Има най-ниско специфично съпротивление. Съпротивление и други свойства на медта

Електрическият ток I във всяко вещество се създава от движението на заредени частици в определена посока поради прилагането на външна енергия (потенциална разлика U). Всяко вещество има индивидуални свойства, които по различен начин влияят върху преминаването на тока в него. Тези свойства се оценяват чрез електрическо съпротивление R.

Георг Ом емпирично определя факторите, влияещи върху електрическото съпротивление на дадено вещество и го извежда от напрежението и тока, което е кръстено на него. Мерната единица за съпротивление в международната система SI е кръстена на него. 1 Ohm е стойността на съпротивлението, измерена при температура 0 ° C за хомогенна живачна колона с дължина 106,3 cm с площ на напречното сечение 1 mm 2.

Определение

За оценка и прилагане на практика материали за производство на електрически устройства, терминът "съпротивление на проводник". Добавеното прилагателно „специфичен“ указва фактора за използване на референтната стойност на обема, приета за въпросното вещество. Това дава възможност да се оценят електрическите параметри на различни материали.

Взема се предвид, че съпротивлението на проводника нараства с увеличаване на неговата дължина и намаляване на напречното сечение. Системата SI използва обем от хомогенен проводник с дължина 1 метър и напречно сечение 1 m 2. При техническите изчисления се използва остаряла, но удобна несистемна единица за обем, състояща се от дължина от 1 метър и площ от 1 mm 2. Формулата за съпротивление ρ е показана на фигурата.

За определяне на електрическите свойства на веществата беше въведена друга характеристика - специфична проводимост b. Той е обратно пропорционален на стойността на съпротивлението и определя способността на материала да провежда електрически ток: b = 1/ρ.

Как съпротивлението зависи от температурата?

Проводимостта на даден материал се влияе от неговата температура. Различните групи вещества се държат различно при нагряване или охлаждане. Това свойство се взема предвид при електрически проводници, работещи на открито при горещо и студено време.

Материалът и съпротивлението на жицата се избират, като се вземат предвид условията на работа.

Увеличаването на съпротивлението на проводниците срещу преминаване на ток при нагряване се обяснява с факта, че с повишаване на температурата на метала интензивността на движение на атомите и носителите на електрически заряд в него се увеличава във всички посоки, което създава ненужни пречки за движението на заредените частици в една посока и намалява количеството на техния поток.

Ако намалите температурата на метала, условията за преминаване на тока се подобряват. Когато се охладят до критична температура, много метали проявяват феномена на свръхпроводимост, когато тяхното електрическо съпротивление е практически нула. Това свойство се използва широко в мощни електромагнити.

Ефектът на температурата върху проводимостта на метала се използва от електрическата индустрия при производството на обикновени лампи с нажежаема жичка. Когато през тях преминава ток, той се нагрява до такова състояние, че излъчва светлинен поток. При нормални условия съпротивлението на нихрома е около 1,05÷1,4 (ohm ∙mm 2)/m.

Когато крушката е включена, през нажежаемата жичка преминава голям ток, който много бързо загрява метала. В същото време съпротивлението на електрическата верига се увеличава, ограничавайки първоначалния ток до номиналната стойност, необходима за получаване на осветление. По този начин силата на тока се регулира лесно чрез нихромова спирала, елиминирайки необходимостта от използване на сложни баласти, използвани в LED и флуоресцентни източници.

Как е съпротивлението на материалите, използвани в технологията?

Благородните цветни метали имат по-добра електропроводимост. Следователно критичните контакти в електрическите устройства са направени от сребро. Но това увеличава крайната цена на целия продукт. Най-приемливият вариант е използването на по-евтини метали. Например съпротивлението на медта, равно на 0,0175 (ohm ∙mm 2)/m, е доста подходящо за такива цели.

