Współczynniki temperaturowe rezystancji metali. Opory właściwe i współczynnik temperaturowy wytrzymałości metali i stopów

Rezystancja przewodu (R) (rezystywność) () zależy od temperatury. Zależność tę dla niewielkich zmian temperatury () przedstawiono w postaci funkcji:

gdzie jest rezystywność przewodnika w temperaturze 0 o C; — współczynnik temperatury opór.

DEFINICJA

Współczynnik temperaturowy oporu elektrycznego() są nazywane wielkość fizyczna, równy względnemu przyrostowi (R) przekroju obwodu (lub rezystywności ośrodka ()), który występuje, gdy przewodnik jest podgrzewany o 1 o C. Matematycznie określenie temperaturowego współczynnika rezystancji można przedstawić jako:

Wartość charakteryzuje związek między oporem elektrycznym a temperaturą.

W temperaturach mieszczących się w tym zakresie dla większości metali rozpatrywany współczynnik pozostaje stały. W przypadku czystych metali często przyjmuje się współczynnik temperaturowy oporu

Czasami mówi się o średnim temperaturowym współczynniku oporu, definiując go jako:

gdzie jest średnią wartością współczynnika temperaturowego w danym zakresie temperatur ().

Współczynnik temperaturowy oporu dla różnych substancji

Większość metali ma współczynnik temperaturowy oporu większy od zera. Oznacza to, że rezystancja metali rośnie wraz ze wzrostem temperatury. Dzieje się tak na skutek rozproszenia elektronów na sieci krystalicznej, co wzmacnia drgania termiczne.

W temperaturach bliskich zera absolutnego (-273 o C) rezystancja dużej liczby metali gwałtownie spada do zera. Mówi się, że metale przechodzą w stan nadprzewodzący.

Półprzewodniki niezawierające zanieczyszczeń mają ujemny współczynnik temperaturowy rezystancji. Ich opór maleje wraz ze wzrostem temperatury. Dzieje się tak dlatego, że wzrasta liczba elektronów przemieszczających się do pasma przewodnictwa, co oznacza, że ​​zwiększa się liczba dziur na jednostkę objętości półprzewodnika.

Roztwory elektrolitów mają. Oporność elektrolitów maleje wraz ze wzrostem temperatury. Dzieje się tak, ponieważ wzrost liczby wolnych jonów w wyniku dysocjacji cząsteczek przewyższa wzrost rozproszenia jonów w wyniku zderzeń z cząsteczkami rozpuszczalnika. Trzeba powiedzieć, że współczynnik temperaturowy rezystancji dla elektrolitów jest wartością stałą tylko w małym zakresie temperatur.

Jednostki

Podstawową jednostką SI służącą do pomiaru współczynnika temperaturowego rezystancji jest:

Przykłady rozwiązywania problemów

PRZYKŁAD 1

Ćwiczenia	Żarówkę ze spiralą wolframową podłącza się do sieci o napięciu B, przepływa przez nią prąd A. Jaka będzie temperatura spirali, jeśli w temperaturze o C będzie ona miała rezystancję w omach? Współczynnik temperaturowy oporu wolframu .
Rozwiązanie	Jako podstawę do rozwiązania problemu wykorzystujemy wzór na zależność rezystancji od temperatury formy: gdzie jest opór żarnika wolframowego w temperaturze 0 o C. Wyrażając się z wyrażenia (1.1), mamy: Zgodnie z prawem Ohma dla odcinka obwodu mamy: Obliczmy Zapiszmy równanie łączące rezystancję i temperaturę: Przeprowadźmy obliczenia:
Odpowiedź	K

PRZYKŁAD 2

Ćwiczenia

W temperaturze rezystancja reostatu jest równa , rezystancja amperomierza jest równa i pokazuje natężenie prądu.Reostat wykonany jest z drutu żelaznego, jest połączony szeregowo z amperomierzem (rys. 1). Ile prądu przepłynie przez amperomierz, jeśli reostat zostanie podgrzany do określonej temperatury? Rozważ współczynnik temperaturowy oporu żelaza równy .

