في الممارسة العملية، غالبا ما يكون من الضروري حساب مقاومة الأسلاك المختلفة. يمكن القيام بذلك باستخدام الصيغ أو باستخدام البيانات الواردة في الجدول. 1.
يؤخذ في الاعتبار تأثير المادة الموصلة باستخدام المقاومة التي يرمز لها بالحرف اليوناني؟ ويبلغ طولها 1 متر ومساحة مقطعها 1 مم2. أدنى مقاومة؟ = 0.016 أوم مم2/م بها فضة. دعونا نعطي القيمة المتوسطة لمقاومة بعض الموصلات:
الفضة - 0.016 الرصاص - 0.21، النحاس - 0.017، النيكلين - 0.42، الألومنيوم - 0.026، المنجانين - 0.42، التنغستن - 0.055، كونستانتان - 0.5، الزنك - 0.06، الزئبق - 0.96، النحاس - 0.07، نيتشروم - 1.05، الصلب - 0.1، فيشرال - 1.2، برونز الفوسفور - 0.11، كرومال - 1.45.مع وجود كميات مختلفة من الشوائب ومع نسب مختلفة من المكونات المدرجة في تكوين السبائك المتغيرة، قد تتغير المقاومة قليلا.
يتم حساب المقاومة باستخدام الصيغة:
حيث R - المقاومة، أوم؛ المقاومة (أوم مم 2) / م ؛ ل - طول السلك، م؛ ق - مساحة المقطع العرضي للسلك، مم 2.
إذا كان قطر السلك d معروفًا، فإن مساحة مقطعه تساوي:
من الأفضل قياس قطر السلك باستخدام الميكرومتر، ولكن إذا لم يكن لديك ميكرومتر، فيجب عليك لف 10 أو 20 لفة من السلك بإحكام على قلم رصاص وقياس طول الملف باستخدام المسطرة. بقسمة طول اللف على عدد اللفات نجد قطر السلك.
لتحديد طول سلك معروف القطر منه هذه المادةاللازمة للحصول على المقاومة المطلوبة، استخدم الصيغة
الجدول 1.
ملحوظة. 1. يجب أن تؤخذ بيانات الأسلاك غير المدرجة في الجدول على أنها بعض القيم المتوسطة. على سبيل المثال، بالنسبة لسلك نيكل يبلغ قطره 0.18 مم، يمكننا أن نفترض تقريبًا أن مساحة المقطع العرضي هي 0.025 مم2، والمقاومة المتر الواحد هي 18 أوم، والتيار المسموح به هو 0.075 أ.
2. بالنسبة لقيمة مختلفة لكثافة التيار، يجب تغيير البيانات الموجودة في العمود الأخير وفقًا لذلك؛ على سبيل المثال، عند كثافة تيار تبلغ 6 أمبير/مم2، يجب مضاعفتها.
مثال 1. أوجد مقاومة 30 مترًا من سلك نحاسي بقطر 0.1 مم.
حل. نحدد حسب الجدول. 1 مقاومة 1 متر من سلك النحاس تساوي 2.2 أوم. ولذلك فإن مقاومة 30 متر من السلك ستكون R = 30 2.2 = 66 أوم.
يعطي الحساب باستخدام الصيغ النتائج التالية: مساحة المقطع العرضي للسلك: s = 0.78 · 0.12 = 0.0078 mm2. بما أن مقاومة النحاس هي 0.017 (أوم مم2)/م، نحصل على R = 0.017 30/0.0078 = 65.50 م.
مثال 2. ما هي كمية سلك النيكل الذي يبلغ قطره 0.5 مم اللازمة لصنع مقاومة متغيرة تبلغ مقاومتها 40 أوم؟
حل. حسب الجدول 1، نحدد مقاومة 1 متر من هذا السلك: R = 2.12 أوم: لذلك، لصنع مقاومة متغيرة 40 أوم، تحتاج إلى سلك طوله l = 40/2.12 = 18.9 م.
دعونا نفعل نفس الحساب باستخدام الصيغ. نجد مساحة المقطع العرضي للسلك s = 0.78 0.52 = 0.195 مم2. وسيكون طول السلك l = 0.195 40/0.42 = 18.6 م.
- الكمية الكهربائية التي تميز خاصية المادة في منع سريان التيار الكهربائي. اعتمادًا على نوع المادة، يمكن أن تميل المقاومة إلى الصفر - تكون ضئيلة (ميل/ميكرو أوم - الموصلات والمعادن)، أو تكون كبيرة جدًا (جيجا أوم - العزل والعوازل). مقلوب المقاومة الكهربائية هو .
وحدةالمقاومة الكهربائية - أوم. يتم تحديده بالحرف R. يتم تحديد اعتماد المقاومة على التيار في دائرة مغلقة.