Благородни метали- злато, сребро, платина, паладий, иридий, родий, рутений и осмий, наречени главно поради тяхната висока химическа устойчивост и красив външен вид в бижутата. Освен това златото, среброто и платината имат висока пластичност, а металите от платиновата група имат огнеупорност и, подобно на златото, химическа инертност. Тези предимства на благородните метали се комбинират.

Медните сплави, които имат добра проводимост, се използват за направата на шунтове, които ограничават протичането на големи токове през измервателната глава на амперметри с голяма мощност.

Съпротивлението на алуминия 0,026÷0,029 (ohm ∙mm 2)/m е малко по-високо от това на медта, но производството и цената на този метал са по-ниски. Освен това е по-лек. Това обяснява широкото му използване в енергийния сектор за производство на външни проводници и кабелни сърцевини.

Съпротивлението на желязото 0,13 (ohm ∙mm 2)/m също позволява използването му за предаване на електрически ток, но това води до по-големи загуби на мощност. Стоманените сплави имат повишена якост. Поради това стоманените нишки са вплетени в алуминиевите въздушни проводници на електропроводи за високо напрежение, които са проектирани да издържат натоварвания на опън.

Това е особено вярно, когато се образува лед върху жици или силни пориви на вятъра.

Някои сплави, например константин и никел, имат термично стабилни резистивни характеристики в определен диапазон. Електрическото съпротивление на никела остава практически непроменено от 0 до 100 градуса по Целзий. Следователно спиралите за реостати са направени от никел.

Свойството за стриктна промяна на стойностите на съпротивлението на платината в зависимост от нейната температура се използва широко в измервателните уреди. Ако електрически ток от стабилизиран източник на напрежение премине през платинен проводник и се изчисли стойността на съпротивлението, това ще покаже температурата на платината. Това позволява скалата да бъде градуирана в градуси, съответстващи на стойностите на Ом. Този метод ви позволява да измервате температурата с точност до части от градуси.

Понякога за решаване на практически проблеми трябва да знаете кабелен импеданс или специфично съпротивление. За тази цел справочниците за кабелни продукти предоставят стойностите на индуктивното и активното съпротивление на едно ядро ​​за всяка стойност на напречното сечение. С тяхна помощ се изчисляват допустимите натоварвания и генерираната топлина, определят се приемливите условия на работа и се избира ефективна защита.

Проводимостта на металите се влияе от метода на тяхната обработка. Използването на натиск за пластична деформация нарушава структурата на кристалната решетка, увеличава броя на дефектите и повишава устойчивостта. За да се намали, се използва рекристализиращо отгряване.

Разтягането или компресирането на металите причинява еластична деформация в тях, от която амплитудите на топлинните вибрации на електроните намаляват и съпротивлението намалява донякъде.

При проектирането на заземителни системи е необходимо да се вземе предвид. Той се различава по дефиниция от горния метод и се измерва в единици SI - ом∙метър. Използва се за оценка на качеството на протичане на електрически ток в земята.

Проводимостта на почвата се влияе от много фактори, включително влажност на почвата, плътност, размер на частиците, температура и концентрация на соли, киселини и основи.

Електрическото съпротивление е физическа величина, която показва степента, до която даден материал може да устои на преминаването на електрически ток през него. Някои хора могат да объркат тази характеристика с обикновено електрическо съпротивление. Въпреки сходството на понятията, разликата между тях е, че специфичният се отнася до вещества, а вторият термин се отнася изключително до проводници и зависи от материала на тяхното производство.

Реципрочната стойност на този материал е електрическата проводимост. Колкото по-висок е този параметър, толкова по-добре протича токът през веществото. Съответно, колкото по-високо е съпротивлението, толкова повече загуби се очакват на изхода.