Metal	Opór właściwy ρ przy 20 şС, Ohm*mm²/m	Współczynnik temperaturowy rezystancji α, ºС -1
Aluminium
Żelazna stal)
Konstantan
Manganina

Współczynnik temperaturowy rezystancji α pokazuje, o ile rezystancja przewodnika o wartości 1 oma wzrasta wraz ze wzrostem temperatury (ogrzewanie przewodnika) o 1 ºС.

Rezystancję przewodnika w temperaturze t oblicza się ze wzoru:

r t = r 20 + α* r 20 *(t - 20 ºС)

gdzie r 20 to opór przewodnika w temperaturze 20 ºС, r t to opór przewodnika w temperaturze t.

Gęstość prądu

Przez przewodnik miedziany o polu przekroju poprzecznego S = 4 mm² płynie prąd I = 10 A. Jaka jest gęstość prądu?

Gęstość prądu J = I/S = 10 A/4 mm² = 2,5 A/mm².

[Prąd I = 2,5 A przepływa przez pole przekroju poprzecznego 1 mm²; przez cały przekrój S] płynie prąd I = 10 A.

W szynie rozdzielczej o przekroju prostokątnym (20x80) mm² płynie prąd I = 1000 A. Jaka jest gęstość prądu w szynie?

Pole przekroju opony S = 20x80 = 1600 mm². Gęstość prądu

J = I/S = 1000 A/1600 mm² = 0,625 A/mm².

Drut cewki ma przekrój kołowy o średnicy 0,8 mm i umożliwia przepływ prądu o gęstości 2,5 A/mm². Jaki dopuszczalny prąd można przepuścić przez drut (ogrzewanie nie powinno przekraczać dopuszczalnego)?

Pole przekroju poprzecznego drutu S = π * d²/4 = 3/14*0,8²/4 ≈ 0,5 mm².

Dopuszczalny prąd I = J*S = 2,5 A/mm² * 0,5 mm² = 1,25 A.

Dopuszczalna gęstość prądu dla uzwojenia transformatora J = 2,5 A/mm². Przez uzwojenie przepływa prąd I = 4 A. Jaki powinien być przekrój (średnica) przekroju kołowego przewodnika, aby uzwojenie się nie przegrzało?

Pole przekroju poprzecznego S = I/J = (4 A) / (2,5 A/mm²) = 1,6 mm²

Ten przekrój odpowiada średnicy drutu 1,42 mm.

Izolowany drut miedziany o przekroju 4 mm² przewodzi maksymalny dopuszczalny prąd 38 A (patrz tabela). Jaka jest dopuszczalna gęstość prądu? Jakie są dopuszczalne gęstości prądu dla przewodów miedzianych o przekrojach 1, 10 i 16 mm²?

1). Dopuszczalna gęstość prądu

J = I/S = 38 A / 4 mm² = 9,5 A/mm².

2). Dla przekroju 1 mm² dopuszczalna gęstość prądu (patrz tabela)

J = I/S = 16 A / 1 mm² = 16 A/mm².

3). Dla przekroju 10 mm² dopuszczalna gęstość prądu

J = 70 A / 10 mm² = 7,0 A/mm²

4). Dla przekroju 16 mm² dopuszczalna gęstość prądu

J = I/S = 85 A / 16 mm² = 5,3 A/mm².

Dopuszczalna gęstość prądu maleje wraz ze wzrostem przekroju. Tabela obowiązuje dla przewodów elektrycznych o izolacji klasy B.

Problemy do samodzielnego rozwiązania

Przez uzwojenie transformatora powinien płynąć prąd I = 4 A. Jaki powinien być przekrój drutu uzwojenia przy dopuszczalnej gęstości prądu J = 2,5 A/mm²? (S = 1,6 mm²)

W drucie o średnicy 0,3 mm płynie prąd o natężeniu 100 mA. Jaka jest gęstość prądu? (J = 1,415 A/mm²)

Wzdłuż uzwojenia elektromagnesu wykonanego z izolowanego drutu o średnicy

d = 2,26 mm (bez izolacji) przepływa prąd 10 A. Jaka jest gęstość

aktualny? (J = 2,5 A/mm²).

