14.04.2018
Ca piese conductoare in instalatiile electrice se folosesc conductori din cupru, aluminiu, aliajele acestora si fier (otel).
Cuprul este unul dintre cele mai bune materiale conductoare. Densitatea cuprului la 20 ° C este de 8,95 g / cm 3, punctul de topire este de 1083 ° C. Cuprul este ușor activ din punct de vedere chimic, dar se dizolvă ușor în acid azotic și se dizolvă în acizi clorhidric și sulfuric diluați numai în prezența oxidanților. agenţi (oxigen). În aer, cuprul este acoperit rapid cu un strat subțire de oxid de culoare închisă, dar această oxidare nu pătrunde adânc în metal și servește ca protecție împotriva coroziunii ulterioare. Cuprul se pretează bine la forjare și laminare fără încălzire.
Folosit pentru fabricare cupru electroliticîn lingouri care conţin 99,93% cupru pur.
Conductivitatea electrică a cuprului depinde puternic de cantitatea și tipul de impurități și, într-o măsură mai mică, de prelucrarea mecanică și termică. la 20 ° C este 0,0172-0,018 ohm x mm2 / m.
Pentru fabricarea conductorilor se folosește cuprul moale, semidur sau dur cu o greutate specifică de 8,9, 8,95 și, respectiv, 8,96 g / cm 3.
Pentru fabricarea pieselor de piese purtătoare de curent este utilizat pe scară largă cupru în aliaje cu alte metale. Cea mai bună aplicație a primit următoarele aliaje.
Alama este un aliaj de cupru și zinc, care conține cel puțin 50% cupru în aliaj, cu adaos de alte metale. alama 0,031 - 0,079 ohm x mm2/m. Există alamă - tompak cu un conținut de cupru de peste 72% (are ductilitate ridicată, proprietăți anticorozive și anti-fricțiune) și alame speciale cu adaos de aluminiu, cositor, plumb sau mangan.
Contact din alamă
Bronzurile sunt un aliaj de cupru și staniu cu un aditiv din diferite metale. În funcție de conținutul componentului principal din aliaj, bronzurile sunt numite staniu, aluminiu, siliciu, fosfor și cadmiu. Rezistivitate bronz 0,021 - 0,052 ohmi x mm 2 /m.
Alama și bronzul au proprietăți mecanice și fizico-chimice bune. Sunt ușor de prelucrat prin turnare și presiune, rezistente la coroziunea atmosferică.
Aluminiu - prin calitățile sale al doilea material conductor după cupru. Punct de topire 659,8 ° C. Densitatea aluminiului la o temperatură de 20 ° - 2,7 g / cm 3. Aluminiul este ușor de turnat și bine prelucrat. La o temperatură de 100 - 150 ° C, aluminiul este forjat și ductil (poate fi rulat în foi de până la 0,01 mm grosime).
Conductivitatea electrică a aluminiului depinde foarte mult de impurități și puțin de tratamentul mecanic și termic. Cu cât compoziția aluminiului este mai pură, cu atât conductivitatea electrică a acestuia este mai mare și o rezistență mai bună la atacul chimic. Prelucrarea, laminarea și recoacerea afectează foarte mult Putere mecanică aluminiu. Aluminiul prelucrat la rece își mărește duritatea, elasticitatea și rezistența la tracțiune. Rezistivitatea aluminiului la 20 ° С 0,026 - 0,029 ohmi x mm 2 / m.
La înlocuirea cuprului cu aluminiu, secțiunea transversală a conductorului trebuie mărită în ceea ce privește conductivitățile, adică de 1,63 ori.
Cu o conductivitate egală, un conductor de aluminiu va fi de 2 ori mai ușor decât un conductor de cupru.
Pentru fabricarea conductorilor se folosește aluminiu, care conține cel puțin 98% aluminiu pur, siliciu nu mai mult de 0,3%, fier nu mai mult de 0,2%
Pentru fabricarea pieselor de piese purtătoare de curent, utilizați aliaje de aluminiu cu alte metale, de exemplu: Duralumin - un aliaj de aluminiu cu cupru și mangan.
Silumin este un aliaj ușor de aluminiu turnat cu un amestec de siliciu, magneziu, mangan.
Aliajele de aluminiu au proprietăți bune de turnare și rezistență mecanică ridicată.
Cele mai utilizate pe scară largă în inginerie electrică sunt următoarele aliaje de aluminiu:
Aliaj de aluminiu forjat grad AD, având aluminiu nu mai puțin de 98,8 și alte impurități până la 1,2.
Aliaj de aluminiu forjat marca AD1, având aluminiu nu mai puțin de 99,3 n alte impurități până la 0,7.
Aliaj de aluminiu forjat marca AD31, avand aluminiu 97,35 - 98,15 si alte impuritati 1,85 -2,65.
Aliajele de clase AD și AD1 sunt utilizate pentru fabricarea carcaselor și matrițelor de cleme de feronerie. Profilele și anvelopele utilizate pentru conductorii electrici sunt realizate din aliaj de calitate AD31.
Produse de la aliaje de aluminiu ca urmare a tratamentului termic dobândesc limite înalte rezistență și fluiditate (creep).