Формула за изчисление и стойност на измерване

Като се има предвид как се измерва специфичното електрическо съпротивление, също е възможно да се проследи връзката с неспецифичното, тъй като единиците Ohm m се използват за обозначаване на параметъра. Самото количество се означава като ρ. С тази стойност е възможно да се определи устойчивостта на дадено вещество в конкретен случай въз основа на неговия размер. Тази мерна единица съответства на системата SI, но могат да възникнат и други вариации. В технологията периодично можете да видите остарялото обозначение Ohm mm 2 /m. За да преобразувате от тази система в международната, няма да е необходимо да използвате сложни формули, тъй като 1 Ohm mm 2 /m се равнява на 10 -6 Ohm m.

Формулата за електрическо съпротивление е следната:

R= (ρ l)/S, където:

• R – съпротивление на проводника;
• Ρ – съпротивление на материала;
• l – дължина на проводника;
• S – сечение на проводника.

Температурна зависимост

Електрическото съпротивление зависи от температурата. Но всички групи вещества се проявяват по различен начин, когато се променят. Това трябва да се вземе предвид при изчисляването на проводниците, които ще работят при определени условия. Например, на улицата, където температурните стойности зависят от времето на годината, необходимите материали са по-малко податливи на промени в диапазона от -30 до +30 градуса по Целзий. Ако планирате да го използвате в оборудване, което ще работи при същите условия, тогава трябва също да оптимизирате окабеляването за конкретни параметри. Материалът винаги се избира, като се вземе предвид употребата.

В номиналната таблица електрическото съпротивление се взема при температура от 0 градуса по Целзий. Увеличаването на показателите на този параметър при нагряване на материала се дължи на факта, че интензивността на движението на атомите в веществото започва да се увеличава. Носителите на електрически заряд се разпръскват произволно във всички посоки, което води до създаване на пречки за движението на частиците. Количеството електрически поток намалява.

С понижаването на температурата условията за протичане на ток стават по-добри. При достигане на определена температура, която ще бъде различна за всеки метал, се появява свръхпроводимост, при която въпросната характеристика почти достига нула.

Разликите в параметрите понякога достигат много големи стойности. Тези материали, които имат висока производителност, могат да се използват като изолатори. Те помагат за защита на окабеляването от късо съединение и неволен човешки контакт. Някои вещества изобщо не са приложими за електротехниката, ако имат висока стойност на този параметър. Други свойства могат да попречат на това. Например електропроводимостта на водата няма да е от голямо значение за дадена област. Ето стойностите на някои вещества с високи показатели.

Веществата с ниска производителност се използват по-активно в електротехниката. Това често са метали, които служат като проводници. Между тях също има много разлики. За да разберете електрическото съпротивление на мед или други материали, струва си да погледнете референтната таблица.

Специфично обемно електрическо съпротивление

Този параметър характеризира способността за преминаване на ток през обема на веществото. За измерване е необходимо да се приложи потенциал на напрежение от различни страни на материала, от който продуктът ще бъде включен в електрическата верига. Захранва се с ток с номинални параметри. След преминаване се измерват изходните данни.

Използване в електротехниката

Промяната на параметър при различни температури се използва широко в електротехниката. Най-простият пример е лампа с нажежаема жичка, която използва нихромова нишка. При нагряване започва да свети. Когато през него преминава ток, той започва да се нагрява. С увеличаване на нагряването съпротивлението също се увеличава. Съответно първоначалният ток, който е бил необходим за получаване на осветление, е ограничен. Нихромна спирала, използваща същия принцип, може да се превърне в регулатор на различни устройства.

Широко приложение намират и благородните метали, които имат подходящи характеристики за електротехниката. За критични вериги, които изискват висока скорост, се избират сребърни контакти. Те са скъпи, но предвид сравнително малкото количество материали, използването им е напълно оправдано. Медта е по-ниска от среброто по проводимост, но има по-достъпна цена, поради което по-често се използва за създаване на проводници.

В условия, при които могат да се използват изключително ниски температури, се използват свръхпроводници. За стайна температура и използване на открито те не винаги са подходящи, тъй като с повишаването на температурата тяхната проводимост ще започне да пада, така че за такива условия алуминият, медта и среброто остават лидери.