4. Uzwojenie transformatora pozwala na gęstość prądu 2,5 A/mm². Prąd w uzwojeniu wynosi 15 A. Jaki jest najmniejszy przekrój i średnica, jaką może mieć okrągły drut (bez izolacji)? (w mm²; 2,76 mm).

Współczynnik temperaturowy oporu elektrycznego, TKS- wartość lub zbiór wartości wyrażających zależność rezystancji elektrycznej od temperatury.

Zależność rezystancji od temperatury może mieć różny charakter, co w ogólnym przypadku można wyrazić jakąś funkcją. Funkcję tę można wyrazić poprzez stałą wymiarową, gdzie jest określona temperatura, oraz bezwymiarowy, zależny od temperatury współczynnik w postaci:

.

W tej definicji okazuje się, że współczynnik zależy wyłącznie od właściwości ośrodka i nie zależy od bezwzględnej wartości rezystancji mierzonego obiektu (wyznaczonej przez jego wymiary geometryczne).

Jeśli zależność temperaturowa (w pewnym zakresie temperatur) jest wystarczająco gładka, można ją dość dobrze przybliżyć wielomianem postaci:

Współczynniki przy potęgach wielomianu nazywane są temperaturowymi współczynnikami oporu. Zatem zależność temperaturowa będzie miała postać (dla zwięzłości oznaczamy to jako):

a jeśli weźmiemy pod uwagę, że współczynniki zależą tylko od materiału, rezystywność można również wyrazić:

Współczynniki mają wymiary Kelvina, Celsjusza lub innej jednostki temperatury w tym samym stopniu, ale ze znakiem minus. Charakteryzuje się współczynnikiem temperaturowym oporu pierwszego stopnia zależność liniowa oporność elektryczna zależy od temperatury i jest mierzona w kelwinach do minus pierwszej potęgi (K⁻¹). Współczynnik temperaturowy drugiego stopnia jest kwadratowy i mierzony w kelwinach minus drugi stopień (K⁻²). Podobnie wyrażane są współczynniki stopni wyższych.

I tak np. dla platynowego czujnika temperatury typu Pt100 sposób obliczania rezystancji wygląda następująco

czyli dla temperatur powyżej 0°C stosuje się współczynniki α₁=3,9803·10⁻³ K⁻¹, α₂=−5,775·10⁻⁷ K⁻² przy T₀=0°C (273,15 K), a dla temperatur poniżej 0°C, dodaje się α₃=4,183·10⁻⁹ K⁻³ i α₄=−4,183·10⁻¹² K⁻⁴.

Chociaż do dokładnych obliczeń używa się kilku potęg, w większości praktycznych przypadków wystarczy jeden współczynnik liniowy i to zwykle oznacza TCS. Zatem na przykład dodatni TCR oznacza wzrost rezystancji wraz ze wzrostem temperatury, a ujemny TCR oznacza spadek.

Głównymi przyczynami zmian oporu elektrycznego są zmiany stężenia nośników ładunku w ośrodku i ich ruchliwość.

Materiały o wysokim TCR stosowane są w obwodach wrażliwych na temperaturę jako elementy termistorów i wykonanych z nich obwodów mostkowych. Do precyzyjnych zmian temperatury służą termistory

Współczynnik temperaturowy oporu(α) - względna zmiana rezystancji odcinka obwodu elektrycznego lub oporności elektrycznej materiału przy zmianie temperatury o 1, wyrażona w K -1. W elektronice stosuje się rezystory w szczególności ze specjalnych stopów metali o niskich wartościach α, takich jak stopy manganu lub konstantanu oraz elementy półprzewodnikowe o dużych dodatnich lub ujemnych wartościach α (termistory). Znaczenie fizyczne Współczynnik temperaturowy oporu wyraża się równaniem:

Gdzie dr- zmiana oporu elektrycznego R gdy temperatura zmienia się o dT.