مقياس المقاومة- جهاز للقياس المباشر لمقاومة الدائرة. اعتمادًا على نطاق القيمة المقاسة، يتم تقسيمها إلى مقاييس جيجا أوم (للمقاومات الكبيرة - عند قياس العزل)، ومقاييس ميكرو/ميلي أوم (للمقاومات الصغيرة - عند قياس المقاومة العابرة للملامسات، ولفات المحرك، وما إلى ذلك).
هناك مجموعة واسعة من أجهزة قياس الأومتر حسب التصميم من مختلف الشركات المصنعة، بدءًا من الأجهزة الكهروميكانيكية وحتى الأجهزة الإلكترونية الدقيقة. تجدر الإشارة إلى أن مقياس الأومتر الكلاسيكي يقيس الجزء النشط من المقاومة (ما يسمى بالأوم).
أي مقاومة (معدنية أو شبه موصلة) في دائرة التيار المتردد لها مكون نشط ومتفاعل. مجموع المقاومة النشطة والمتفاعلة هو مقاومة دائرة التيار المترددويتم حسابها بواسطة الصيغة:
حيث Z هي المقاومة الكلية لدائرة التيار المتردد؛
R هي المقاومة النشطة لدائرة التيار المتردد؛
Xc هي المفاعلة السعوية لدائرة التيار المتردد؛ 
(C - السعة، ث - السرعة الزاوية للتيار المتردد)
Xl هي المفاعلة الحثية لدائرة التيار المتردد؛ 
(L هو الحث، w هو السرعة الزاوية للتيار المتردد).
المقاومة النشطة- هذا جزء من المقاومة الكلية للدائرة الكهربائية، والتي يتم تحويل طاقتها بالكامل إلى أنواع أخرى من الطاقة (الميكانيكية والكيميائية والحرارية). الخاصية المميزة للمكون النشط هي الاستهلاك الكامل لكل الكهرباء (لا يتم إرجاع أي طاقة إلى الشبكة)، وتعيد المفاعلة جزءًا من الطاقة مرة أخرى إلى الشبكة (خاصية سلبية للمكون التفاعلي).
المعنى المادي للمقاومة النشطة
كل بيئة تمر فيها الشحنات الكهربائية تخلق عقبات في طريقها (يُعتقد أن هذه هي عقد الشبكة البلورية)، والتي يبدو أنها تصطدم بها وتفقد طاقتها، والتي يتم إطلاقها على شكل حرارة.
وهكذا يحدث هبوط (فقدان الطاقة الكهربائية) يفقد جزء منه بسبب المقاومة الداخلية للوسط الموصل.
تسمى القيمة العددية التي تميز قدرة المادة على منع مرور الشحنات بالمقاومة. ويقاس بالأوم (أوم) ويتناسب عكسيا مع التوصيل الكهربائي.
عناصر متنوعة الجدول الدوريلدى Mendeleev مقاومات كهربائية مختلفة (ع)، على سبيل المثال، الأصغر. تتمتع الفضة (0.016 أوم*مم2/م)، والنحاس (0.0175 أوم*مم2/م)، والذهب (0.023) والألمنيوم (0.029) بمقاومة. يتم استخدامها في الصناعة باعتبارها المواد الرئيسية التي بنيت عليها جميع الهندسة الكهربائية والطاقة. على العكس من ذلك، فإن المواد العازلة لها قيمة صدمة عالية. المقاومة وتستخدم للعزل.
يمكن أن تختلف مقاومة الوسط الموصل بشكل كبير اعتمادًا على المقطع العرضي ودرجة الحرارة وحجم وتردد التيار. بالإضافة إلى ذلك، تحتوي البيئات المختلفة على حاملات شحن مختلفة (الإلكترونات الحرة في المعادن، والأيونات في الإلكتروليتات، و"الثقوب" في أشباه الموصلات)، وهي العوامل المحددة للمقاومة.
المعنى الفيزيائي للتفاعل
في الملفات والمكثفات، عند تطبيقها، تتراكم الطاقة في شكل مجالات مغناطيسية وكهربائية، الأمر الذي يستغرق بعض الوقت.
يتم إنشاء التيار الكهربائي I في أي مادة عن طريق حركة الجزيئات المشحونة في اتجاه معين بسبب تطبيق الطاقة الخارجية (فرق الجهد U). كل مادة لها خصائص فردية تؤثر بشكل مختلف على مرور التيار فيها. يتم تقييم هذه الخصائص عن طريق المقاومة الكهربائية R.
حدد جورج أوم تجريبيًا العوامل المؤثرة على المقاومة الكهربائية للمادة واشتقها من الجهد والتيار، وهو ما سمي باسمه. وحدة المقاومة في النظام الدوليتم تسمية SI باسمه. 1 أوم هي قيمة المقاومة المقاسة عند درجة حرارة 0 درجة مئوية لعمود زئبقي متجانس طوله 106.3 سم ومساحة مقطعه 1 مم2.