Fier - punct de topire 1539°C. Densitatea fierului este de 7,87. Fierul se dizolvă în acizi, se oxidează cu halogeni și oxigen.
Oțelurile sunt folosite în electrotehnică diverse mărci, De exemplu:
Oțelurile carbon sunt aliaje maleabile de fier cu carbon și alte impurități metalurgice.
Rezistența specifică a oțelurilor carbon este de 0,103 - 0,204 ohm x mm 2 /m.
Oțelurile aliate sunt aliaje cu adaosuri de crom, nichel și alte elemente adăugate la oțelul carbon.
Otelurile sunt bune.
Ca aditivi în aliaje, precum și pentru fabricarea de lipit și punerea în aplicare a metalelor conductoare, următoarele sunt utilizate pe scară largă:
Cadmiul este un metal maleabil. Punctul de topire al cadmiului este de 321°C. Rezistivitate 0,1 ohm x mm 2 /m. În electrotehnică, cadmiul este utilizat pentru prepararea lipiturii cu punct de topire scăzut și pentru acoperiri de protecție (cadmiu) pe suprafețele metalice. În ceea ce privește proprietățile sale anticorozive, cadmiul este aproape de zinc, dar straturile de cadmiu sunt mai puțin poroase și sunt aplicate într-un strat mai subțire decât zincul.
Nichel - punct de topire 1455°C. Rezistența specifică a nichelului este de 0,068 - 0,072 ohm x mm 2 /m. La temperaturi normale, nu este oxidat de oxigenul atmosferic. Nichelul este folosit în aliaje și pentru strat protectiv(nichelare) suprafețe metalice.
Staniu - punct de topire 231,9 ° C. Rezistența specifică a staniului este de 0,124 - 0,116 ohm x mm 2 /m. Staniul este utilizat pentru lipirea unui strat protector (coasitor) a metalelor în formă pură și sub formă de aliaje cu alte metale.
Plumb - punct de topire 327,4°C. Rezistivitate 0,217 - 0,227 ohm x mm 2 /m. Plumbul este folosit în aliaje cu alte metale ca material rezistent la acizi. Se adaugă aliajelor de lipit (lipituri).
Argintul este un metal foarte maleabil, maleabil. Punctul de topire al argintului este de 960,5°C. Argintul este cel mai bun conductor de căldură și curent electric. Rezistența specifică a argintului este de 0,015 - 0,016 ohm x mm 2 / m. Argintul este folosit pentru acoperirea de protecție (argintirea) suprafețelor metalice.
Antimoniul este un metal fragil, lucios, cu punct de topire 631°C. Antimoniul este utilizat sub formă de aditivi în aliajele de lipit (lipituri).
Cromul este un metal dur, strălucitor. Punct de topire 1830°C. Nu se schimbă în aer la temperatura normală. Rezistența specifică a cromului este de 0,026 ohm x mm 2 /m. Cromul este utilizat în aliaje și pentru acoperirea de protecție (cromare) a suprafețelor metalice.
Zinc - punct de topire 419,4°C. Rezistivitatea zincului 0,053 - 0,062 ohmi x mm 2 /m. În aerul umed, zincul se oxidează, devenind acoperit cu un strat de oxid, care protejează împotriva atacurilor chimice ulterioare. În electrotehnică, zincul este utilizat ca aditiv în aliaje și lipituri, precum și pentru o acoperire de protecție (galvanizare) a suprafețelor pieselor metalice.
De îndată ce electricitatea a părăsit laboratoarele oamenilor de știință și a început să fie introdusă pe scară largă în practica vieții de zi cu zi, s-a pus problema găsirii unor materiale care au anumite caracteristici, uneori complet opuse, în raport cu curgerea prin ele. curent electric.
De exemplu, la transmiterea energiei electrice pe o distanță lungă, au fost impuse cerințe asupra materialului firelor pentru a minimiza pierderile datorate încălzirii Joule în combinație cu caracteristicile de greutate redusă. Un exemplu în acest sens sunt liniile electrice de înaltă tensiune cunoscute, realizate din fire de aluminiu cu miez de oțel.
Sau, invers, pentru a crea încălzitoare electrice tubulare compacte, au fost necesare materiale cu o rezistență electrică relativ mare și stabilitate termică ridicată. Cel mai simplu exemplu de dispozitiv care utilizează materiale cu proprietăți similare este arzătorul unei sobe electrice obișnuite de bucătărie.
Conductorii utilizați în biologie și medicină ca electrozi, sonde și sonde necesită rezistență chimică ridicată și compatibilitate cu biomaterialele, combinate cu rezistență scăzută la contact.
O întreagă galaxie de inventatori din tari diferite: Anglia, Rusia, Germania, Ungaria și SUA. Thomas Edison, după ce a efectuat mai mult de o mie de experimente pentru a testa proprietățile materialelor potrivite pentru rolul filamentelor, a creat o lampă cu o spirală de platină. Lămpile Edison, deși aveau o durată de viață lungă, nu erau practice din cauza costului ridicat al materialului sursă.