Przewodnicy

Zależność temperaturowa rezystancji dla większości metali jest zbliżona do liniowej w szerokim zakresie temperatur i jest opisana wzorem:

R T R0- rezystancja elektryczna w temperaturze początkowej T 0 [Ohm]; α - współczynnik temperaturowy oporu; ΔT- zmiana temperatury wynosi TT 0 [K].

Na niskie temperatury Zależność temperaturową rezystancji przewodników określa reguła Mathiesena.

Półprzewodniki

Zależność rezystancji termistora NTC od temperatury

W przypadku urządzeń półprzewodnikowych, takich jak termistory, zależność rezystancji od temperatury zależy głównie od zależności stężenia nośnika ładunku od temperatury. Jest to zależność wykładnicza:

R T- rezystancja elektryczna w temperaturze T [Ohm]; R∞- rezystancja elektryczna w temperaturze T = ∞ [Ohm]; Wg- pasmo wzbronione - zakres wartości energii, których elektron nie posiada w idealnym (wolnym od defektów) krysztale [eV]; k- Stała Boltzmanna [eV/K].

Biorąc logarytmy lewej i prawej strony równania, otrzymujemy:

, gdzie jest stałą materiałową.

Współczynnik temperaturowy rezystancji termistora określa się za pomocą równania:

Z zależności R T od T mamy:

Źródła

• Podstawy teoretyczne elektrotechnika: Podręcznik: 3 tomy / V. S. Bojko, V. V. Bojko, Yu. F. Vydolob i in.; Pod generałem wyd. I. M. Chizhenko, V. S. Bojko. - M.: ShTs „Wydawnictwo „Politechnika””, 2004. - T. 1: Mody stabilne liniowych obwodów elektrycznych o parametrach skupionych. - 272 s.: chory. ISBN 966-622-042-3
• Shegedin A.I. Malarz V.S. Teoretyczne podstawy elektrotechniki. Część 1: Instruktaż dla studentów studiów zdalnych na specjalnościach elektrotechnika i elektromechaniczna uczelni wyższych instytucje edukacyjne. - M.: Magnolia Plus, 2004. - 168 s.
• I.M.Kucheruk, I.T.Gorbachuk, P.P.Lutsik (2006). Kurs ogólny fizyka: Podręcznik w 3 tomach T.2. Elektryczność i magnetyzm. Kijów: Technika.

Na wyniki pomiarów rezystywności duży wpływ mają wgłębienia skurczowe, pęcherzyki gazu, wtrącenia i inne defekty. Co więcej, rys. 155 pokazuje, że małe ilości zanieczyszczeń dostających się do roztworu stałego również mają duży wpływ na mierzoną przewodność. Dlatego znacznie trudniej jest wyprodukować zadowalające próbki do pomiaru rezystancji elektrycznej niż do

badanie dylatometryczne. Doprowadziło to do innej metody konstruowania diagramów fazowych, w której mierzony jest współczynnik temperaturowy rezystancji.

Współczynnik temperaturowy oporu

Opór elektryczny w temperaturze

Matthiessen stwierdził, że wzrost odporności metalu na skutek obecności niewielkiej ilości drugiego składnika w roztworze stałym nie zależy od temperatury; wynika z tego, że dla takiego stałego roztworu wartość nie zależy od stężenia. Oznacza to, że współczynnik temperaturowy rezystancji jest proporcjonalny, czyli przewodności, a wykres współczynnika a w zależności od składu jest podobny do wykresu przewodności roztworu stałego. Istnieje wiele znanych wyjątków od tej reguły, szczególnie w przypadku metali przejściowych, ale w większości przypadków jest to w przybliżeniu prawdą.

