Rezistivitatea electrică a oțelului. Rezistivitatea oțelului

În practică, este adesea necesar să se calculeze rezistența diferitelor fire. Acest lucru se poate face folosind formule sau folosind datele din tabel. 1.

Efectul materialului conductor este luat în considerare folosind rezistivitatea, notată cu litera greacă? și având o lungime de 1 m și o suprafață a secțiunii transversale de 1 mm2. Rezistivitatea cea mai scăzută? = 0,016 Ohm mm2/m are argint. Să dăm valoarea medie a rezistivității unor conductori:

Argint - 0,016 , Plumb - 0,21, Cupru - 0,017, Nichelină - 0,42, Aluminiu - 0,026, Manganin - 0,42, Tungsten - 0,055, Constantan - 0,5, Zinc - 0,06, Mercur - 0,96, Alama - 0,5 - 0,071, Oțel crom 0,1 - 0,071. - 1,2, Bronz fosfor - 0,11, Cromal - 1,45.

Cu cantități diferite de impurități și cu rapoarte diferite ale componentelor incluse în compoziția aliajelor reostatice, rezistivitatea se poate modifica ușor.

Rezistența se calculează folosind formula:

unde R este rezistența, Ohm; rezistivitate, (Ohm mm2)/m; l - lungimea firului, m; s - aria secțiunii transversale a firului, mm2.

Dacă diametrul firului d este cunoscut, atunci aria sa transversală este egală cu:

Cel mai bine este să măsurați diametrul firului folosind un micrometru, dar dacă nu aveți unul, ar trebui să înfășurați strâns 10 sau 20 de spire de sârmă pe un creion și să măsurați lungimea înfășurării cu o riglă. Împărțind lungimea înfășurării la numărul de spire, găsim diametrul firului.

Pentru a determina lungimea unui fir de diametru cunoscut de la a acestui material necesar pentru a obține rezistența necesară, utilizați formula

Tabelul 1.

Nota. 1. Datele pentru firele care nu sunt enumerate în tabel trebuie luate ca niște valori medii. De exemplu, pentru un fir de nichel cu un diametru de 0,18 mm, putem presupune aproximativ că aria secțiunii transversale este de 0,025 mm2, rezistența unui metru este de 18 ohmi și curentul admis este de 0,075 A.

2. Pentru o valoare diferită a densității de curent, datele din ultima coloană trebuie modificate corespunzător; de exemplu, la o densitate de curent de 6 A/mm2, acestea ar trebui dublate.

Exemplul 1. Aflați rezistența a 30 m de sârmă de cupru cu diametrul de 0,1 mm.

Soluţie. Determinăm conform tabelului. 1 rezistență de 1 m de sârmă de cupru, este egală cu 2,2 ohmi. Prin urmare, rezistența a 30 m de sârmă va fi R = 30 2,2 = 66 Ohmi.

Calculul folosind formulele oferă următoarele rezultate: aria secțiunii transversale a firului: s = 0,78 0,12 = 0,0078 mm2. Deoarece rezistivitatea cuprului este de 0,017 (Ohm mm2)/m, obținem R = 0,017 30/0,0078 = 65,50 m.

Exemplul 2. Câtă sârmă de nichel cu diametrul de 0,5 mm este necesară pentru a realiza un reostat cu o rezistență de 40 Ohmi?

Soluţie. Conform tabelului 1, determinăm rezistența de 1 m a acestui fir: R = 2,12 Ohm: Prin urmare, pentru a realiza un reostat cu o rezistență de 40 Ohmi, aveți nevoie de un fir a cărui lungime este l = 40/2,12 = 18,9 m.

Să facem același calcul folosind formulele. Găsim aria secțiunii transversale a firului s = 0,78 0,52 = 0,195 mm2. Și lungimea firului va fi l = 0,195 40/0,42 = 18,6 m.

- 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 (mil/micro ohmi - conductori, metale), sau să fie foarte mare (giga ohmi - izolație, dielectrice). Reciproca rezistenței electrice este .