تعريف
لتقييم وتطبيق المواد اللازمة لتصنيع الأجهزة الكهربائية، هذا المصطلح "مقاومة الموصل". وتشير الصفة المضافة "محددة" إلى عامل استخدام قيمة الحجم المرجعي المعتمدة للمادة المعنية. هذا يجعل من الممكن تقييم المعلمات الكهربائية للمواد المختلفة.
ويؤخذ في الاعتبار أن مقاومة الموصل تزداد بزيادة طوله وتناقص مقطعه العرضي. يستخدم نظام SI حجم موصل متجانس بطول 1 متر ومقطع عرضي 1 م 2. في الحسابات الفنية، يتم استخدام وحدة حجم غير نظامية قديمة ولكنها ملائمة، وتتكون من طول 1 متر ومساحة 1 مم 2. تظهر صيغة المقاومة ρ في الشكل.
لتحديد الخواص الكهربائية للمواد، تم تقديم خاصية أخرى - الموصلية المحددة ب. ويتناسب عكسيا مع قيمة المقاومة ويحدد قدرة المادة على التوصيل كهرباء: ب =1/ρ.
كيف تعتمد المقاومة على درجة الحرارة؟
تتأثر موصلية المادة بدرجة حرارتها. تتصرف المجموعات المختلفة من المواد بشكل مختلف عند تسخينها أو تبريدها. تؤخذ هذه الخاصية بعين الاعتبار في الأسلاك الكهربائية التي تعمل في الهواء الطلق في الطقس الحار والبارد.
يتم اختيار المادة ومقاومية السلك مع مراعاة ظروف التشغيل.
يتم تفسير الزيادة في مقاومة الموصلات لمرور التيار عند تسخينها بحقيقة أنه مع زيادة درجة حرارة المعدن، تزداد شدة حركة الذرات وحاملات الشحنة الكهربائية فيه في جميع الاتجاهات، مما يخلق عقبات غير ضرورية أمام حركة الجزيئات المشحونة في اتجاه واحد ويقلل من كمية تدفقها.
إذا قمت بتقليل درجة حرارة المعدن، فإن ظروف مرور التيار تتحسن. عند تبريدها إلى درجة حرارة حرجة، تظهر العديد من المعادن ظاهرة الموصلية الفائقة، عندما تكون مقاومتها الكهربائية صفرًا تقريبًا. تستخدم هذه الخاصية على نطاق واسع في المغناطيسات الكهربائية القوية.
يتم استخدام تأثير درجة الحرارة على موصلية المعدن من قبل الصناعة الكهربائية في تصنيع المصابيح المتوهجة العادية. عندما يمر تيار من خلالها، فإنه يسخن إلى درجة أنه ينبعث منه تدفق ضوئي. في ظل الظروف العادية، تكون مقاومة النيتشروم حوالي 1.05÷1.4 (أوم ∙ مم 2)/م.
عند تشغيل المصباح الكهربائي، يمر تيار كبير عبر الفتيل، مما يؤدي إلى تسخين المعدن بسرعة كبيرة. وفي الوقت نفسه، تزداد مقاومة الدائرة الكهربائية، مما يحد من التيار الأولي إلى القيمة الاسمية اللازمة للحصول على الإضاءة. وبهذه الطريقة، يتم تنظيم القوة الحالية بسهولة من خلال دوامة نيتشروم، مما يلغي الحاجة إلى استخدام كوابح معقدة تستخدم في مصادر LED والفلورسنت.
ما هي مقاومة المواد المستخدمة في التكنولوجيا؟
تتمتع المعادن النبيلة غير الحديدية بخصائص توصيل كهربائي أفضل. ولذلك، فإن الاتصالات الهامة في الأجهزة الكهربائية مصنوعة من الفضة. ولكن هذا يزيد من التكلفة النهائية للمنتج بأكمله. الخيار الأكثر قبولًا هو استخدام معادن أرخص. على سبيل المثال، مقاومة النحاس التي تساوي 0.0175 (أوم ∙ مم 2)/م مناسبة تمامًا لمثل هذه الأغراض.
المعادن النبيلة- الذهب والفضة والبلاتين والبلاديوم والإيريديوم والروديوم والروثينيوم والأوسيميوم، وقد سُميت بشكل رئيسي بسبب مقاومتها الكيميائية العالية ومظهرها الجميل في المجوهرات. بالإضافة إلى ذلك، يتمتع الذهب والفضة والبلاتين بمرونة عالية، كما أن معادن مجموعة البلاتين لها مقاومة للحرارة وخمول كيميائي، مثل الذهب. يتم الجمع بين هذه المزايا للمعادن النبيلة.
تُستخدم سبائك النحاس، ذات الموصلية الجيدة، في صنع مجزئات تحد من تدفق التيارات الكبيرة من خلال رأس القياس لأجهزة القياس عالية الطاقة.