Lucrările ulterioare ale inventatorului rus Lodygin, care a propus folosirea tungstenului și molibdenului refractar relativ ieftine cu o rezistivitate mai mare ca materiale de filet, a descoperit uz practic. În plus, Lodygin a propus pomparea aerului din becurile incandescente, înlocuirea acestuia cu gaze inerte sau nobile, ceea ce a dus la crearea lămpilor cu incandescență moderne. Pionierul producției de masă, accesibil și durabil lămpi electrice a devenit compania General Electric, căreia Lodygin i-a cesionat drepturile asupra brevetelor sale și apoi a lucrat cu succes în laboratoarele companiei pentru o lungă perioadă de timp.
Această listă poate fi continuată, deoarece mintea umană iscoditoare este atât de inventiva încât uneori, pentru a rezolva o anumită problemă tehnică, are nevoie de materiale cu proprietăți până acum necunoscute sau cu combinații incredibile ale acestor proprietăți. Natura nu mai ține pasul cu poftele noastre, iar oamenii de știință din întreaga lume s-au alăturat cursei pentru a crea materiale care nu au analogi naturali.
Este conectarea intenționată a unei carcase sau carcase electrice la un dispozitiv de protecție la pământ. De obicei, împământarea se realizează sub formă de benzi de oțel sau cupru, țevi, tije sau unghiuri îngropate în pământ la o adâncime mai mare de 2,5 metri, care, în caz de accident, asigură fluxul de curent de-a lungul circuitului. dispozitiv - carcasă sau carcasă - pământ - fir neutru al sursei de curent alternativ. Rezistența acestui circuit nu trebuie să fie mai mare de 4 ohmi. În acest caz, tensiunea de pe carcasa dispozitivului de urgență este redusă la valori care sunt sigure pentru oameni și dispozitive automate de protecție circuit electricîntr-un fel sau altul, dispozitivul de urgență este oprit.
La calcularea elementelor pământ de protecție Un rol esențial îl joacă cunoașterea rezistivității solurilor, care poate varia într-o gamă largă.
În conformitate cu datele din tabelele de referință, aria dispozitivului de împământare este selectată, numărul de elemente de împământare și proiectarea reală a întregului dispozitiv sunt calculate din aceasta. Conectarea elementelor structurale ale dispozitivului de legare la pământ de protecție se realizează prin sudare.
Electrotomografie
Explorarea electrică studiază mediul geologic aproape de suprafață, este folosită pentru a căuta minereu și minerale nemetalice și alte obiecte pe baza studiului diferitelor câmpuri electrice și electromagnetice artificiale. Un caz special de explorare electrică este tomografia cu rezistivitate electrică - o metodă de determinare a proprietăților stânci după rezistivitatea lor.
Esența metodei este aceea că la o anumită poziție a sursei câmp electric măsurătorile de tensiune se fac la diverse sonde, apoi sursa de câmp este mutată în alt loc sau comutată în altă sursă și măsurătorile sunt repetate. Sursele de câmp și sondele receptor de câmp sunt plasate la suprafață și în puțuri.
Apoi datele primite sunt procesate și interpretate folosind metode moderne de procesare computerizată care permit vizualizarea informațiilor sub formă de imagini bidimensionale și tridimensionale.
Fiind o metodă de căutare foarte precisă, electrotomografia oferă o asistență neprețuită geologilor, arheologilor și paleozoologilor.
Determinarea formei de apariție a zăcămintelor de minerale și a limitelor distribuției lor (conturarea) face posibilă identificarea apariției zăcămintelor de minerale, ceea ce reduce semnificativ costul dezvoltării lor ulterioare.
Pentru arheologi, această metodă de căutare oferă informații valoroase despre locația înmormântărilor antice și prezența artefactelor în acestea, reducând astfel costurile de excavare.
Paleozoologii folosesc electrotomografia pentru a căuta resturi fosilizate de animale antice; rezultatele muncii lor pot fi văzute în muzeele de științe naturale sub formă de reconstituiri uimitoare ale scheletelor megafaunei preistorice.
În plus, tomografia electrică este utilizată în timpul construcției și exploatării ulterioare a structurilor de inginerie: zgârie-nori, diguri, diguri, terasamente și altele.
Definițiile rezistivității în practică
Uneori, pentru a rezolva probleme practice, ne putem confrunta cu sarcina de a determina compoziția unei substanțe, de exemplu, un fir pentru un tăietor de spumă de polistiren. Avem două bobine de sârmă de diametru adecvat din diverse materiale necunoscute nouă. Pentru a rezolva problema, este necesar să găsiți rezistivitatea lor electrică și apoi să determinați materialul firului folosind diferența dintre valorile găsite sau folosind un tabel de referință.
Măsurăm cu o bandă de măsurare și tăiem 2 metri de sârmă din fiecare probă. Să determinăm diametrele firelor d₁ și d₂ cu un micrometru. Pornind multimetrul la limita inferioară a măsurării rezistenței, măsurăm rezistența probei R₁. Repetăm procedura pentru o altă probă și, de asemenea, îi măsurăm rezistența R₂.