Unitatea de măsură rezistență electrică - Ohm. Este desemnată prin litera R. Se determină dependența rezistenței de curent 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 rezistențe mari - la măsurarea izolației) și micro/miliohmmetre (pentru rezistențe mici - la măsurarea rezistențelor de tranziție ale contactelor, înfășurărilor motorului etc.).

Există o mare varietate de ohmmetre după design de la diferiți producători, de la electromecanice la microelectronice. Este de remarcat faptul că un ohmmetru clasic măsoară partea activă a rezistenței (așa-numitele ohmice).

Orice rezistență (metală sau semiconductoare) dintr-un circuit de curent alternativ are o componentă activă și reactivă. Suma rezistenței active și reactive este impedanța circuitului ACși se calculează cu formula:

unde, Z este rezistența totală a circuitului de curent alternativ;

R este rezistența activă a circuitului de curent alternativ;

Xc este reactanța capacitivă a circuitului de curent alternativ;

(C - capacitate, w - viteza unghiulară a curentului alternativ)

Xl este reactanța inductivă a circuitului de curent alternativ;

(L este inductanța, w este viteza unghiulară a curentului alternativ).

Rezistență activă- aceasta face parte din rezistența totală a unui circuit electric, a cărui energie este complet transformată în alte tipuri de energie (mecanică, chimică, termică). O proprietate distinctivă a componentei active este consumul complet de energie electrică (nicio energie nu este returnată 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 în care trec sarcinile electrice creează obstacole în calea lor (se crede că acestea sunt noduri ale rețelei cristaline), în care par să lovească și să-și piardă energia, care este eliberată sub formă de căldură.

Astfel, are loc o scădere (pierderea energiei electrice), o parte din care se pierde din cauza rezistenței interne a mediului conductor.

Valoarea numerică care caracterizează capacitatea unui material de a împiedica trecerea sarcinilor se numește rezistență. Se măsoară în Ohmi (Ohm) și este invers proporțională cu conductivitatea electrică.

Elemente diverse tabel periodic Mendeleev au rezistivități electrice diferite (p), de exemplu, cea mai mică. 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, dimpotriva, au o valoare mare de soc. rezistență și sunt folosite pentru izolare.

Rezistența mediului conductiv poate varia semnificativ în funcție de secțiunea transversală, temperatură, mărime și frecvență a curentului. În plus, mediile diferite au purtători de sarcină diferiți (electroni liberi în metale, ioni în electroliți, „găuri” în semiconductori), care sunt factorii determinanți ai rezistenței.

Sensul fizic al reactanței

În bobine și condensatoare, atunci când sunt aplicate, energia se acumulează sub formă de câmpuri magnetice și electrice, ceea ce durează ceva timp.

Curentul electric I din orice substanță este creat de mișcarea particulelor încărcate într-o anumită direcție datorită aplicării energiei externe (diferența de potențial U). Fiecare substanță are proprietăți individuale, afectând trecerea curentului în el în moduri diferite. Aceste proprietăți sunt evaluate prin rezistența electrică R.

Georg Ohm a determinat empiric factorii care influențează rezistența electrică a unei substanțe și a derivat-o din tensiune și curent, care poartă numele lui. Unitate de rezistență în sistem international SI poartă numele lui. 1 Ohm este valoarea rezistenței măsurată la o temperatură de 0 ° C pentru o coloană omogenă de mercur cu lungimea de 106,3 cm cu o suprafață a secțiunii transversale de 1 mm 2.

Definiţie

Să evalueze și să pună în practică materiale pentru fabricarea dispozitivelor electrice, termenul "rezistivitate conductorului". Adjectivul adăugat „specific” indică factorul de utilizare a valorii volumului de referință adoptat pentru substanța în cauză. Acest lucru face posibilă evaluarea parametrilor electrici ai diferitelor materiale.

Se ține cont de faptul că rezistența conductorului crește odată cu creșterea lungimii și scăderea secțiunii transversale. Sistemul SI folosește un volum al unui conductor omogen cu o lungime de 1 metru și o secțiune transversală de 1 m 2. În calculele tehnice, este utilizată o unitate de volum non-sistem învechită, dar convenabilă, constând dintr-o lungime de 1 metru și o suprafață de 1 mm 2. Formula pentru rezistivitatea ρ este prezentată în figură.