المقاومة النوعيةالألومنيوم 0.026÷0.029 (أوم ∙ مم 2)/م أعلى قليلاً من النحاس، لكن إنتاج وتكلفة هذا المعدن أقل. بالإضافة إلى أنها أخف وزنا. وهذا ما يفسر استخدامه على نطاق واسع في قطاع الطاقة لتصنيع الأسلاك الخارجية وقلب الكابلات.
مقاومة الحديد 0.13 (أوم ∙ مم 2)/م تسمح أيضًا باستخدامه لنقل التيار الكهربائي، لكن هذا يؤدي إلى فقد أكبر للطاقة. زادت قوة سبائك الصلب. لذلك، يتم نسج الخيوط الفولاذية في الأسلاك العلوية المصنوعة من الألومنيوم لخطوط الطاقة عالية الجهد، والتي تم تصميمها لتحمل أحمال الشد.
هذا صحيح بشكل خاص عندما يتشكل الجليد على الأسلاك أو عند هبوب الرياح القوية.
بعض السبائك، على سبيل المثال، قسطنطين والنيكل، لها خصائص مقاومة مستقرة حراريا في نطاق معين. تظل المقاومة الكهربائية للنيكل دون تغيير تقريبًا من 0 إلى 100 درجة مئوية. لذلك، اللوالب للمقاومات مصنوعة من النيكل.
تُستخدم خاصية التغيير الصارم لقيم مقاومة البلاتين اعتمادًا على درجة حرارته على نطاق واسع في أدوات القياس. إذا تم تمرير تيار كهربائي من مصدر جهد ثابت عبر موصل بلاتيني وتم حساب قيمة المقاومة، فسوف يشير ذلك إلى درجة حرارة البلاتين. وهذا يسمح بتدرج المقياس بالدرجات المقابلة لقيم أوم. تتيح لك هذه الطريقة قياس درجة الحرارة بدقة أجزاء من الدرجات.
في بعض الأحيان لحل المشكلات العملية التي تحتاج إلى معرفتها مقاومة الكابل أو مقاومة محددة. ولهذا الغرض، توفر الكتب المرجعية لمنتجات الكابلات قيم المقاومة الحثية والفعالة لنواة واحدة لكل قيمة مقطعية. يتم استخدامها لحساب الأحمال المسموح بهايتم تحديد ظروف التشغيل المسموح بها والحرارة المتولدة واختيار الحماية الفعالة.
تتأثر موصلية المعادن بطريقة معالجتها. يؤدي استخدام الضغط من أجل تشوه البلاستيك إلى تعطيل بنية الشبكة البلورية وزيادة عدد العيوب وزيادة المقاومة. لتقليل ذلك، يتم استخدام إعادة التبلور الصلب.
يؤدي تمدد المعادن أو ضغطها إلى حدوث تشوه مرن فيها، مما يؤدي إلى انخفاض سعة الاهتزازات الحرارية للإلكترونات وانخفاض المقاومة إلى حد ما.
عند تصميم أنظمة التأريض، فمن الضروري أن تأخذ بعين الاعتبار. ويختلف في التعريف عن الطريقة المذكورة أعلاه ويتم قياسه بوحدات النظام الدولي - أوم∙متر. يتم استخدامه لتقييم جودة تدفق التيار الكهربائي داخل الأرض.
تتأثر موصلية التربة بعدة عوامل، بما في ذلك رطوبة التربة وكثافتها وحجم الجسيمات ودرجة الحرارة وتركيز الأملاح والأحماض والقلويات.
كل مادة قادرة على توصيل التيار بدرجات متفاوتة، وتتأثر هذه القيمة بمقاومة المادة. يُشار إلى مقاومة النحاس والألمنيوم والصلب وأي عنصر آخر بالحرف ρ من الأبجدية اليونانية. لا تعتمد هذه القيمة على خصائص الموصل مثل الحجم والشكل و الحالة الفيزيائية، تأخذ المقاومة الكهربائية العادية هذه المعلمات في الاعتبار. تقاس المقاومة بوحدة الأوم مضروبة في المليمتر² ومقسمة على المتر.
الفئات وأوصافها
أي مادة قادرة على إظهار نوعين من المقاومة اعتمادًا على الكهرباء الموردة لها. يمكن أن يكون التيار متغيرًا أو ثابتًا، مما يؤثر بشكل كبير على الأداء الفني للمادة. لذلك، هناك مثل هذه المقاومة:
- أومي. يظهر تحت تأثير التيار المباشر. يميز الاحتكاك الناتج عن حركة الجزيئات المشحونة كهربائيًا في الموصل.
- نشيط. يتم تحديده وفقًا لنفس المبدأ، ولكن يتم إنشاؤه تحت تأثير التيار المتردد.