Luăm în considerare faptul că aria secțiunii transversale a firelor este calculată prin formula
S \u003d π ∙ d 2 / 4
Acum formula pentru calcularea rezistivității electrice va arăta astfel:
ρ = R ∙ π ∙ d 2 /4 ∙ L
Înlocuind valorile obținute ale lui L, d₁ și R₁ în formula de calcul a rezistivității din articolul de mai sus, calculăm valoarea lui ρ₁ pentru prima probă.
ρ 1 \u003d 0,12 ohmi mm 2 / m
Înlocuind valorile obținute ale lui L, d₂ și R₂ în formulă, calculăm valoarea ρ₂ pentru a doua probă.
ρ 2 \u003d 1,2 ohmi mm 2 / m
Din compararea valorilor lui ρ₁ și ρ₂ cu datele de referință din tabelul 2 de mai sus, concluzionăm că materialul primului eșantion este oțel, iar cel de-al doilea eșantion este nicrom, din care vom face șirul de tăiere.
Capacitatea unui metal de a trece un curent încărcat prin el însuși se numește. La rândul său, rezistența este una dintre caracteristicile materialului. Cu cât este mai mare rezistența electrică la o anumită tensiune, cu atât aceasta va fi mai mică.Caracterizează forța de rezistență a conductorului la mișcarea electronilor încărcați direcționați de-a lungul acestuia. Deoarece proprietatea de transmisie a energiei electrice este reciproca rezistenței, înseamnă că aceasta va fi exprimată sub formă de formule ca raport de 1 / R.
Rezistivitatea depinde întotdeauna de calitatea materialului utilizat la fabricarea dispozitivelor. Se măsoară pe baza parametrilor unui conductor cu o lungime de 1 metru și o suprafață a secțiunii transversale de 1 milimetru pătrat. De exemplu, proprietatea rezistenței specifice pentru cupru este întotdeauna 0,0175 Ohm, pentru aluminiu - 0,029, fier - 0,135, constantan - 0,48, nicrom - 1-1,1. Rezistența specifică a oțelului este egală cu numărul 2 * 10-7 Ohm.m
Rezistența la curent este direct proporțională cu lungimea conductorului de-a lungul căruia se mișcă. Cu cât dispozitivul este mai lung, cu atât rezistența este mai mare. Va fi mai ușor să înveți această dependență dacă îți imaginezi două perechi imaginare de vase comunicând între ele. Lăsați tubul de conectare să rămână mai subțire pentru o pereche de dispozitive și mai gros pentru celălalt. Când ambele perechi sunt umplute cu apă, trecerea lichidului în tubul gros va fi mult mai rapidă, deoarece va avea mai puțină rezistență la curgerea apei. Prin această analogie, este mai ușor pentru el să treacă de-a lungul unui conductor gros decât unul subțire.
Rezistivitatea, ca unitate SI, se măsoară în ohm.m. Conductibilitatea depinde de calea liberă medie a particulelor încărcate, care este caracterizată de structura materialului. Metalele fara impuritati, in care cea mai corecta, au cele mai mici valori de contracarare. În schimb, impuritățile distorsionează rețeaua, crescând astfel performanța acesteia. Rezistivitatea metalelor este situată într-un interval restrâns de valori la temperatura normala: de la argint de la 0,016 la 10 µOhm.m (aliaje de fier și crom cu aluminiu).
Despre caracteristicile mișcării încărcatului
electronii dintr-un conductor sunt afectați de temperatură, deoarece pe măsură ce aceasta crește, amplitudinea oscilațiilor undei ale ionilor și atomilor existenți crește. Ca rezultat, electronii au mai puțin spațiu liber pentru mișcarea normală în rețeaua cristalină. Și asta înseamnă că obstacolul în calea mișcării ordonate crește. Rezistivitatea oricărui conductor, ca de obicei, crește liniar odată cu creșterea temperaturii. Și pentru semiconductori, dimpotrivă, este caracteristică o scădere cu grade crescânde, deoarece din această cauză se eliberează multe sarcini care creează un curent electric direct.
Procesul de răcire a unor conductori metalici este cunoscut temperatura dorită aduce rezistivitatea lor la o stare bruscă și scade la zero. Acest fenomen a fost descoperit în 1911 și numit supraconductivitate.
Termenul „rezistivitate” se referă la parametrul pe care îl are cuprul sau orice alt metal și este destul de comun în literatură. Merită să înțelegeți ce înseamnă asta.
Unul dintre tipurile de cablu de cupru
Informații generale despre rezistența electrică
În primul rând, luați în considerare conceptul de rezistență electrică. După cum știți, sub acțiunea unui curent electric asupra unui conductor (iar cuprul este unul dintre cele mai bune metale conductoare), unii dintre electronii din acesta își părăsesc locul în rețeaua cristalină și se repezi spre polul pozitiv al conductorului. Cu toate acestea, nu toți electronii părăsesc rețeaua cristalină, unii dintre ei rămân în ea și continuă să se rotească în jurul nucleului atomului. Acești electroni, precum și atomii localizați la nodurile rețelei cristaline, creează rezistență electrică care împiedică mișcarea particulelor eliberate.