Pentru a determina proprietățile electrice ale substanțelor, a fost introdusă o altă caracteristică - conductivitatea specifică b. Este invers proporțională cu valoarea rezistivității și determină capacitatea materialului de a conduce curent electric: b =1/ρ.

Cum depinde rezistivitatea de temperatură?

Conductivitatea unui material este afectată de temperatura acestuia. Diferitele grupuri de substanțe se comportă diferit atunci când sunt încălzite sau răcite. Această proprietate este luată în considerare la firele electrice care funcționează în aer liber pe vreme caldă și rece.

Materialul și rezistivitatea firului sunt selectate ținând cont de condițiile de funcționare ale acestuia.

Creșterea rezistenței conductoarelor la trecerea curentului la încălzire se explică prin faptul că, pe măsură ce temperatura metalului crește, crește intensitatea mișcării atomilor și purtătorilor de sarcină electrică în toate direcțiile, ceea ce creează obstacole inutile în mișcare. de particule încărcate într-o direcție și reduce cantitatea de curgere a acestora.

Dacă reduceți temperatura metalului, condițiile de trecere a curentului se îmbunătățesc. Când sunt răcite la o temperatură critică, multe metale prezintă fenomenul de supraconductivitate, când rezistența lor electrică este practic zero. Această proprietate este utilizată pe scară largă în electromagneții puternici.

Efectul temperaturii asupra conductivității metalului este utilizat de industria electrică în fabricarea lămpilor cu incandescență obișnuite. Când trece un curent prin ele, acesta se încălzește într-o astfel de stare încât emite un flux luminos. În condiții normale, rezistivitatea nicromului este de aproximativ 1,05÷1,4 (ohm ∙mm 2)/m.

Când becul este aprins, prin filament trece un curent mare, care încălzește foarte repede metalul. În același timp, rezistența circuitului electric crește, limitând curentul inițial la valoarea nominală necesară obținerii iluminatului. În acest fel, puterea curentului este reglată cu ușurință printr-o spirală de nicrom, eliminând nevoia de a folosi balasturi complexe utilizate în sursele LED și fluorescente.

Cum este rezistivitatea materialelor utilizate în tehnologie?

Metalele nobile neferoase au proprietăți de conductivitate electrică mai bune. Prin urmare, contactele critice din dispozitivele electrice sunt realizate din argint. Dar acest lucru crește costul final al întregului produs. Cea mai acceptabilă opțiune este utilizarea metalelor mai ieftine. De exemplu, rezistivitatea cuprului egală cu 0,0175 (ohm ∙mm 2)/m este destul de potrivită pentru astfel de scopuri.

Metale nobile- aur, argint, platină, paladiu, iridiu, rodiu, ruteniu și osmiu, numite în principal datorită rezistenței chimice ridicate și aspectului frumos în bijuterii. În plus, aurul, argintul și platina au o ductilitate ridicată, iar metalele din grupul platinei au refractaritate și, ca și aurul, inerție chimică. Aceste avantaje ale metalelor nobile sunt combinate.

Aliajele de cupru, care au o conductivitate bună, sunt folosite pentru a realiza șunturi care limitează fluxul de curenți mari prin capul de măsurare al ampermetrelor de mare putere.

Rezistivitate aluminiul 0,026÷0,029 (ohm ∙mm 2)/m este puțin mai mare decât cel al cuprului, dar producția și costul acestui metal este mai mic. Plus ca este mai usor. Aceasta explică utilizarea sa pe scară largă în sectorul energetic pentru fabricarea de fire și miezuri de cabluri pentru exterior.

Rezistivitatea fierului 0,13 (ohm ∙mm2)/m permite, de asemenea, utilizarea lui pentru transmiterea curentului electric, dar acest lucru are ca rezultat pierderi de putere mai mari. Aliajele de oțel au o rezistență crescută. Prin urmare, firele de oțel sunt țesute în firele aeriene de aluminiu ale liniilor electrice de înaltă tensiune, care sunt proiectate să reziste la sarcini de tracțiune.

Acest lucru este valabil mai ales atunci când se formează gheață pe fire sau rafale puternice de vânt.

