Odpor medi: ako sa meria hodnota, vzorce výpočtu, ukazovatele pre železo a hliník

Každá látka je schopná viesť prúd v inej miere, túto hodnotu ovplyvňuje odpor materiálu. Odpor medi, hliníka, ocele a akéhokoľvek iného prvku sa označuje písmenom gréckej abecedy ρ. Táto hodnota nezávisí od takých charakteristík vodiča, ako je veľkosť, tvar a fyzikálny stav, pričom bežný elektrický odpor tieto parametre zohľadňuje. Odpor sa meria v ohmoch vynásobený mm² a delený metrom.

Kategórie a ich popis

Akýkoľvek materiál je schopný vykazovať dva typy odporu v závislosti od elektriny, ktorá je do neho dodávaná. Prúd môže byť striedavý alebo konštantný, čo výrazne ovplyvňuje technické parametre látky. Takže existujú také odpory:

1. Omicheskoe. Prejavuje sa pod vplyvom jednosmerného prúdu. Charakterizuje trenie, ktoré vzniká pohybom elektricky nabitých častíc vo vodiči.
2. Aktívne. Určuje sa podľa rovnakého princípu, ale je už vytvorený pod vplyvom striedavého prúdu.

V tejto súvislosti existujú aj dve definície konkrétnej hodnoty. Pre jednosmerný prúd sa rovná odporu, ktorý vyvíja jednotka dĺžky vodivého materiálu s jednotkovou pevnou plochou prierezu. Potenciálne elektrické pole ovplyvňuje všetky vodiče, ako aj polovodiče a roztoky schopné viesť ióny. Táto hodnota určuje vodivé vlastnosti samotného materiálu. Tvar vodiča a jeho rozmery sa neberú do úvahy, preto ho možno nazvať základným v elektrotechnike a materiálovej vede.

Pod podmienkou prechodu striedavého prúdu sa špecifická hodnota vypočíta s prihliadnutím na hrúbku vodivého materiálu. Tu je ovplyvnený nielen potenciál, ale aj vírivý prúd, navyše sa berie do úvahy frekvencia elektrických polí. Odpor tohto typu je väčší ako pri konštantnom prúde, pretože tu sa berie do úvahy kladná hodnota odporu voči vírivému poľu. Táto hodnota tiež závisí od tvaru a veľkosti samotného vodiča. Práve tieto parametre určujú charakter vírivého pohybu nabitých častíc.

Striedavý prúd spôsobuje vo vodičoch určité elektromagnetické javy. Sú veľmi dôležité pre elektrický výkon vodivého materiálu:

1. Kožný efekt je charakterizovaný oslabením elektromagnetického poľa, čím viac, tým ďalej preniká do média vodiča. Tento jav sa tiež nazýva povrchový efekt.
2. Efekt blízkosti znižuje hustotu prúdu v dôsledku blízkosti a vplyvu susedných drôtov.

Tieto efekty sú veľmi dôležité pri výpočte optimálnej hrúbky vodiča, pretože pri použití drôtu s polomerom väčšia hĺbka prieniku prúdu do materiálu, zvyšok jeho hmoty zostane nevyužitý, a preto takýto prístup bude neúčinné. V súlade s vykonanými výpočtami bude efektívny priemer vodivého materiálu v niektorých situáciách takýto:

• pre prúd 50 Hz - 2,8 mm;
• 400 Hz - 1 mm;
• 40 kHz - 0,1 mm.

Vzhľadom na to sa pre vysokofrekvenčné prúdy aktívne používajú ploché viacžilové káble pozostávajúce z mnohých tenkých drôtov.

Charakteristika kovov

Špecifické ukazovatele kovových vodičov sú obsiahnuté v špeciálnych tabuľkách. Na základe týchto údajov je možné vykonať potrebné ďalšie výpočty. Príklad takejto tabuľky odporu je možné vidieť na obrázku.

Tabuľka ukazuje, že striebro má najvyššiu vodivosť – je ideálnym vodičom spomedzi všetkých existujúcich kovov a zliatin. Ak vypočítate, koľko drôtov z tohto materiálu je potrebných na získanie odporu 1 Ohm, potom vyjde 62,5 m. Drôt vyrobený zo železa pre rovnakú hodnotu bude potrebovať až 7,7 m.