Acest proces, pe care l-am subliniat pe scurt, este tipic pentru orice metal, inclusiv cuprul. Desigur, diferite metale, fiecare dintre ele având o formă și o dimensiune specială a rețelei cristaline, rezistă mișcării curentului electric prin ele în moduri diferite. Aceste diferențe sunt cele care caracterizează rezistența specifică - un indicator care este individual pentru fiecare metal.
Utilizarea cuprului în sistemele electrice și electronice
Pentru a înțelege motivul popularității cuprului ca material pentru fabricarea echipamentelor electrice și sisteme electronice, doar căutați în tabel valoarea rezistivității sale. Pentru cupru, acest parametru este de 0,0175 Ohm * mm2 / metru. În acest sens, cuprul este al doilea după argint.
Rezistivitatea scăzută, măsurată la o temperatură de 20 de grade Celsius, este motivul principal pentru care aproape niciun dispozitiv electronic și electric nu se poate face fără cupru astăzi. Cuprul este principalul material pentru producția de fire și cabluri, plăci de circuite imprimate, motoare electrice și părți ale transformatoarelor de putere.
Rezistivitatea scăzută care caracterizează cuprul face posibilă utilizarea acestuia pentru fabricarea de dispozitive electrice cu proprietăți ridicate de economisire a energiei. În plus, temperatura conductoarelor de cupru crește foarte puțin atunci când trece un curent electric prin ei.
Ce afectează valoarea rezistivității?
Este important de știut că există o dependență a valorii rezistivității de puritatea chimică a metalului. Atunci când cuprul conține chiar și o cantitate mică de aluminiu (0,02%), valoarea acestui parametru poate crește semnificativ (până la 10%).
Acest coeficient este afectat și de temperatura conductorului. Acest lucru se explică prin faptul că, odată cu creșterea temperaturii, vibrațiile atomilor de metal în nodurile rețelei sale cristaline cresc, ceea ce duce la faptul că coeficientul de rezistivitate crește.
De aceea, în toate tabelele de referință valoarea acestui parametru este dată ținând cont de o temperatură de 20 de grade.
Cum se calculează rezistența totală a unui conductor?
Este important să știi cu ce este egală rezistivitatea pentru a conduce calcule preliminare parametrii echipamentelor electrice în timpul proiectării sale. În astfel de cazuri, se determină rezistența totală a conductorilor dispozitivului proiectat, care au anumite dimensiuni și forme. După ce a analizat valoarea rezistivității conductorului conform tabelului de referință, după ce i-au determinat dimensiunile și aria secțiunii transversale, este posibil să se calculeze valoarea rezistenței sale totale folosind formula:
Această formulă folosește următoarea notație:
- R este rezistența totală a conductorului, care trebuie determinată;
- p este rezistența specifică a metalului din care este realizat conductorul (determinată conform tabelului);
- l este lungimea conductorului;
- S este aria secțiunii sale transversale.
Rezistența electrică, exprimată în ohmi, diferă de conceptul de „rezistivitate”. Pentru a înțelege ce este rezistivitatea, este necesar să o raportăm proprietăți fizice material.
Despre conductivitate și rezistivitate
Fluxul de electroni nu se mișcă liber prin material. La temperatura constanta particule elementare balansează-te în jurul unei stări de odihnă. În plus, electronii din banda de conducție interferează unul cu celălalt prin repulsie reciprocă datorită unei sarcini similare. Astfel, apare rezistența.
Conductibilitatea este o caracteristică intrinsecă a materialelor și cuantifică ușurința cu care sarcinile se pot mișca atunci când o substanță este supusă unui câmp electric. Rezistivitatea este reciproca gradului de dificultate pe care electronii îl au în deplasarea printr-un material, dând o indicație despre cât de bun sau rău este un conductor.
Important! Rezistenta electrica specifica cu valoare ridicata indică faptul că materialul este slab conductiv, în timp ce o valoare scăzută indică un material bun conductiv.
Conductivitatea specifică se notează cu litera σ și se calculează prin formula:
Rezistivitatea ρ, ca indicator invers, poate fi găsită după cum urmează:
În această expresie, E este puterea câmpului electric generat (V / m), iar J este densitatea curentului electric (A / m²). Atunci unitatea de măsură ρ va fi:
V/m x m²/A = ohm m.
Pentru conductivitatea specifică σ, unitatea în care se măsoară este Sm/m sau Siemens pe metru.
Tipuri de materiale
În funcție de rezistivitatea materialelor, acestea pot fi clasificate în mai multe tipuri:
- Dirijori. Acestea includ toate metalele, aliajele, soluțiile disociate în ioni, precum și gazele excitate termic, inclusiv plasma. Dintre nemetale, grafitul poate fi citat ca exemplu;
- Semiconductori, care sunt de fapt materiale neconductoare, ale căror rețele cristaline sunt dopate în mod intenționat cu includerea de atomi străini cu un număr mai mare sau mai mic de electroni legați. Ca urmare, în structura rețelei se formează electroni sau găuri în exces cvasi-libere, care contribuie la conductivitatea curentului;
- Dielectricii sau izolatorii disociați sunt toate materialele care nu au electroni liberi în condiții normale.