Unele aliaje, de exemplu, constantină și nichel, au caracteristici rezistive stabile termic într-un anumit interval. Rezistivitatea electrică a nichelului rămâne practic neschimbată de la 0 la 100 de grade Celsius. Prin urmare, spiralele pentru reostate sunt realizate din nichel.

Proprietatea de a modifica strict valorile rezistivității platinei în funcție de temperatura sa este utilizată pe scară largă în instrumentele de măsură. Dacă curentul electric de la o sursă de tensiune stabilizată trece printr-un conductor de platină și se calculează valoarea rezistenței, aceasta va indica temperatura platinei. Acest lucru permite ca scara să fie gradată în grade corespunzătoare valorilor Ohm. Această metodă vă permite să măsurați temperatura cu o precizie de fracțiuni de grade.

Uneori, pentru a rezolva probleme practice, trebuie să știi impedanța cablului sau rezistența specifică. În acest scop, cărțile de referință pentru produsele prin cablu oferă valorile rezistenței inductive și active ale unui miez pentru fiecare valoare a secțiunii transversale. Sunt folosite pentru a calcula sarcini admisibile, căldura generată, condițiile de funcționare admisibile sunt determinate și este selectată protecția eficientă.

Conductivitatea metalelor este influențată de metoda de prelucrare a acestora. Utilizarea presiunii pentru deformarea plastică perturbă structura rețelei cristaline, crește numărul de defecte și crește rezistența. Pentru a o reduce, se utilizează recoacere de recristalizare.

Întinderea sau comprimarea metalelor determină deformarea elastică a acestora, din care amplitudinile vibrațiilor termice ale electronilor scad, iar rezistența scade oarecum.

La proiectarea sistemelor de împământare, este necesar să se țină cont. Diferă ca definiție de metoda de mai sus și se măsoară în unități SI - Ohm∙metru. Este folosit pentru a evalua calitatea fluxului de curent electric în interiorul pământului.

Conductivitatea solului este influențată de mulți factori, inclusiv umiditatea solului, densitatea, dimensiunea particulelor, temperatura și concentrația de săruri, acizi și alcalii.

Fiecare substanță este capabilă să conducă curentul în grade diferite, această valoare este afectată de rezistența materialului. Rezistivitatea cuprului, aluminiului, oțelului și oricărui alt element este notă cu litera ρ a alfabetului grecesc. Această valoare nu depinde de caracteristicile conductorului precum dimensiunea, forma și conditie fizica, rezistența electrică obișnuită ia în considerare acești parametri. Rezistivitatea este măsurată în Ohmi înmulțiți cu mm² și împărțit la metru.

Categoriile și descrierile acestora

Orice material este capabil să prezinte două tipuri de rezistență, în funcție de energia electrică furnizată. Curentul poate fi variabil sau constant, ceea ce afectează semnificativ performanțele tehnice ale substanței. Deci, există astfel de rezistențe:

1. Ohmic. Apare sub influența curentului continuu. Caracterizează frecarea, care este creată de mișcarea particulelor încărcate electric într-un conductor.
2. Activ. Este determinată după același principiu, dar este creată sub influența curentului alternativ.

În acest sens, există și două definiții ale valorii specifice. Pentru curent continuu, este egală cu rezistența exercitată de o unitate de lungime a materialului conductor al unei unități de arie fixă ​​a secțiunii transversale. Câmpul electric potențial afectează toți conductorii, precum și semiconductorii și soluțiile capabile să conducă ionii. Această valoare determină proprietățile conductoare ale materialului în sine. Forma conductorului și dimensiunile acestuia nu sunt luate în considerare, așa că poate fi numit de bază în inginerie electrică și știința materialelor.

În condiția trecerii curentului alternativ, valoarea specifică este calculată ținând cont de grosimea materialului conductor. Aici are loc influența nu numai a potențialului, ci și a curentului turbionar și, în plus, se ia în considerare frecvența câmpurilor electrice. Rezistivitatea de acest tip este mai mare decât în ​​cazul curentului continuu, deoarece aici se ia în considerare valoarea pozitivă a rezistenței la câmpul de vortex. De asemenea, această valoare depinde de forma și dimensiunea conductorului în sine. Acești parametri determină natura mișcării vortexului particulelor încărcate.

