Rezystywność miedzi: sposób pomiaru wartości, wzory obliczeniowe, wskaźniki dla żelaza i aluminium

Każda substancja jest zdolna do przewodzenia prądu w różnym stopniu, na wartość tę wpływa rezystancja materiału. Rezystywność miedzi, aluminium, stali i każdego innego pierwiastka jest oznaczona literą greckiego alfabetu ρ. Wartość ta nie zależy od takich cech przewodnika jak wielkość, kształt i stan fizyczny, natomiast zwykła rezystancja elektryczna uwzględnia te parametry. Oporność mierzy się w omach pomnożonych przez mm² i podzielonych przez metry.

Kategorie i ich opis

Każdy materiał może wykazywać dwa rodzaje rezystancji, w zależności od dostarczonej do niego energii elektrycznej. Prąd może być zmienny lub stały, co znacząco wpływa na parametry techniczne substancji. Są więc takie opory:

1. Omiczeskoje. Przejawia się pod wpływem prądu stałego. Charakteryzuje tarcie wywołane ruchem naładowanych elektrycznie cząstek w przewodniku.
instagram viewer
2. Aktywny. Jest określany na tej samej zasadzie, ale jest już tworzony pod wpływem prądu przemiennego.

W związku z tym istnieją również dwie definicje konkretnej wartości. Dla prądu stałego jest równy rezystancji, jaką wywiera jednostka długości materiału przewodzącego o stałej jednostce pola przekroju. Potencjalne pole elektryczne oddziałuje na wszystkie przewodniki, a także na półprzewodniki i roztwory zdolne do przewodzenia jonów. Wartość ta określa właściwości przewodzące samego materiału. Kształt przewodnika i jego wymiary nie są brane pod uwagę, dlatego można go nazwać podstawowym w elektrotechnice i materiałoznawstwie.

Pod warunkiem przepływu prądu przemiennego konkretna wartość jest obliczana z uwzględnieniem grubości materiału przewodzącego. Tutaj wpływa nie tylko potencjał, ale także prąd wirowy, dodatkowo uwzględniana jest częstotliwość pól elektrycznych. Rezystywność tego typu jest większa niż przy stałym prądzie, ponieważ tutaj uwzględniana jest dodatnia wartość oporu pola wirowego. Wartość ta zależy również od kształtu i rozmiaru samego przewodnika. To właśnie te parametry określają charakter ruchu wirowego naładowanych cząstek.

Prąd przemienny powoduje w przewodnikach określone zjawiska elektromagnetyczne. Są bardzo ważne dla wydajności elektrycznej materiału przewodzącego:

1. Efekt naskórkowości charakteryzuje się osłabieniem pola elektromagnetycznego, im bardziej wnika ono w ośrodek przewodnika. Zjawisko to nazywane jest również efektem powierzchniowym.
2. Efekt bliskości zmniejsza gęstość prądu ze względu na bliskość i wpływ sąsiednich przewodów.

Efekty te są bardzo ważne przy obliczaniu optymalnej grubości przewodnika, ponieważ przy użyciu drutu o promieniu większa głębokość wnikania prądu w materiał, reszta jego masy pozostanie niewykorzystana, a zatem takie podejście będzie nieskuteczny. Zgodnie z wykonanymi obliczeniami efektywna średnica materiału przewodzącego w niektórych sytuacjach będzie następująca:

• dla prądu 50 Hz - 2,8 mm;
• 400 Hz - 1 mm;
• 40 kHz - 0,1 mm.

W związku z tym w przypadku prądów o wysokiej częstotliwości aktywnie wykorzystuje się płaskie kable wielożyłowe, składające się z wielu cienkich drutów.

Charakterystyka metali

Specyficzne wskaźniki przewodników metalowych zawarte są w specjalnych tabelach. Na podstawie tych danych można dokonać niezbędnych dalszych obliczeń. Przykład takiej tabeli rezystywności widać na zdjęciu.

Z tabeli wynika, że ​​srebro ma najwyższą przewodność - jest idealnym przewodnikiem wśród wszystkich istniejących metali i stopów. Jeśli obliczysz, ile drutów z tego materiału jest potrzebnych do uzyskania rezystancji 1 Ohm, to wyjdzie 62,5 m. Drut wykonany z żelaza o tej samej wartości będzie potrzebował aż 7,7 m.