Pentru transportul energiei electrice sau in instalatii electrice casnice si industriale, un material folosit frecvent este cuprul sub forma de cabluri unipolare sau multifilare. Un metal alternativ este aluminiul, deși rezistivitatea cuprului este de 60% din cea a aluminiului. Dar este mult mai ușor decât cuprul, care a predeterminat utilizarea sa în liniile electrice ale rețelelor de înaltă tensiune. Aurul ca conductor este folosit în circuitele electrice în scopuri speciale.
Interesant. Conductivitatea electrică a cuprului pur a fost adoptată de Comisia Electrotehnică Internațională în 1913 ca standard pentru această valoare. Prin definiție, conductivitatea cuprului, măsurată la 20°, este de 0,58108 S/m. Această valoare se numește 100% LACS, iar conductivitatea materialelor rămase este exprimată ca un anumit procent din LACS.
Majoritatea metalelor au o valoare a conductibilității mai mică de 100% LACS. Cu toate acestea, există și excepții, precum argintul sau cuprul special cu conductivitate foarte mare, desemnate C-103 și, respectiv, C-110.
Dielectricii nu conduc electricitatea și sunt utilizați ca izolatori. Exemple de izolatori:
- sticlă,
- ceramică,
- plastic,
- cauciuc,
- mica,
- ceară,
- hârtie,
- lemn uscat,
- porţelan,
- unele grasimi pentru uz industrial si electric si bachelita.
Între cele trei grupuri, tranzițiile sunt fluide. Este cunoscut cu siguranță: nu există medii și materiale absolut neconductoare. De exemplu, aerul este un izolator temperatura camerei, dar în condițiile unui semnal puternic de joasă frecvență, poate deveni conductor.
Determinarea conductibilitatii
Când se compară rezistivitatea electrică a diferitelor substanțe, sunt necesare condiții de măsurare standardizate:
- În cazul lichidelor, conductoarelor slabe și izolatorilor, utilizați probe cubice cu lungimea marginii de 10 mm;
- Valorile de rezistivitate ale solurilor și formațiunilor geologice se determină pe cuburi cu lungimea fiecărei nervuri de 1 m;
- Conductivitatea unei soluții depinde de concentrația ionilor ei. O soluție concentrată este mai puțin disociată și are mai puțini purtători de sarcină, ceea ce reduce conductivitatea. Pe măsură ce diluția crește, numărul de perechi de ioni crește. Concentrația soluțiilor este setată la 10%;
- Pentru a determina rezistivitatea conductorilor metalici, se folosesc fire de un metru lungime și o secțiune transversală de 1 mm².
Dacă un material, cum ar fi un metal, poate furniza electroni liberi, atunci când se aplică o diferență de potențial, un curent electric va curge prin fir. Pe măsură ce tensiunea crește, mai mulți electroni se deplasează prin materie într-o unitate de timp. Eu cad Opțiuni suplimentare(temperatura, aria secțiunii transversale, lungimea și materialul firului) sunt neschimbate, atunci raportul dintre curent și tensiunea aplicată este, de asemenea, constant și se numește conductivitate:
În consecință, rezistența electrică va fi:
Rezultatul este în ohmi.
La rândul său, conductorul poate fi de diferite lungimi, dimensiuni în secțiune transversală și poate fi realizat din diverse materiale de care depinde valoarea lui R. Din punct de vedere matematic, această relație arată astfel:
Factorul material ține cont de coeficientul ρ.
Din aceasta putem deriva formula pentru rezistivitate:
Dacă valorile lui S și l corespund condițiilor date pentru calculul comparativ al rezistivității, adică 1 mm² și 1 m, atunci ρ = R. Când dimensiunile conductorului se modifică, se modifică și numărul de ohmi.
- o mărime electrică care caracterizează proprietatea unui material de a împiedica trecerea curentului electric. În funcție de tipul de material, rezistența poate tinde spre zero - să fie minimă (mile / micro ohmi - conductori, metale), sau să fie foarte mare (giga ohmi - izolație, dielectrice). Reciproca rezistenței electrice este .
Unitate rezistență electrică - Ohm. Se notează cu litera R. Se determină dependența rezistenței de curent și într-un circuit închis.
Ohmmetru- un dispozitiv pentru măsurarea directă a rezistenței circuitului. În funcție de intervalul valorii măsurate, acestea sunt împărțite în gigaohmmetre (pentru rezistență mare - la măsurarea izolației) și în micro / miliohmmetre (pentru rezistențe mici - la măsurarea rezistenței tranzitorii a contactelor, înfășurărilor motorului etc.).
Există o mare varietate de ohmmetre după design. diferiți producători, de la electromecanic la microelectronic. Este de remarcat faptul că un ohmmetru clasic măsoară partea activă a rezistenței (așa-numiții ohmi).
Orice rezistență (metală sau semiconductoare) dintr-un circuit de curent alternativ are o componentă activă și una reactivă. Suma activului și reactanței este impedanța circuitului ACși se calculează cu formula:
unde, Z este rezistența totală a circuitului AC;
R este rezistența activă a circuitului AC;
Xc este reactanța capacitivă a circuitului AC;
(C este capacitatea, w este viteza unghiulară a curentului alternativ)
Xl este reactanța inductivă a circuitului AC;
(L este inductanța, w este viteza unghiulară a curentului alternativ).