На практика се вземат предвид много параметри и този е един от най-важните. Всички изчисления се извършват на етапа на проектиране, за което се използват референтни материали.

Въпреки факта, че тази тема може да изглежда напълно банална, в нея ще отговоря на един много важен въпрос относно изчисляването на загубата на напрежение и изчисляването на токовете на късо съединение. Мисля, че това ще бъде същото откритие за много от вас, както беше за мен.

Наскоро проучих един много интересен GOST:

ГОСТ Р 50571.5.52-2011 Електрически инсталации ниско напрежение. Част 5-52. Избор и монтаж на ел. оборудване. Електрическо окабеляване.

Този документ предоставя формула за изчисляване на загубата на напрежение и гласи:

p е съпротивлението на проводниците при нормални условия, взето равно на съпротивлението при температура при нормални условия, т.е. 1,25 съпротивление при 20 °C или 0,0225 Ohm mm 2 /m за мед и 0,036 Ohm mm 2 /m за алуминий;

Нищо не разбрах =) Очевидно, когато изчисляваме загубата на напрежение и когато изчисляваме токовете на късо съединение, трябва да вземем предвид съпротивлението на проводниците, както при нормални условия.

Струва си да се отбележи, че всички стойности на таблицата са дадени при температура от 20 градуса.

Какви са нормалните условия? Мислех, че 30 градуса по Целзий.

Нека си спомним физиката и изчислим при каква температура съпротивлението на медта (алуминия) ще се увеличи 1,25 пъти.

R1=R0

R0 – устойчивост при 20 градуса по Целзий;

R1 - съпротивление при Т1 градуса по Целзий;

T0 - 20 градуса по Целзий;

α=0,004 на градус Целзий (медта и алуминият са почти еднакви);

1,25=1+α (T1-T0)

Т1=(1,25-1)/ α+Т0=(1,25-1)/0,004+20=82,5 градуса по Целзий.

Както виждате, това изобщо не са 30 градуса. Очевидно всички изчисления трябва да се извършват при максимално допустимите температури на кабела. Максималната работна температура на кабела е 70-90 градуса в зависимост от вида на изолацията.

Честно казано, не съм съгласен с това, защото... тази температура съответства на практически авариен режим на електрическата инсталация.

В моите програми задавам съпротивлението на медта като 0,0175 Ohm mm 2 /m, а за алуминия като 0,028 Ohm mm 2 /m.

Ако си спомняте, писах, че в моята програма за изчисляване на токове на късо съединение резултатът е приблизително 30% по-малък от стойностите в таблицата. Там съпротивлението на веригата фаза-нула се изчислява автоматично. Опитах се да намеря грешката, но не успях. Очевидно неточността на изчислението се крие в използваното в програмата съпротивление. И всеки може да попита за съпротивлението, така че не би трябвало да има въпроси относно програмата, ако посочите съпротивлението от горния документ.

Но най-вероятно ще трябва да направя промени в програмите за изчисляване на загубите на напрежение. Това ще доведе до 25% увеличение на резултатите от изчислението. Въпреки че в програмата ELECTRIC загубите на напрежение са почти същите като моите.

Ако за първи път сте в този блог, можете да видите всичките ми програми на страницата

Според вас при каква температура трябва да се изчисляват загубите на напрежение: при 30 или 70-90 градуса? Има ли разпоредби, които да отговорят на този въпрос?

Една от физичните величини, използвани в електротехниката, е електрическото съпротивление. Когато се разглежда съпротивлението на алуминия, трябва да се помни, че тази стойност характеризира способността на веществото да предотвратява преминаването на електрически ток през него.

Концепции за съпротивление

Стойността, противоположна на специфичното съпротивление, се нарича специфична проводимост или електрическа проводимост. Обикновеното електрическо съпротивление е характерно само за проводник, а специфичното електрическо съпротивление е характерно само за определено вещество.