وفي هذا الصدد، هناك أيضًا تعريفان للقيمة المحددة. بالنسبة للتيار المباشر، فهو يساوي المقاومة التي تمارسها وحدة طول المادة الموصلة لوحدة مساحة المقطع العرضي الثابتة. ويؤثر المجال الكهربائي المحتمل على جميع الموصلات، وكذلك على أشباه الموصلات والمحاليل القادرة على توصيل الأيونات. تحدد هذه القيمة الخصائص الموصلة للمادة نفسها. ولا يؤخذ في الاعتبار شكل الموصل وأبعاده، لذلك يمكن تسميته أساسيًا في الهندسة الكهربائية وعلوم المواد.
في حالة مرور التيار المتردد، يتم حساب القيمة المحددة مع الأخذ بعين الاعتبار سمك المادة الموصلة. هنا يحدث تأثير ليس فقط الإمكانات، ولكن أيضًا التيار الدوامي، بالإضافة إلى ذلك، يتم أخذ تردد المجالات الكهربائية في الاعتبار. المقاومة من هذا النوع أكبر من المقاومة الحالية، حيث يتم هنا أخذ القيمة الإيجابية لمقاومة المجال الدوامي في الاعتبار. تعتمد هذه القيمة أيضًا على شكل وحجم الموصل نفسه. هذه المعلمات هي التي تحدد طبيعة حركة الدوامة للجزيئات المشحونة.
يسبب التيار المتردد بعض الظواهر الكهرومغناطيسية في الموصلات. إنها مهمة جدًا للخصائص الكهربائية للمادة الموصلة:
- يتميز تأثير الجلد بإضعاف المجال الكهرومغناطيسي، كلما تغلغل في وسط الموصل. وتسمى هذه الظاهرة أيضًا بالتأثير السطحي.
- تأثير القرب يقلل من كثافة التيار بسبب قرب الأسلاك المجاورة وتأثيرها.
هذه التأثيرات مهمة جدًا عند حساب السُمك الأمثل للموصل، لأنه عند استخدام سلك نصف قطره أكبر من عمق اختراق التيار في المادة، ستبقى بقية كتلته غير مستخدمة، وبالتالي سيكون هذا النهج غير فعال. وفقا للحسابات التي تم إجراؤها، فإن القطر الفعال للمادة الموصلة في بعض الحالات سيكون على النحو التالي:
- لتيار 50 هرتز - 2.8 ملم؛
- 400 هرتز - 1 مم؛
- 40 كيلو هرتز - 0.1 ملم.
في ضوء ذلك، يتم استخدام استخدام الألواح المسطحة بنشاط للتيارات عالية التردد. كابلات متعددة النواةتتكون من العديد من الأسلاك الرفيعة.
خصائص المعادن
وترد مؤشرات محددة للموصلات المعدنية في جداول خاصة. باستخدام هذه البيانات، يمكنك إجراء الحسابات الإضافية اللازمة. يمكن رؤية مثال على جدول المقاومة في الصورة.
يوضح الجدول أن الفضة تتمتع بأكبر قدر من الموصلية - فهي موصل مثالي بين جميع المعادن والسبائك الموجودة. إذا قمت بحساب مقدار السلك المطلوب من هذه المادة للحصول على مقاومة 1 أوم، فستحصل على 62.5 م، وسيتطلب سلك الحديد بنفس القيمة ما يصل إلى 7.7 م.
بغض النظر عن مدى خصائص الفضة الرائعة، فهي مادة باهظة الثمن للاستخدام الشامل في الشبكات الكهربائية، لذلك وجد النحاس تطبيقًا واسعًا في الحياة اليومية والصناعة. ومن حيث المؤشر المحدد فهو في المرتبة الثانية بعد الفضة، ومن حيث الانتشار وسهولة استخراجه فهو أفضل منه بكثير. يتمتع النحاس بمزايا أخرى سمحت له بأن يصبح الموصل الأكثر شيوعًا. وتشمل هذه:
للاستخدام في الهندسة الكهربائية، يتم استخدام النحاس المكرر، والذي، بعد الصهر من خام الكبريتيد، يمر بعمليات التحميص والنفخ، ثم يخضع بالضرورة للتنقية كهربائيا. بعد هذه المعالجة، يمكنك الحصول على مواد ذات جودة عالية جدًا (الدرجات M1 وM0)، والتي ستحتوي على شوائب تتراوح من 0.1 إلى 0.05٪. فارق بسيط مهمهو وجود الأكسجين بكميات صغيرة للغاية، لأنه يؤثر سلبا على الخصائص الميكانيكية للنحاس.
في كثير من الأحيان يتم استبدال هذا المعدن بمواد أرخص - الألومنيوم والحديد، وكذلك البرونز المختلفة (سبائك السيليكون والبريليوم والمغنيسيوم والقصدير والكادميوم والكروم والفوسفور). تتمتع هذه التركيبات بقوة أعلى مقارنة بالنحاس النقي، على الرغم من أن موصليتها أقل.