Współczynnik temperaturowy rezystancji faz pośrednich jest zwykle tego samego rzędu wielkości, co dla czystych metali, nawet w przypadkach, gdy samo połączenie ma dużą rezystancję. Istnieją jednak fazy pośrednie, których współczynnik temperaturowy mieści się w pewnym zakresie temperatur równy zeru lub negatywne.

Reguła Matthiessena dotyczy, ściśle rzecz biorąc, tylko roztworów stałych, ale w wielu przypadkach wydaje się, że sprawdza się także w przypadku stopów dwufazowych. Jeśli współczynnik temperaturowy rezystancji zostanie wykreślony w funkcji składu, krzywa ma zwykle taki sam kształt jak krzywa przewodności, więc przemianę fazową można wykryć w ten sam sposób. Metoda ta jest wygodna w zastosowaniu, gdy ze względu na kruchość lub z innych powodów nie jest możliwe wytworzenie próbek nadających się do pomiarów przewodności.

W praktyce średni współczynnik temperaturowy pomiędzy dwiema temperaturami wyznacza się poprzez pomiar rezystancji elektrycznej stopu w tych temperaturach. Jeżeli w rozpatrywanym zakresie temperatur nie następuje przemiana fazowa, wówczas współczynnik wyznacza się ze wzoru:

będzie miało takie samo znaczenie, jak gdyby odstęp był mały. W przypadku stopów hartowanych jako temperatury i

Wygodnie jest przyjąć odpowiednio 0° i 100°, a pomiary pozwolą określić obszar fazowy w temperaturze hartowania. Jeżeli jednak pomiary wykonywane są w wysokich temperaturach, odstęp powinien być znacznie mniejszy niż 100°, jeżeli granica faz może znajdować się gdzieś pomiędzy temperaturami

Ryż. 158. (patrz skan) Przewodność elektryczna i współczynnik temperaturowy oporu elektrycznego w układzie srebrno-magicznym (Tamman)

Wielką zaletą tej metody jest to, że współczynnik a zależy od względnej rezystancji próbki w dwóch temperaturach, a zatem nie ma na niego wpływu wżery i inne defekty metalurgiczne próbki. Krzywe przewodności i współczynnika temperaturowego

rezystancje w niektórych systemach stopowych powtarzają się. Ryż. 158 pochodzi z wczesnych prac Tammanna (krzywe odnoszą się do stopów srebra i magnezu); późniejsze prace wykazały, że obszar roztworu stałego zmniejsza się wraz ze spadkiem temperatury, a w obszarze fazy istnieje nadbudowa. Niektóre inne granice faz w Ostatnio również uległy zmianom, tak że schemat przedstawiony na ryc. 158 ma wyłącznie znaczenie historyczne i nie można go używać do dokładnych pomiarów.

Stężenie swobodnych elektronów N w metalowym przewodniku wraz ze wzrostem temperatury pozostaje praktycznie niezmieniona, ale zwiększa się ich średnia prędkość ruchu termicznego. Wzrastają także drgania węzłów sieci krystalicznej. Kwant drgań sprężystych ośrodka nazywa się zwykle fonon. Małe drgania termiczne sieci krystalicznej można uznać za zbiór fononów. Wraz ze wzrostem temperatury wzrastają amplitudy drgań termicznych atomów, tj. zwiększa się przekrój objętości kuli zajmowanej przez wibrujący atom.

Zatem wraz ze wzrostem temperatury na drodze dryfu elektronów pojawia się coraz więcej przeszkód pod wpływem pole elektryczne. Skutkuje to spadkiem Średnia długość droga swobodna elektronów λ, ruchliwość elektronów maleje, a w efekcie maleje przewodnictwo metali i wzrasta rezystywność (rys. 3.3). Zmiana rezystywności przewodnika przy zmianie jego temperatury o 3 K, w odniesieniu do wartości rezystywności tego przewodnika w danej temperaturze, nazywana jest temperaturowym współczynnikiem rezystywności TK ρ lub Współczynnik temperaturowy rezystywności mierzony jest w K -3. Współczynnik temperaturowy rezystywności metali jest dodatni. Jak wynika z definicji podanej powyżej, wyrażenie różniczkowe dla TK ρ ma postać:

Zgodnie z wnioskami elektronicznej teorii metali wartości czystych metali w stanie stałym powinny być zbliżone do współczynnika temperaturowego (TK) rozszerzalności gazy doskonałe, tj. 3: 273 = 0,0037. W rzeczywistości większość metali ma ≈ 0,004. Niektóre metale mają wyższe wartości, w tym metale ferromagnetyczne - żelazo, nikiel i kobalt.

Należy pamiętać, że dla każdej temperatury istnieje współczynnik temperaturowy TK ρ. W praktyce dla pewnego zakresu temperatur przyjmuje się wartość średnią TK ρ Lub:

Gdzie ρ3 I ρ2- rezystywność materiału przewodnika w temperaturach T3 I T2 odpowiednio (w tym przypadku T2 > T3); istnieje tzw średni temperaturowy współczynnik rezystywności tego materiału w zakresie temperatur od T3 zanim T2.

Jednym z najpopularniejszych metali w przemyśle jest miedź. Jest najczęściej stosowany w elektryce i elektronice. Najczęściej wykorzystuje się go do produkcji uzwojeń do silników elektrycznych i transformatorów. Głównym powodem stosowania tego konkretnego materiału jest to, że miedź ma najniższą... obecnie materiały posiadające oporność elektryczną. Dopóki się nie pojawi nowy materiał przy niższej wartości tego wskaźnika możemy śmiało powiedzieć, że miedzi nie będzie zamiennika.

Ogólna charakterystyka miedzi

Mówiąc o miedzi, trzeba powiedzieć, że u zarania ery elektrycznej zaczęto ją stosować w produkcji sprzętu elektrycznego. Zaczęli z niego korzystać głównie z powodu unikalne właściwości, które posiada ten stop. Sam w sobie reprezentuje materiał, który się różni wysokie właściwości pod względem plastyczności i dobrej plastyczności.

Oprócz przewodności cieplnej miedzi, jedną z jej najważniejszych zalet jest wysoka przewodność elektryczna. To właśnie dzięki tej właściwości miedź i stało się powszechne w elektrowniach, w którym pełni rolę uniwersalnego przewodnika. Najcenniejszym materiałem jest miedź elektrolityczna, która charakteryzuje się wysokim stopniem czystości wynoszącym 99,95%. Dzięki temu materiałowi możliwa staje się produkcja kabli.

Plusy stosowania miedzi elektrolitycznej

Zastosowanie miedzi elektrolitycznej pozwala osiągnąć następujące efekty:

• Zapewnij wysoką przewodność elektryczną;
• Osiągnij doskonałe możliwości stylizacji;
• Zapewniają wysoki stopień plastyczności.

Obszary zastosowań

Produkty kablowe wykonane z miedzi elektrolitycznej są szeroko stosowane w różnych gałęziach przemysłu. Najczęściej stosuje się go w następujących obszarach:

• przemysł elektryczny;
• urządzenia elektryczne;
• Branża motoryzacyjna;
• produkcja sprzętu komputerowego.

Jaka jest rezystancja?

Aby zrozumieć, czym jest miedź i jej właściwości, konieczne jest zrozumienie głównego parametru tego metalu - rezystywności. Należy je znać i stosować przy wykonywaniu obliczeń.

Rezystywność jest zwykle rozumiana jako wielkość fizyczna, którą charakteryzuje się zdolnością metalu do przewodzenia prądu elektrycznego.