По правило тази стойност се изчислява за проводник с хомогенна структура. За определяне на електрически хомогенни проводници се използва формулата:

Физическият смисъл на тази величина се състои в определено съпротивление на хомогенен проводник с определена единица дължина и площ на напречното сечение. Мерната единица е единицата SI Om.m или несистемната единица Om.mm2/m. Последната единица означава, че проводник, изработен от хомогенна субстанция, с дължина 1 m, с площ на напречното сечение от 1 mm2, ще има съпротивление от 1 Ohm. По този начин съпротивлението на всяко вещество може да се изчисли, като се използва секция от електрическа верига с дължина 1 m, чието напречно сечение ще бъде 1 mm2.

Съпротивление на различни метали

Всеки метал има свои индивидуални характеристики. Ако сравним съпротивлението на алуминия, например с мед, можем да отбележим, че за медта тази стойност е 0,0175 Ohm.mm2/m, а за алуминия е 0,0271 Ohm.mm2/m. По този начин съпротивлението на алуминия е значително по-високо от това на медта. От това следва, че електропроводимостта е много по-висока от тази на алуминия.

Стойността на съпротивлението на металите се влияе от определени фактори. Например, по време на деформация, структурата на кристалната решетка се нарушава. Поради получените дефекти се увеличава съпротивлението на преминаването на електрони вътре в проводника. Поради това съпротивлението на метала се увеличава.

Температурата също оказва влияние. При нагряване възлите на кристалната решетка започват да вибрират по-силно, като по този начин увеличават съпротивлението. В момента, поради високото съпротивление, алуминиевите проводници се заменят широко с медни проводници, които имат по-висока проводимост.

Електрическият ток възниква в резултат на затваряне на верига с потенциална разлика между клемите. Силите на полето действат върху свободните електрони и те се движат по протежение на проводника. По време на това пътуване електроните срещат атоми и им предават част от натрупаната енергия. В резултат на това скоростта им намалява. Но поради влиянието на електрическото поле, той отново набира скорост. Така електроните постоянно изпитват съпротивление, поради което електрическият ток се нагрява.

Свойството на веществото да преобразува електричеството в топлина, когато е изложено на ток, е електрическо съпротивление и се обозначава с R, мерната му единица е Ом. Размерът на съпротивлението зависи главно от способността на различните материали да провеждат ток.
За първи път немският изследовател Г. Ом говори за съпротивлението.

За да разбере зависимостта на тока от съпротивлението, известният физик проведе много експерименти. За експерименти той използва различни проводници и получава различни индикатори.
Първото нещо, което Г. Ом установи, беше, че съпротивлението зависи от дължината на проводника. Тоест, ако дължината на проводника се увеличи, съпротивлението също се увеличи. В резултат на това тази връзка беше определена като правопропорционална.

Второто отношение е площта на напречното сечение. Може да се определи чрез напречно сечение на проводника. Площта на фигурата, образувана върху разреза, е площта на напречното сечение. Тук връзката е обратно пропорционална. Тоест, колкото по-голяма е площта на напречното сечение, толкова по-ниско е съпротивлението на проводника.

И третото, важно количество, от което зависи устойчивостта, е материалът. В резултат на факта, че Ом използва различни материали в своите експерименти, той открива различни съпротивителни свойства. Всички тези експерименти и показатели бяха обобщени в таблица, от която могат да се видят различните стойности на специфична устойчивост за различни вещества.

Известно е, че най-добрите проводници са металите. Кои метали са най-добрите проводници? Таблицата показва, че медта и среброто имат най-малко съпротивление. Медта се използва по-често поради по-ниската си цена, а среброто се използва в най-важните и критични устройства.

Веществата с високо съпротивление в таблицата не провеждат добре електричество, което означава, че те могат да бъдат отлични изолационни материали. Веществата, които имат това свойство в най-голяма степен, са порцеланът и ебонитът.