Zalety miedzi

Bez względu na to, jak wspaniałe właściwości może mieć srebro, jest na to zbyt drogim materiałem masowe zastosowanie w sieciach energetycznych, dzięki czemu znajduje szerokie zastosowanie w życiu codziennym i przemyśle Miedź. Pod względem konkretnego wskaźnika zajmuje drugie miejsce po srebrze, a pod względem rozpowszechnienia i łatwości produkcji jest od niego znacznie lepszy. Miedź ma inne zalety, które sprawiły, że jest najczęściej używanym przewodnikiem. Obejmują one:

• wysoka odporność na korozję;
• siła mechaniczna;
• odporność na odkształcenia;
• łatwość mocowania przez lutowanie i spawanie;
• wysoka skrawalność (miedź ze względu na swoją miękkość jest zwijana w arkusze o dowolnej grubości i rozciągana) z tego drut może być tak cienki, że jego przekrój będzie miał wartość tysięcznych milimetr).

Do zastosowania w elektrotechnice stosuje się miedź rafinowaną, która po wytopieniu z rudy siarczkowej poddawana jest procesom prażenia i rozdmuchiwania, a następnie koniecznie poddawana jest oczyszczaniu elektrolitycznemu. Po takiej obróbce można uzyskać materiał bardzo wysokiej jakości (klasy M1 i M0), który będzie zawierał od 0,1 do 0,05% zanieczyszczeń. Ważnym niuansem jest obecność tlenu w bardzo małych ilościach, ponieważ wpływa on negatywnie na właściwości mechaniczne miedzi.

Metal ten jest często zastępowany tańszymi materiałami - aluminium i żelazem, a także różnymi brązami (stopy z krzemem, berylem, magnezem, cyną, kadmem, chromem i fosforem). Takie kompozycje mają wyższą wytrzymałość niż czysta miedź, choć mają niższą przewodność.

Zalety aluminium

Chociaż aluminium ma większą odporność i jest bardziej kruche, jego szerokie zastosowanie wynika z faktu, że nie jest tak rzadki jak miedź, a zatem jest tańszy. Aluminium ma rezystywność 0,028, a jego niska gęstość sprawia, że ​​jest 3,5 razy lżejsze od miedzi.

Do prac elektrycznych stosuje się oczyszczone aluminium klasy A1, zawierające nie więcej niż 0,5% zanieczyszczeń. Wyższa klasa AB00 jest używana do produkcji kondensatorów elektrolitycznych, elektrod i folii aluminiowej. Zawartość zanieczyszczeń w tym aluminium nie przekracza 0,03%. Istnieje również czysty metal AB0000, w tym nie więcej niż 0,004% dodatków. Istotne są również same zanieczyszczenia: nikiel, krzem i cynk w niewielkim stopniu wpływają na przewodność aluminium, a zawartość miedzi, srebra i magnezu w tym metalu daje wymierny efekt. Najsilniej przewodność obniżają tal i mangan.

Aluminium ma dobre właściwości antykorozyjne. W kontakcie z powietrzem pokrywa się cienką warstwą tlenku, która chroni go przed dalszym zniszczeniem. Aby poprawić właściwości mechaniczne, metal jest stapiany z innymi pierwiastkami.

Wskaźniki stali i żelaza

Rezystancja właściwa żelaza jest bardzo wysoka w porównaniu z miedzią i aluminium, jednak ze względu na: dostępność, wytrzymałość i odporność na odkształcenia, materiał jest szeroko stosowany w elektrotechnice produkcja.

Chociaż żelazo i stal, których rezystywność jest jeszcze wyższa, mają znaczne wady, producenci materiałów przewodzących znaleźli metody ich kompensacji. W szczególności, niska odporność na korozję jest przezwyciężana przez powlekanie drutu stalowego cynkiem lub miedzią.

Właściwości sodu

Sód metaliczny jest również bardzo obiecujący w produkcji przewodników. Pod względem rezystancji znacznie przewyższa miedź, ale ma gęstość 9 razy mniejszą od niej. Pozwala to na wykorzystanie materiału do produkcji ultralekkich drutów.