Curentul alternativ provoacă anumite fenomene electromagnetice în conductori. Ele sunt foarte importante pentru caracteristicile electrice ale materialului conductor:

1. Efectul pielii se caracterizează printr-o slăbire a câmpului electromagnetic, cu atât mai mult pătrunde în mediul conductorului. Acest fenomen se mai numește și efect de suprafață.
2. Efectul de proximitate reduce densitatea curentului datorită proximității firelor adiacente și influenței acestora.

Aceste efecte sunt foarte importante atunci când se calculează grosimea optimă a conductorului, deoarece atunci când se utilizează un fir a cărui rază este mai mare decât adâncimea de penetrare a curentului în material, restul masei sale va rămâne neutilizată și, prin urmare, această abordare va fi ineficientă. În conformitate cu calculele efectuate, diametrul efectiv al materialului conductor în unele situații va fi după cum urmează:

• pentru un curent de 50 Hz - 2,8 mm;
• 400 Hz - 1 mm;
• 40 kHz - 0,1 mm.

Având în vedere acest lucru, utilizarea plăcilor plate este utilizată în mod activ pentru curenții de înaltă frecvență. cabluri cu mai multe fire format din multe fire subtiri.

Caracteristicile metalelor

Indicatorii specifici ai conductoarelor metalice sunt conținuți în tabele speciale. Folosind aceste date, puteți face calculele suplimentare necesare. Un exemplu de astfel de tabel de rezistivitate poate fi văzut în imagine.

Tabelul arată că argintul are cea mai mare conductivitate - este un conductor ideal dintre toate metalele și aliajele existente. Dacă calculați câtă sârmă din acest material este necesară pentru a obține o rezistență de 1 ohm, veți obține 62,5 m de sârmă de fier pentru aceeași valoare va necesita până la 7,7 m.

Oricât de minunate proprietăți are argintul, este un material prea scump pentru utilizare în masă în rețelele electrice, așa că cuprul și-a găsit o largă aplicație în viața de zi cu zi și în industrie. În ceea ce privește indicatorul specific, este pe locul doi după argint, iar în ceea ce privește prevalența și ușurința extracției, este mult mai bun decât acesta. Cuprul are alte avantaje care i-au permis să devină cel mai comun conductor. Acestea includ:

Pentru utilizare în inginerie electrică, se folosește cuprul rafinat, care, după topit din minereu sulfurat, trece prin procesele de prăjire și suflare și apoi este supus în mod necesar purificare electrolitică. După o astfel de prelucrare, puteți obține material de foarte înaltă calitate (grade M1 și M0), care va conține de la 0,1 la 0,05% impurități. O nuanță importantă este prezența oxigenului în cantități extrem de mici, deoarece afectează negativ caracteristicile mecanice ale cuprului.

Adesea, acest metal este înlocuit cu materiale mai ieftine - aluminiu și fier, precum și diverse bronzuri (aliaje cu siliciu, beriliu, magneziu, staniu, cadmiu, crom și fosfor). Astfel de compoziții au o rezistență mai mare în comparație cu cuprul pur, deși au o conductivitate mai mică.

Avantajele aluminiului

Deși aluminiul are o rezistență mai mare și este mai fragil, utilizarea sa pe scară largă se datorează faptului că nu este la fel de rar ca cuprul și, prin urmare, costă mai puțin. Aluminiul are o rezistivitate de 0,028 și densitatea sa scăzută îl face de 3,5 ori mai ușor decât cuprul.

Pentru lucrările electrice se folosește aluminiu purificat grad A1, care conține cel mult 0,5% impurități. Gradul superior AB00 este utilizat pentru fabricarea condensatoarelor electrolitice, electrozilor și foliei de aluminiu. Conținutul de impurități din acest aluminiu nu este mai mare de 0,03%. Există și metal pur AB0000, inclusiv nu mai mult de 0,004% aditivi. Contează și impuritățile în sine: nichelul, siliciul și zincul au un efect ușor asupra conductivității aluminiului, iar conținutul de cupru, argint și magneziu din acest metal are un efect vizibil. Taliul și manganul reduc cel mai mult conductivitatea.