مزايا الألومنيوم
على الرغم من أن الألومنيوم يتمتع بمقاومة أكبر وأكثر هشاشة، إلا أن استخدامه على نطاق واسع يرجع إلى حقيقة أنه ليس نادرًا مثل النحاس وبالتالي يكلف أقل. يتمتع الألومنيوم بمقاومة تبلغ 0.028 وكثافته المنخفضة تجعله أخف بمقدار 3.5 مرة من النحاس.
للأعمال الكهربائية، يتم استخدام الألومنيوم المنقى من الدرجة A1، والذي لا يحتوي على أكثر من 0.5٪ من الشوائب. يتم استخدام الدرجة الأعلى AB00 لتصنيع المكثفات الإلكتروليتية والأقطاب الكهربائية ورقائق الألومنيوم. محتوى الشوائب في هذا الألومنيوم لا يزيد عن 0.03%. يوجد أيضًا معدن نقي AB0000، بما لا يزيد عن 0.004% من المواد المضافة. الشوائب نفسها مهمة أيضًا: النيكل والسيليكون والزنك لها تأثير طفيف على موصلية الألومنيوم، كما أن محتوى النحاس والفضة والمغنيسيوم في هذا المعدن له تأثير ملحوظ. الثاليوم والمنغنيز يقللان من الموصلية أكثر من غيرها.
الألومنيوم لديه خصائص جيدة مضادة للتآكل. عند ملامسته للهواء، يصبح مغطى بطبقة رقيقة من الأكسيد، مما يحميه من المزيد من التدمير. لتحسين الخصائص الميكانيكية، يتم خلط المعدن مع عناصر أخرى.
مؤشرات الصلب والحديد
مقاومة الحديد مقارنة بالنحاس والألومنيوم عالية جدًا، ومع ذلك، نظرًا لتوفره وقوته ومقاومته للتشوه، يتم استخدام المادة على نطاق واسع في الإنتاج الكهربائي.
على الرغم من أن الحديد والصلب، اللذين تكون مقاومتهما أعلى، لهما عيوب كبيرة، فقد وجد مصنعو المواد الموصلة طرقًا للتعويض عنها. على وجه الخصوص، يتم التغلب على المقاومة المنخفضة للتآكل عن طريق طلاء الأسلاك الفولاذية بالزنك أو النحاس.
خصائص الصوديوم
يعد معدن الصوديوم أيضًا واعدًا جدًا في إنتاج الموصلات. ومن حيث المقاومة فهو يفوق النحاس بشكل ملحوظ، ولكن كثافته أقل من ذلك بـ 9 مرات. وهذا يسمح باستخدام المادة في تصنيع الأسلاك الخفيفة للغاية.
معدن الصوديوم ناعم جدًا وغير مستقر تمامًا لأي نوع من التشوه، مما يجعل استخدامه مشكلة - يجب تغطية السلك المصنوع من هذا المعدن بغمد قوي جدًا مع مرونة قليلة للغاية. يجب أن تكون القشرة مغلقة، لأن الصوديوم يُظهر نشاطًا كيميائيًا قويًا في ظل الظروف الأكثر حيادية. يتأكسد على الفور في الهواء ويظهر تفاعلًا عنيفًا مع الماء، بما في ذلك الماء الموجود في الهواء.
فائدة أخرى لاستخدام الصوديوم هو توافره. ويمكن الحصول عليه من خلال التحليل الكهربائي لكلوريد الصوديوم المنصهر، والذي توجد منه كمية غير محدودة في العالم. من الواضح أن المعادن الأخرى أقل شأنا في هذا الصدد.
لحساب أداء موصل معين، من الضروري تقسيم منتج العدد المحدد وطول السلك على مساحة مقطعه العرضي. ستكون النتيجة قيمة المقاومة بالأوم. على سبيل المثال، لتحديد مقاومة 200 متر من سلك حديدي بمقطع عرضي اسمي 5 مم²، تحتاج إلى ضرب 0.13 في 200 وتقسيم النتيجة على 5. الإجابة هي 5.2 أوم.
قواعد وميزات الحساب
تستخدم أجهزة القياس الدقيقة لقياس مقاومة الوسائط المعدنية. واليوم يتم إنتاجها في نسخة رقمية، وبالتالي فإن القياسات التي يتم إجراؤها بمساعدتها دقيقة. يمكن تفسير ذلك بحقيقة أن المعادن تتمتع بمستوى عالٍ من الموصلية ولديها مقاومة منخفضة للغاية. على سبيل المثال، الحد الأدنى أدوات القياسبقيمة 10 -7 أوم.