Prednosti medi

Bez ohľadu na to, aké úžasné vlastnosti môže mať striebro, je to príliš drahý materiál masové využitie v energetických sieťach, preto má široké využitie v každodennom živote a priemysle meď. Z hľadiska špecifického ukazovateľa je na druhom mieste za striebrom a z hľadiska rozšírenosti a jednoduchosti výroby je na tom oveľa lepšie. Meď má ďalšie výhody, ktoré z nej urobili najpoužívanejší vodič. Tie obsahujú:

• vysoká odolnosť proti korózii;
• mechanická pevnosť;
• odolnosť proti deformácii;
• jednoduchosť upevnenia spájkovaním a zváraním;
• vysoká opracovateľnosť (vďaka svojej mäkkosti sa meď valcuje do plechov ľubovoľnej hrúbky a naťahuje sa z neho môže byť drôt taký tenký, že jeho prierez bude mať hodnotu tisícin milimeter).

Na použitie v elektrotechnike sa používa rafinovaná meď, ktorá po tavení zo sulfidovej rudy prechádza procesmi praženia a fúkania a potom nevyhnutne prechádza elektrolytickým čistením. Po takomto spracovaní môžete získať materiál veľmi vysokej kvality (triedy M1 a M0), ktorý bude obsahovať od 0,1 do 0,05% nečistôt. Dôležitou nuansou je prítomnosť kyslíka v extrémne malých množstvách, pretože negatívne ovplyvňuje mechanické vlastnosti medi.

Tento kov sa často nahrádza lacnejšími materiálmi – hliníkom a železom, ako aj rôznymi bronzmi (zliatiny s kremíkom, berýliom, horčíkom, cínom, kadmiom, chrómom a fosforom). Takéto kompozície majú vyššiu pevnosť ako čistá meď, aj keď s nižšou vodivosťou.

Výhody hliníka

Hliník má síce väčšiu odolnosť a je krehkejší, no jeho rozšírenosť je spôsobená tým, že nie je taký vzácny ako meď, a preto je lacnejší. Hliník má merný odpor 0,028 a jeho nízka hustota ho robí 3,5-krát ľahším ako meď.

Na elektrické práce sa používa čistený hliník triedy A1, ktorý neobsahuje viac ako 0,5 % nečistôt. Vyššia trieda AB00 sa používa na výrobu elektrolytických kondenzátorov, elektród a hliníkovej fólie. Obsah nečistôt v tomto hliníku nie je väčší ako 0,03%. Nechýba ani čistý kov AB0000vrátane nie viac ako 0,004 % prísad. Dôležité sú aj samotné nečistoty: nikel, kremík a zinok nevýznamne ovplyvňujú vodivosť hliníka a obsah medi, striebra a horčíka v tomto kove dáva hmatateľný efekt. Tálium a mangán najviac znižujú vodivosť.

Hliník má dobré antikorózne vlastnosti. Pri kontakte so vzduchom sa pokryje tenkým oxidovým filmom, ktorý ho chráni pred ďalšou deštrukciou. Na zlepšenie mechanických vlastností je kov legovaný inými prvkami.

Ukazovatele ocele a železa

Špecifický odpor železa je však v porovnaní s meďou a hliníkom veľmi vysoký dostupnosť, pevnosť a odolnosť proti deformácii, materiál je široko používaný v elektrotechnike výroby.

Hoci železo a oceľ, ktorých merný odpor je ešte vyšší, majú značné nevýhody, výrobcovia vodivého materiálu našli spôsoby, ako ich kompenzovať. Nízka odolnosť proti korózii je prekonaná najmä potiahnutím oceľového drôtu zinkom alebo meďou.

Vlastnosti sodíka

Kovový sodík je tiež veľmi perspektívny pri výrobe vodičov. Pokiaľ ide o odolnosť, výrazne prevyšuje meď, ale má hustotu 9-krát menšiu ako má. To umožňuje použitie materiálu pri výrobe ultraľahkých drôtov.