Aluminiul are bune proprietăți anticorozive. La contactul cu aerul, acesta devine acoperit cu o peliculă subțire de oxid, care îl protejează de distrugerea ulterioară. Pentru a îmbunătăți caracteristicile mecanice, metalul este aliat cu alte elemente.

Indicatori de oțel și fier

Rezistivitatea fierului în comparație cu cuprul și aluminiul este foarte mare, cu toate acestea, datorită disponibilității, rezistenței și rezistenței la deformare, materialul este utilizat pe scară largă în producția electrică.

Deși fierul și oțelul, a căror rezistivitate este și mai mare, prezintă dezavantaje semnificative, producătorii de material conductor au găsit metode de compensare a acestora. În special, rezistența scăzută la coroziune este depășită prin acoperirea sârmei de oțel cu zinc sau cupru.

Proprietățile sodiului

Sodiul metalic este, de asemenea, foarte promițător în producția de conductori. Din punct de vedere al rezistenței, depășește semnificativ cuprul, dar are o densitate de 9 ori mai mică decât aceasta. Acest lucru permite ca materialul să fie utilizat la fabricarea de fire ultra-ușoare.

Metalul de sodiu este foarte moale și complet instabil la orice fel de deformare, ceea ce face ca utilizarea lui să fie problematică - un fir din acest metal trebuie acoperit cu o teacă foarte puternică, cu flexibilitate extrem de mică. Carcasa trebuie sigilată, deoarece sodiul prezintă o activitate chimică puternică în cele mai neutre condiții. Se oxidează instantaneu în aer și prezintă o reacție violentă cu apa, inclusiv cu apa conținută în aer.

Un alt beneficiu al folosirii sodiului este disponibilitatea acestuia. Poate fi obținut prin electroliza clorurii de sodiu topită, din care există o cantitate nelimitată în lume. Alte metale sunt clar inferioare în acest sens.

Pentru a calcula performanța unui anumit conductor, este necesar să împărțiți produsul dintre numărul specific și lungimea firului la aria secțiunii sale transversale. Rezultatul va fi valoarea rezistenței în ohmi. De exemplu, pentru a determina rezistența a 200 m de sârmă de fier cu o secțiune nominală de 5 mm², trebuie să înmulțiți 0,13 cu 200 și să împărțiți rezultatul la 5. Răspunsul este 5,2 ohmi.

Reguli și caracteristici ale calculului

Microohmmetrele sunt folosite pentru a măsura rezistența mediilor metalice. Astăzi sunt produse în versiune digitală, astfel încât măsurătorile luate cu ajutorul lor sunt exacte. Se poate explica prin faptul că metalele au un nivel ridicat de conductivitate și au rezistență extrem de scăzută. De exemplu, pragul inferior instrumente de măsurare are o valoare de 10 -7 Ohm.

Folosind microohmetre, puteți determina rapid cât de bun este contactul și ce rezistență prezintă înfășurările generatoarelor, motoarelor electrice și transformatoarelor, precum și magistralelor electrice. Este posibil să se calculeze prezența incluziunilor unui alt metal în lingou. De exemplu, o bucată de tungsten placată cu aur prezintă jumătate din conductibilitatea aurului solid. Aceeași metodă poate fi utilizată pentru a determina defectele interne și cavitățile conductorului.

Formula rezistivității este următoarea: ρ = Ohm mm 2 /m. În cuvinte, poate fi descrisă ca rezistența a 1 metru de conductor, având o suprafață a secțiunii transversale de 1 mm². Se presupune că temperatura este standard - 20 °C.

Efectul temperaturii asupra măsurătorilor

Încălzirea sau răcirea unor conductoare are un efect semnificativ asupra performanței instrumentelor de măsură. Un exemplu este următorul experiment: este necesar să conectați un fir înfășurat spiralat la baterie și să conectați un ampermetru la circuit.

Cu cât conductorul se încălzește mai mult, cu atât citirile de pe dispozitiv devin mai mici. Curentul are opusul dependență proporțională din rezistență. Prin urmare, putem concluziona că, ca urmare a încălzirii, conductivitatea metalului scade. Într-o măsură mai mare sau mai mică, toate metalele se comportă astfel, dar în unele aliaje practic nu există nicio modificare a conductivității.