باستخدام أجهزة قياس الميكروأومتر، يمكنك بسرعة تحديد مدى جودة الاتصال وما هي المقاومة التي تظهرها ملفات المولدات والمحركات الكهربائية والمحولات، وكذلك الحافلات الكهربائية. من الممكن حساب وجود شوائب معدن آخر في السبيكة. على سبيل المثال، قطعة من التنغستن المطلية بالذهب تظهر نصف موصلية الذهب بالكامل. يمكن استخدام نفس الطريقة لتحديد العيوب الداخلية والتجويفات في الموصل.
صيغة المقاومة هي كما يلي: ρ = أوم مم 2 /م. بالكلمات يمكن وصفها بأنها مقاومة 1 متر من الموصل، بمساحة مقطع عرضي 1 مم². من المفترض أن تكون درجة الحرارة قياسية - 20 درجة مئوية.
تأثير درجة الحرارة على القياس
إن تسخين أو تبريد بعض الموصلات له تأثير كبير على أداء أدوات القياس. مثال على ذلك هو التجربة التالية: من الضروري توصيل سلك ملفوف حلزونيًا بالبطارية وتوصيل مقياس التيار الكهربائي بالدائرة.
كلما زادت حرارة الموصل، انخفضت القراءات على الجهاز. لقد عادت القوة الحالية الاعتماد النسبيمن المقاومة. لذلك، يمكننا أن نستنتج أنه نتيجة للتسخين، تنخفض الموصلية المعدنية. إلى حد أكبر أو أقل، جميع المعادن تتصرف بهذه الطريقة، ولكن في بعض السبائك لا يوجد أي تغيير في الموصلية.
ومن الجدير بالذكر أن الموصلات السائلة وبعض اللافلزات الصلبة تميل إلى تقليل مقاومتها مع ارتفاع درجة الحرارة. لكن العلماء قاموا أيضًا بتحويل قدرة المعادن هذه لصالحهم. وبمعرفة المعامل الحراري للمقاومة (α) عند تسخين بعض المواد يمكن تحديد درجة الحرارة الخارجية. على سبيل المثال، يتم وضع سلك بلاتيني موضوع على إطار من الميكا في الفرن ويتم قياس المقاومة. اعتمادًا على مقدار التغير، يتم التوصل إلى نتيجة حول درجة الحرارة في الفرن. ويسمى هذا التصميم مقياس حرارة المقاومة.
إذا كان في درجة الحرارة ر 0 مقاومة الموصل ص 0، وفي درجة الحرارة ريساوي غ، فإن معامل درجة الحرارة للمقاومة يساوي 
لا يمكن إجراء الحساب باستخدام هذه الصيغة إلا في نطاق درجة حرارة معين (يصل إلى 200 درجة مئوية تقريبًا).
تختلف المقاومة الكهربائية، المعبر عنها بالأوم، عن مفهوم المقاومة. لفهم ماهية المقاومة، علينا ربطها بالخصائص الفيزيائية للمادة.
حول الموصلية والمقاومة
لا يتحرك تدفق الإلكترونات دون عوائق عبر المادة. عند درجة حرارة ثابتة الجسيمات الأوليةتأرجح حول حالة من الراحة. بالإضافة إلى ذلك، تتداخل الإلكترونات الموجودة في نطاق التوصيل مع بعضها البعض من خلال التنافر المتبادل بسبب الشحنات المتشابهة. هكذا تنشأ المقاومة.
تعتبر الموصلية خاصية جوهرية للمواد وتحدد مدى سهولة تحرك الشحنات عندما تتعرض المادة لمجال كهربائي. المقاومة هي مقلوب المادة وتصف درجة الصعوبة التي تواجهها الإلكترونات أثناء تحركها عبر المادة، مما يعطي إشارة إلى مدى جودة الموصل أو سوءه.
مهم!تشير المقاومة الكهربائية ذات القيمة العالية إلى أن المادة موصلة رديئة، بينما تشير المقاومة ذات القيمة المنخفضة إلى أنها موصلة جيدة.
يتم تحديد الموصلية النوعية بالحرف σ ويتم حسابها بالصيغة:
يمكن العثور على المقاومة ρ، كمؤشر عكسي، على النحو التالي:
في هذا التعبير، E هي شدة المجال الكهربائي المولد (V/m)، وJ هي كثافة التيار الكهربائي (A/m²). ثم وحدة القياس ρ ستكون:
V/م × م²/أ = أوم م.
بالنسبة للتوصيلية σ، الوحدة التي يتم قياسها بها هي S/m أو سيمنز لكل متر.