Като цяло електрическото съпротивление е много важен фактор, тъй като чрез определяне на неговия показател можем да разберем от какво вещество е направен проводникът. За да направите това, трябва да измерите площта на напречното сечение, да разберете тока с помощта на волтметър и амперметър и също да измерите напрежението. По този начин ще разберем стойността на съпротивлението и с помощта на таблицата можем лесно да идентифицираме веществото. Оказва се, че съпротивлението е като пръстов отпечатък на вещество. В допълнение, съпротивлението е важно при планирането на дълги електрически вериги: трябва да знаем този показател, за да поддържаме баланс между дължина и площ.

Има формула, която определя, че съпротивлението е 1 ом, ако при напрежение от 1V неговият ток е 1A. Тоест, съпротивлението на единица площ и единица дължина, направени от определено вещество, е специфичното съпротивление.

Трябва също така да се отбележи, че индикаторът за съпротивление директно зависи от честотата на веществото. Тоест дали има примеси. Въпреки това, добавянето на само един процент манган увеличава съпротивлението на най-проводимото вещество, медта, три пъти.

Тази таблица показва електрическото съпротивление на някои вещества.

Силно проводими материали

Мед
Както вече казахме, медта най-често се използва като проводник. Това се обяснява не само с ниската му устойчивост. Медта има предимствата на висока якост, устойчивост на корозия, лекота на използване и добра обработваемост. M0 и M1 се считат за добри класове мед. Количеството на примесите в тях не надвишава 0,1%.

Високата цена на метала и неговият недостиг напоследък насърчава производителите да използват алуминий като проводник. Също така се използват сплави на мед с различни метали.
Алуминий
Този метал е много по-лек от медта, но алуминият има висок топлинен капацитет и точка на топене. В тази връзка, за да се доведе до разтопено състояние, е необходима повече енергия от медта. Въпреки това трябва да се вземе предвид фактът на дефицит на мед.
При производството на електрически продукти, като правило, се използва алуминий клас А1. Съдържа не повече от 0,5% примеси. А металът с най-висока честота е алуминият AB0000.
Желязо
Евтиността и достъпността на желязото е засенчена от високото му съпротивление. Освен това бързо корозира. Поради тази причина стоманените проводници често са покрити с цинк. Широко се използва така нареченият биметал - това е стомана, покрита с мед за защита.
Натрий
Натрият също е достъпен и обещаващ материал, но устойчивостта му е почти три пъти по-голяма от тази на медта. В допълнение, металният натрий има висока химическа активност, което изисква покриване на такъв проводник с херметично затворена защита. Той също така трябва да предпазва проводника от механични повреди, тъй като натрият е много мек и доста крехък материал.

Свръхпроводимост
Таблицата по-долу показва съпротивлението на веществата при температура от 20 градуса. Посочването на температурата не е случайно, тъй като съпротивлението зависи пряко от този показател. Това се обяснява с факта, че при нагряване скоростта на атомите също се увеличава, което означава, че вероятността те да срещнат електрони също ще се увеличи.

Интересно е какво се случва със съпротивлението при условия на охлаждане. Поведението на атомите при много ниски температури е забелязано за първи път от G. Kamerlingh Onnes през 1911 г. Той охлади живачната жица до 4K и установи, че нейното съпротивление пада до нула. Промяната в индекса на съпротивлението на някои сплави и метали при ниски температури се нарича от физиците свръхпроводимост.

Свръхпроводниците преминават в състояние на свръхпроводимост при охлаждане и техните оптични и структурни характеристики не се променят. Основното откритие е, че електрическите и магнитните свойства на металите в свръхпроводящо състояние са много различни от свойствата им в нормално състояние, както и от свойствата на други метали, които не могат да преминат в това състояние при понижаване на температурата.
Използването на свръхпроводници се извършва главно за получаване на свръхсилно магнитно поле, чиято сила достига 107 A/m. Разработват се и свръхпроводящи електропроводни системи.

Подобни материали.