Rezistență activă- aceasta face parte din impedanța circuitului electric, a cărui energie este complet transformată în alte tipuri de energie (mecanică, chimică, termică). O caracteristică distinctivă a componentei active este consumul complet de energie electrică (energia nu este returnată în rețea înapoi în rețea), iar reactanța returnează o parte din energie înapoi în rețea (o proprietate negativă a componentei reactive).
Semnificația fizică a rezistenței active
Fiecare mediu prin care trec sarcinile electrice creează obstacole în calea lor (se crede că acestea sunt nodurile rețelei cristaline), în care par să lovească și să-și piardă energia, care este eliberată sub formă de căldură.
Astfel, are loc o scădere (pierdere de energie electrică), o parte din care se pierde din cauza rezistenței interne a mediului conductor.
Valoare numerică, care caracterizează capacitatea unui material de a împiedica trecerea sarcinilor și se numește rezistență. Se măsoară în Ohmi (Ohm) și este invers proporțională cu conductivitatea electrică.
Elemente diverse sistem periodic Mendeleev au rezistivitate electrică diferită (p), de exemplu, cea mai mică sp. argintul (0.016 Ohm * mm2 / m), cuprul (0.0175 Ohm * mm2 / m), aurul (0.023) și aluminiul (0.029) au rezistență. Ele sunt utilizate în industrie ca principalele materiale pe care sunt construite toată ingineria electrică și energia. Dielectricii, pe de altă parte, au o sp mare. rezistenta si folosita pentru izolare.
Rezistența unui mediu conductor poate varia semnificativ în funcție de secțiunea transversală, temperatură, mărime și frecvență a curentului. In afara de asta, medii diferite au diferiți purtători de sarcină (electroni liberi în metale, ioni în electroliți, „găuri” în semiconductori), care sunt factorii determinanți ai rezistenței.
Semnificația fizică a reactanței
În bobine și condensatoare, atunci când sunt aplicate, energia se acumulează sub formă de câmpuri magnetice și electrice, ceea ce necesită ceva timp.
Campuri magneticeîn rețelele de curent alternativ se modifică în urma direcției schimbătoare de mișcare a sarcinilor, oferind în același timp rezistență suplimentară.
În plus, există o schimbare stabilă de fază și o putere a curentului, ceea ce duce la pierderi suplimentare de electricitate.
Rezistivitate
Cum să aflăm rezistența unui material dacă nu curge prin el și nu avem un ohmmetru? Există o valoare specială pentru asta - rezistivitatea electrică a materialului V
(acestea sunt valori tabelare care sunt determinate empiric pentru majoritatea metalelor). Cu această valoare şi mărimi fizice material, putem calcula rezistența folosind formula:
Unde, p- rezistivitate (unități de măsură ohm * m / mm 2);
l este lungimea conductorului (m);
S - secțiune transversală (mm 2).
Rezistivitatea este un concept aplicat în inginerie electrică. Indică rezistența pe unitatea de lungime a unui material cu secțiune unitară la curentul care circulă prin el - cu alte cuvinte, ce rezistență are un fir de secțiune milimetrică de un metru lungime. Acest concept este utilizat în diferite calcule electrice.
Este important să înțelegem diferența dintre rezistivitatea electrică DC și rezistivitatea electrică AC. În primul caz, rezistența este cauzată exclusiv de acțiune curent continuu la dirijor. În al doilea caz, curentul alternativ (poate fi de orice formă: sinusoidal, dreptunghiular, triunghiular sau arbitrar) provoacă un câmp de vortex suplimentar în conductor, care creează și rezistență.
Reprezentare fizică
În calculele tehnice care implică cablare diferite diametre, parametrii sunt utilizați pentru a calcula lungimea necesară a cablului și a acesteia caracteristici electrice. Unul dintre parametrii principali este rezistivitatea. Formula rezistivității electrice:
ρ = R * S / l, unde:
- ρ este rezistivitatea materialului;
- R este rezistența electrică ohmică a unui anumit conductor;
- S - secțiune transversală;
- l - lungime.
Dimensiunea ρ se măsoară în Ohm mm 2 / m sau, scurtând formula - Ohm m.
Valoarea lui ρ pentru aceeași substanță este întotdeauna aceeași. Prin urmare, este o constantă care caracterizează materialul conductorului. De obicei este indicat în cărțile de referință. Pe baza acestui lucru, este deja posibil să se efectueze calculul cantităților tehnice.
Este important de spus despre conductivitatea electrică specifică. Această valoare este reciproca rezistivității materialului și este utilizată împreună cu aceasta. Se mai numește și conductivitate electrică. Cu cât această valoare este mai mare, cu atât metal mai bun conduce curentul. De exemplu, conductivitatea cuprului este de 58,14 m / (Ohm mm 2). Sau, în unități SI: 58.140.000 S/m. (Siemens per metru este unitatea SI a conductivității electrice).