Metaliczny sód jest bardzo miękki i całkowicie niestabilny na wszelkiego rodzaju efekty odkształcenia, co sprawia, że problematyczne w użytkowaniu – drut wykonany z tego metalu musi być pokryty bardzo mocną osłoną o wyjątkowo małej elastyczność. Obudowa musi być szczelna, ponieważ sód jest wysoce reaktywny w najbardziej neutralnych warunkach. Natychmiast utlenia się w powietrzu i gwałtownie reaguje z wodą, w tym z zawartym powietrzem.

Kolejną korzyścią ze stosowania sodu jest jego dostępność. Można go otrzymać w procesie elektrolizy stopionego chlorku sodu, którego na świecie jest nieograniczona ilość. Inne metale wyraźnie tracą pod tym względem.

Aby obliczyć wydajność konkretnego przewodnika, konieczne jest podzielenie iloczynu określonej liczby i długości drutu przez jego pole przekroju. Wynikiem jest wartość rezystancji w omach. Na przykład, aby określić, jaka jest rezystancja 200 m drutu żelaznego o nominalnym przekroju 5 mm², należy pomnożyć 0,13 przez 200 i podzielić wynik przez 5. Odpowiedź to 5,2 oma.

Zasady i funkcje obliczania

Mikroomomierze służą do pomiaru rezystancji mediów metalicznych. Dziś produkowane są w formie cyfrowej, dzięki czemu pomiary wykonywane za ich pomocą są dokładne. Można to wytłumaczyć faktem, że metale mają wysoki poziom przewodności i mają wyjątkowo niską rezystancję. Na przykład dolny próg wskaźników to 10 ^-7 Om.

Za pomocą mikroomomierzy można szybko określić, jak dobry jest kontakt i jaką rezystancję wykazują uzwojenia generatorów, silników elektrycznych i transformatorów oraz autobusów elektrycznych. Możliwe jest obliczenie obecności wtrąceń innego metalu we wlewku. Na przykład, pozłacany kawałek wolframu wykazuje o połowę mniejszą przewodność niż całkowicie złoty kawałek. W ten sam sposób można zidentyfikować wady wewnętrzne i ubytki w przewodniku.

Aby obliczyć parametry drutu - jego długość, średnicę i rezystancję - wystarczy znać wartość jego określonej wartości ρ.

Wzór na rezystywność wygląda następująco: ρ = Ohmmm²/ m. Słowem można to opisać jako rezystancję 1 metra przewoduo polu przekroju 1 mm². Przyjmuje się, że temperatura jest standardowa - 20°C.

Wpływ temperatury na pomiar

Nagrzewanie lub chłodzenie niektórych przewodów ma znaczący wpływ na działanie przyrządów pomiarowych. Jako przykład można przytoczyć następujący eksperyment: konieczne jest podłączenie spiralnie zwiniętego drutu do akumulatora i podłączenie amperomierza do obwodu.

Im bardziej przewodnik się nagrzewa, tym mniejsze stają się odczyty przyrządu. Siła prądu jest odwrotnie proporcjonalna do oporu. W związku z tym można stwierdzić, że w wyniku nagrzewania zmniejsza się przewodność metalu. W większym lub mniejszym stopniu zachowują się w ten sposób wszystkie metale, jednak w przypadku niektórych stopów praktycznie nie obserwuje się zmian przewodnictwa.

Warto zauważyć, że przewodniki płynne i niektóre stałe niemetale mają tendencję do zmniejszania swojej rezystancji wraz ze wzrostem temperatury. Ale naukowcy wykorzystali tę zdolność metali na swoją korzyść. Znając współczynnik temperaturowy oporu (α) podczas nagrzewania niektórych materiałów można określić temperaturę zewnętrzną. Na przykład drut platynowy umieszczony na ramie z miki jest umieszczany w piekarniku i mierzona jest rezystancja. W zależności od tego, jak bardzo się zmieniło, wyciąga się wniosek dotyczący temperatury w piekarniku. Ten projekt nazywa się termometrem oporowym.

Jeśli w temperaturze T0 rezystancja przewodu wynosi r0 i w temperaturze T równa się rt, to współczynnik temperaturowy oporu wynosi

Ten wzór można obliczyć tylko w określonym zakresie temperatur (do około 200 ° C).