أنواع المواد
حسب مقاومة المواد يمكن تصنيفها إلى عدة أنواع:
- الموصلات. وتشمل هذه جميع المعادن والسبائك والمحاليل المتفككة إلى أيونات، وكذلك الغازات المثارة حرارياً، بما في ذلك البلازما. ومن بين المواد غير المعدنية، يمكن الاستشهاد بالجرافيت كمثال؛
- أشباه الموصلات، وهي في الواقع مواد غير موصلة، والتي يتم تطعيم شبكاتها البلورية عمدًا بإدراج ذرات غريبة تحتوي على عدد أكبر أو أقل من الإلكترونات المرتبطة. ونتيجة لذلك، تتشكل إلكترونات أو ثقوب زائدة شبه خالية في بنية الشبكة، مما يساهم في توصيل التيار؛
- العوازل أو العوازل المنفصلة هي جميع المواد التي لا تحتوي في الظروف العادية على إلكترونات حرة.
لنقل الطاقة الكهربائية أو في التركيبات الكهربائية المنزلية و الأغراض الصناعيةالمادة شائعة الاستخدام هي النحاس على شكل كابلات أحادية النواة أو متعددة النواة. المعدن البديل هو الألومنيوم، على الرغم من أن مقاومة النحاس تبلغ 60% من مقاومة الألومنيوم. لكنه أخف بكثير من النحاس، الذي حدد استخدامه في خطوط الكهرباء ذات الجهد العالي. يستخدم الذهب كموصل في الدوائر الكهربائية ذات الأغراض الخاصة.
مثير للاهتمام.تم اعتماد الموصلية الكهربائية للنحاس النقي من قبل اللجنة الكهروتقنية الدولية في عام 1913 كمعيار لهذه القيمة. بحكم التعريف، فإن موصلية النحاس المقاسة عند 20 درجة هي 0.58108 سي/م. تسمى هذه القيمة 100% LACS، ويتم التعبير عن موصلية المواد المتبقية كنسبة مئوية معينة من LACS.
معظم المعادن لها قيمة موصلية أقل من 100% LACS. ومع ذلك، هناك استثناءات، مثل الفضة أو النحاس الخاص ذي الموصلية العالية جدًا، والمسمى C-103 وC-110، على التوالي.
العوازل لا توصل الكهرباء وتستخدم كعوازل. أمثلة على العوازل:
- زجاج،
- سيراميك،
- بلاستيك،
- ممحاة،
- ميكا,
- الشمع،
- ورق،
- الخشب الجاف،
- الخزف,
- بعض الدهون للاستخدام الصناعي والكهربائي والباكليت.
بين المجموعات الثلاث، تكون التحولات سلسة. ومن المعروف على وجه اليقين: لا توجد وسائط ومواد غير موصلة للكهرباء على الإطلاق. على سبيل المثال، الهواء هو عازل درجة حرارة الغرفةولكن في ظل ظروف إشارة التردد المنخفض القوية، يمكن أن يصبح موصلًا.
تحديد الموصلية
عند مقارنة المقاومة الكهربائية لمواد مختلفة، تكون شروط القياس الموحدة مطلوبة:
- في حالة السوائل والموصلات والعوازل الرديئة، يتم استخدام عينات مكعبة بطول حافة 10 مم؛
- يتم تحديد قيم المقاومة للترب والتكوينات الجيولوجية على مكعبات يبلغ طول كل حافة منها 1 م؛
- تعتمد موصلية المحلول على تركيز أيوناته. يكون المحلول المركز أقل انفصالًا ويحتوي على عدد أقل من حاملات الشحنة، مما يقلل من الموصلية. ومع زيادة التخفيف، يزيد عدد أزواج الأيونات. يتم تعيين تركيز الحلول إلى 10%؛
- لتحديد مقاومة الموصلات المعدنية، يتم استخدام أسلاك بطول متر ومقطع عرضي 1 مم².
إذا كانت مادة ما، مثل المعدن، يمكنها توفير إلكترونات حرة، فعند تطبيق فرق الجهد، سيتدفق تيار كهربائي عبر السلك. مع زيادة الجهد، يتحرك المزيد من الإلكترونات عبر المادة إلى وحدة الزمن. إذا لم تتغير جميع المعلمات الإضافية (درجة الحرارة ومساحة المقطع العرضي والطول ومواد الأسلاك)، فإن نسبة التيار إلى الجهد المطبق تكون أيضًا ثابتة وتسمى الموصلية:
وبناء على ذلك فإن المقاومة الكهربائية ستكون:
والنتيجة هي في أوم.
في المقابل، يمكن أن يكون الموصل بأطوال مختلفة وأحجام مقطعية مختلفة ومصنوع من مواد مختلفة، مما يحدد قيمة R. رياضيا تبدو هذه العلاقة كما يلي:
يأخذ عامل المادة في الاعتبار المعامل ρ.
ومن هذا يمكننا استخلاص صيغة المقاومة:
إذا كانت قيم S و l تتوافق مع الشروط المحددة للحساب المقارن للمقاومة، أي 1 مم² و 1 م، ثم ρ = R. عندما تتغير أبعاد الموصل، يتغير عدد الأوم أيضًا.