Este posibil să vorbim despre rezistivitate numai în prezența elementelor care conduc curentul, deoarece dielectricii au o rezistență electrică infinită sau apropiată. Spre deosebire de ele, metalele sunt foarte bune conductoare de curent. Puteți măsura rezistența electrică a unui conductor metalic folosind un miliohmmetru, sau chiar mai precis, un microohmmetru. Valoarea este măsurată între sondele lor aplicate pe secțiunea conductorului. Acestea vă permit să verificați circuitele, cablajul, înfășurarile motoarelor și generatoarelor.
Metalele diferă prin capacitatea lor de a conduce curentul. Rezistivitatea diferitelor metale este un parametru care caracterizează această diferență. Datele sunt date la o temperatură a materialului de 20 de grade Celsius:
Parametrul ρ arată ce rezistență va avea un conductor de contor cu o secțiune transversală de 1 mm 2. Cu cât această valoare este mai mare, cu atât rezistența electrică va fi mai mare pentru firul dorit de o anumită lungime. Cel mai mic ρ, după cum se vede din listă, este pentru argint, rezistența unui metru din acest material va fi de numai 0,015 ohmi, dar acesta este un metal prea scump pentru a-l folosi. scara industriala. Următorul este cuprul, care este mult mai comun în natură (nu prețios, ci metal neferos). Prin urmare, cablurile de cupru sunt foarte frecvente.
Cuprul nu este doar un bun conductor de curent electric, ci și un material foarte ductil. Datorită acestei proprietăți, cablajul de cupru se potrivește mai bine, este rezistent la îndoire și întindere.
Cuprul este la mare căutare pe piață. Din acest material sunt fabricate multe produse diferite:
- O mare varietate de conductori;
- Piese auto (de exemplu, radiatoare);
- Mecanisme de ceas;
- Componente de calculator;
- Detalii despre dispozitive electrice și electronice.
Rezistivitatea electrică a cuprului este una dintre cele mai bune dintre materialele conducătoare de curent, așa că pe baza sa sunt create multe produse din industria electrică. În plus, cuprul este ușor de lipit, așa că este foarte comun la radioamatori.
Conductivitatea termică ridicată a cuprului îi permite să fie utilizat în dispozitive de răcire și încălzire, iar ductilitatea sa face posibilă crearea celor mai mici detalii și a celor mai subțiri conductori.
Conductorii de curent electric sunt de primul și al doilea fel. Conductorii de primul fel sunt metale. Conductorii de al doilea fel sunt soluții conductoare de lichide. Curentul din primul este transportat de electroni, iar purtătorii de curent în conductorii de al doilea fel sunt ioni, particule încărcate ale lichidului electrolitic.
Este posibil să vorbim despre conductivitatea materialelor numai în contextul temperaturii mediu inconjurator. Cu mai mult temperatura ridicata conductoarele de primul fel își măresc rezistența electrică, iar al doilea fel, dimpotrivă, scad. În consecință, există un coeficient de temperatură de rezistență al materialelor. Rezistența specifică a cuprului Ohm m crește odată cu creșterea încălzirii. De asemenea, coeficientul de temperatură α depinde numai de material, această valoare nu are dimensiune și pentru diferite metale și aliaje este egală cu următorii indicatori:
- Argint - 0,0035;
- Fier de călcat - 0,0066;
- Platină - 0,0032;
- Cupru - 0,0040;
- Tungsten - 0,0045;
- Mercur - 0,0090;
- Constantan - 0,000005;
- Nichelină - 0,0003;
- Nicrom - 0,00016.
Determinarea rezistenței electrice a unei secțiuni de conductor la temperatură ridicată R (t), se calculează prin formula:
R (t) = R (0), unde:
- R (0) - rezistenta la temperatura initiala;
- α - coeficient de temperatură;
- t - t (0) - diferența de temperatură.
De exemplu, cunoscând rezistența electrică a cuprului la 20 de grade Celsius, puteți calcula ce va fi la 170 de grade, adică atunci când este încălzit cu 150 de grade. Rezistența inițială va crește cu un factor de 1,6.
Pe măsură ce temperatura crește, conductivitatea materialelor, dimpotrivă, scade. Deoarece aceasta este inversul rezistenței electrice, atunci scade exact de același număr de ori. De exemplu, conductivitatea electrică a cuprului atunci când materialul este încălzit cu 150 de grade va scădea de 1,6 ori.
Există aliaje care practic nu își modifică rezistența electrică la schimbarea temperaturii. Așa este, de exemplu, Constantan. Când temperatura se schimbă cu o sută de grade, rezistența acesteia crește cu doar 0,5%.
Dacă conductivitatea materialelor se deteriorează cu căldură, se îmbunătățește odată cu scăderea temperaturii. Aceasta este legată de fenomenul de supraconductivitate. Dacă scădeți temperatura conductorului sub -253 de grade Celsius, rezistența sa electrică va scădea brusc: aproape la zero. Ca urmare, costurile de transport al energiei electrice sunt în scădere. Singura problema a rămas să răcească conductoarele la asemenea temperaturi. Cu toate acestea, în legătură cu descoperirile recente ale supraconductorilor de înaltă temperatură pe bază de oxizi de cupru, materialele trebuie să fie răcite la valori acceptabile.