Este de remarcat faptul că conductoarele lichide și unele nemetale solide tind să-și scadă rezistența pe măsură ce temperatura crește. Dar oamenii de știință au transformat și această capacitate a metalelor în avantajul lor. Cunoscând coeficientul de temperatură de rezistență (α) la încălzirea unor materiale, se poate determina temperatura exterioară. De exemplu, un fir de platină așezat pe un cadru de mică este plasat într-un cuptor și se măsoară rezistența. În funcție de cât de mult s-a schimbat, se trage o concluzie despre temperatura din cuptor. Acest design se numește termometru de rezistență.

Dacă la temperatură t 0 rezistența conductorului este r 0 și la temperatură t egală rt, atunci coeficientul de temperatură al rezistenței este egal cu

Calculul folosind această formulă se poate face numai într-un anumit interval de temperatură (până la aproximativ 200 °C).

Rezistența electrică, exprimată în ohmi, este diferită de conceptul de rezistivitate. Pentru a înțelege ce este rezistivitatea, trebuie să o raportăm la proprietățile fizice ale materialului.

Despre conductivitate și rezistivitate

Fluxul de electroni nu se deplasează nestingherit prin material. La temperatura constanta particule elementare balansează-te în jurul unei stări de odihnă. În plus, electronii din banda de conducție interferează între ei prin repulsie reciprocă datorită sarcinii similare. Așa apare rezistența.

Conductivitatea este o caracteristică intrinsecă a materialelor și cuantifică ușurința cu care sarcinile se pot mișca atunci când o substanță este expusă unui câmp electric. Rezistivitatea este reciproca materialului și descrie gradul de dificultate pe care electronii îl întâmpină atunci când se deplasează printr-un material, dând o indicație despre cât de bun sau rău este un conductor.

Important! O rezistivitate electrică cu o valoare mare indică faptul că materialul este un conductor slab, în ​​timp ce o rezistivitate cu o valoare scăzută indică un conductor bun.

Conductivitatea specifică este desemnată prin litera σ și este calculată prin formula:

Rezistivitatea ρ, ca indicator invers, poate fi găsită după cum urmează:

În această expresie, E este intensitatea 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 σ, unitatea în care se măsoară este S/m sau Siemens pe metru.

Tipuri de materiale

În funcție de rezistivitatea materialelor, acestea pot fi clasificate în mai multe tipuri:

1. Conductori. Acestea includ toate metalele, aliajele, soluțiile disociate în ioni, precum și gazele excitate termic, inclusiv plasma. Dintre nemetale, grafitul poate fi citat ca exemplu;
2. Semiconductori, care sunt de fapt materiale neconductoare, ale căror rețele cristaline sunt dopate 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 în exces cvasi-liberi sau găuri, care contribuie la conductibilitatea curentului;
3. Dielectricii sau izolatorii disociați sunt toate materialele care în condiții normale nu au electroni liberi.

Pentru transportul energiei electrice sau in instalatii electrice de uz casnic si uz industrial un material utilizat în mod obișnuit este cuprul sub formă de cabluri cu un singur conductor sau cu mai multe fire. 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 de înaltă tensiune. Aurul este folosit ca conductor în circuitele electrice 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. Există însă excepții, cum ar fi 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 grăsimi de uz industrial și electric și bachelită.

Între cele trei grupuri tranzițiile sunt fluide. Se știe cu siguranță: nu există medii și materiale absolut neconductoare. De exemplu, aerul este un izolator când 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:

1. În cazul lichidelor, conductoarelor slabe și izolatorilor, se folosesc probe cubice cu lungimea marginii de 10 mm;
2. Valorile de rezistivitate ale solurilor și formațiunilor geologice se determină pe cuburi cu lungimea fiecărei muchii de 1 m;
3. 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%;
4. 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 substanță în unitatea de timp. Dacă toți parametrii suplimentari (temperatura, aria secțiunii transversale, lungimea și materialul firului) sunt neschimbați, 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 realizat din diferite materiale, ceea ce determină 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.