלמתכות יש רמה גבוהה של מוליכות והתנגדות נמוכה במיוחד. לדוגמה, הסף התחתון של המודדים הוא 10 ^-7 אוֹם.

בעזרת מיקרואומטרים, אתה יכול לקבוע במהירות כמה טוב המגע ואיזו התנגדות מציגים פיתולים של גנרטורים, מנועים חשמליים ושנאים, כמו גם אוטובוסים חשמליים. ניתן לחשב נוכחות של תכלילים של מתכת אחרת במטיל. לדוגמה, חתיכת טונגסטן מצופה זהב מציגה מחצית מהמוליכות של חתיכת זהב בלבד. באותו אופן, ניתן לזהות פגמים פנימיים וחללים במוליך.

כדי לחשב את הפרמטרים של חוט - אורכו, קוטרו והתנגדותו - אתה רק צריך לדעת את הערך של הערך הספציפי שלו ρ.

נוסחת ההתנגדות היא כדלקמן: ρ = אהממ²/ M. במילים, ניתן לתאר זאת כהתנגדות של 1 מטר של מוליךעם שטח חתך של 1 מ"מ. ההנחה היא שהטמפרטורה היא סטנדרטית - 20 מעלות צלזיוס.

השפעת הטמפרטורה על המדידה

לחימום או לקירור של מוליכים מסוימים יש השפעה משמעותית על ביצועי המונים. כדוגמה, ניתן להביא את הניסוי הבא: יש צורך לחבר חוט מפותל לסוללה ולחבר מד זרם למעגל.

ככל שהמוליך מתחמם יותר, קריאות המכשיר הופכות פחות. עוצמת הזרם עומדת ביחס הפוך להתנגדות. לכן, ניתן להסיק כי כתוצאה מחימום, מוליכות המתכת פוחתת. במידה רבה או פחותה, כל המתכות מתנהגות בצורה זו, עם זאת, אין כמעט שינוי במוליכות בסגסוגות מסוימות.

ראוי לציין שמוליכי נוזל וכמה מתכות מוצקות נוטים להפחית את ההתנגדות שלהם עם עליית הטמפרטורה. אבל מדענים פנו ליכולת זו של מתכות לטובתם. הכרת מקדם הטמפרטורה של ההתנגדות (α) בעת חימום חומרים מסוימים, ניתן לקבוע את הטמפרטורה החיצונית. לדוגמה, חוט פלטינה המונח על מסגרת נציץ מוכנס לתנור ונמדדת ההתנגדות. תלוי כמה זה השתנה, מסקנה לגבי הטמפרטורה בתנור. עיצוב זה נקרא מדחום התנגדות.

אם בטמפרטורה טהתנגדות המוליך היא ר0, ובטמפרטורה ט שווים rt, אז מקדם הטמפרטורה של ההתנגדות הוא

ניתן לחשב נוסחה זו רק בטווח טמפרטורות מסוים (עד כ-200 מעלות צלזיוס).