Kovový sodík je veľmi mäkký a úplne nestabilný voči akémukoľvek druhu deformačných účinkov, čo ho robí problematické použitie - drôt vyrobený z tohto kovu musí byť pokrytý veľmi pevným plášťom s extrémne malým flexibilita. Obal musí byť vzduchotesný, pretože sodík je vysoko reaktívny v najneutrálnejších podmienkach. Okamžite oxiduje na vzduchu a vykazuje prudkú reakciu s vodou, vrátane obsiahnutého vzduchu.

Ďalšou výhodou používania sodíka je jeho dostupnosť. Dá sa získať v procese elektrolýzy roztaveného chloridu sodného, ​​ktorého je na svete neobmedzené množstvo. Ostatné kovy v tomto smere jednoznačne strácajú.

Na výpočet výkonu konkrétneho vodiča je potrebné rozdeliť súčin konkrétneho počtu a dĺžky drôtu jeho prierezovou plochou. Výsledkom je hodnota odporu v ohmoch. Ak chcete napríklad určiť, čomu sa rovná odpor 200 m železného drôtu s menovitým prierezom 5 mm², musíte vynásobiť 0,13 číslom 200 a výsledok vydeliť 5. Odpoveď je 5,2 ohmov.

Pravidlá a vlastnosti výpočtu

Mikroohmmetre sa používajú na meranie odporu kovových médií. Dnes sa vyrábajú v digitálnej podobe, takže merania realizované s ich pomocou sú presné. Dá sa to vysvetliť skutočnosťou, že kovy majú vysokú úroveň vodivosti a majú extrémne nízky odpor. Napríklad dolný prah meradiel je 10 ^-7 Ohm.

Pomocou mikroohmmetrov rýchlo určíte, aký dobrý je kontakt a aký odpor vykazujú vinutia generátorov, elektromotorov a transformátorov, ale aj elektrobusov. Je možné vypočítať prítomnosť inklúzií iného kovu v ingote. Napríklad pozlátený volfrámový kus vykazuje polovičnú vodivosť ako celozlatý kus. Rovnakým spôsobom môžete identifikovať vnútorné chyby a dutiny vo vodiči.

Na výpočet parametrov drôtu - jeho dĺžky, priemeru a odporu - stačí poznať hodnotu jeho špecifickej hodnoty ρ.

Vzorec odporu je nasledujúci: ρ = Ohmmm²/ m. Slovami sa dá opísať ako odpor 1 metra vodičas plochou prierezu 1 mm². Predpokladá sa, že teplota je štandardná - 20 ° C.

Vplyv teploty na meranie

Ohrev alebo chladenie niektorých vodičov má významný vplyv na výkon meracích prístrojov. Ako príklad možno uviesť nasledujúci experiment: k batérii je potrebné pripojiť špirálovo vinutý drôt a do obvodu zapojiť ampérmeter.

Čím viac sa vodič zahrieva, tým menšie sú hodnoty prístroja. Sila prúdu je nepriamo úmerná odporu. Preto možno konštatovať, že v dôsledku zahrievania sa vodivosť kovu znižuje. Vo väčšej či menšej miere sa takto správajú všetky kovy, avšak u niektorých zliatin nie sú pozorované prakticky žiadne zmeny vo vodivosti.

Je pozoruhodné, že kvapalné vodiče a niektoré pevné nekovy majú tendenciu znižovať svoj odpor so zvyšujúcou sa teplotou. Vedci však túto schopnosť kovov premenili vo svoj prospech. Poznaním teplotného koeficientu odporu (α) pri ohreve niektorých materiálov je možné určiť vonkajšiu teplotu. Napríklad platinový drôt umiestnený na sľudovom ráme sa vloží do pece a meria sa odpor. Podľa toho, ako veľmi sa zmenil, sa urobí záver o teplote v rúre. Tento dizajn sa nazýva odporový teplomer.

Ak pri teplote t0 odpor vodiča je r0 a pri teplote t rovná sa rt, potom je teplotný koeficient odporu

Tento vzorec je možné vypočítať iba v určitom teplotnom rozsahu (do približne 200 ° C).