Aby to zrobić, konieczna jest również znajomość tej wartości poprawnie obliczyć opór elektryczny konduktor. Dokonując obliczeń kierują się także jego wymiarami geometrycznymi. Podczas wykonywania obliczeń należy stosować następujący wzór:

Ta formuła jest znana wielu. Za jego pomocą można łatwo obliczyć rezystancję kabla miedzianego, koncentrując się wyłącznie na charakterystyce sieci elektrycznej. Pozwala obliczyć moc, która jest nieefektywnie zużywana na ogrzewanie rdzenia kabla. Oprócz, podobny wzór pozwala obliczyć opór dowolny kabel. Nie ma znaczenia, z jakiego materiału został wykonany kabel - miedź, aluminium czy jakiś inny stop.

Parametr taki jak oporność elektryczna mierzony jest w omach*mm2/m. Ten wskaźnik dla przewodów miedzianych ułożonych w mieszkaniu wynosi 0,0175 oma*mm2/m. Jeśli szukasz alternatywy dla miedzi – materiału, który można by zastosować zamiast niej tylko srebro można uznać za jedyne odpowiednie, którego rezystywność wynosi 0,016 oma*mm2/m. Jednak przy wyborze materiału należy zwrócić uwagę nie tylko na rezystywność, ale także na przewodność odwrotną. Wartość tę mierzy się w Siemensach (Cm).

Siemens = 1/om.

Dla miedzi o dowolnej masie ten parametr składu wynosi 58 100 000 S/m. Jeśli chodzi o srebro, jego przewodność wsteczna wynosi 62 500 000 S/m.

W naszym świecie zaawansowana technologia kiedy ma to każdy dom duża liczba urządzeń i instalacji elektrycznych wartość takiego materiału jak miedź jest po prostu nieoceniona. Ten materiał użyty do wykonania okablowania, bez którego nie obejdzie się żaden pokój. Gdyby miedź nie istniała, człowiek musiałby używać drutów innych firm dostępne materiały na przykład z aluminium. Jednak w tym przypadku trzeba by się zmierzyć z jednym problemem. Rzecz w tym, że ten materiał ma znacznie niższą przewodność niż przewodniki miedziane.

Oporność

Stosowanie materiałów o niskiej przewodności elektrycznej i cieplnej o dowolnej masie prowadzi do dużych strat energii elektrycznej. A wpływa to na utratę mocy na używanym sprzęcie. Większość ekspertów nazywa miedź głównym materiałem do produkcji izolowanych przewodów. Jest głównym materiałem, z którego wykonane są poszczególne elementy urządzeń zasilanych prądem elektrycznym.

• Płytki instalowane w komputerach wyposażone są w trawione ścieżki miedziane.
• Miedź jest również wykorzystywana do produkcji szerokiej gamy komponentów stosowanych w urządzeniach elektronicznych.
• W transformatorach i silnikach elektrycznych jest to uzwojenie wykonane z tego materiału.

Nie ma wątpliwości, że nastąpi rozszerzenie zakresu zastosowania tego materiału dalszy rozwój postęp techniczny. Chociaż oprócz miedzi istnieją inne materiały, projektanci nadal wykorzystują miedź podczas tworzenia sprzętu i różnych instalacji. główny powód zapotrzebowanie na ten materiał leży dobrą przewodnością elektryczną i cieplną tego metalu, który zapewnia w temperaturze pokojowej.

Współczynnik temperaturowy oporu

Wszystkie metale o dowolnej przewodności cieplnej mają właściwość zmniejszania przewodności wraz ze wzrostem temperatury. Wraz ze spadkiem temperatury wzrasta przewodność. Eksperci uważają, że szczególnie interesująca jest właściwość zmniejszania się rezystancji wraz ze spadkiem temperatury. Rzeczywiście w tym przypadku, gdy temperatura w pomieszczeniu spadnie do określonej wartości, przewodnik może stracić opór elektryczny i przejdzie do klasy nadprzewodników.

Aby określić wartość rezystancji konkretnego przewodnika o określonej masie w temperaturze pokojowej, stosuje się krytyczny współczynnik rezystancji. Jest to wartość pokazująca zmianę rezystancji odcinka obwodu, gdy temperatura zmieni się o jeden Kelwin. Aby obliczyć opór elektryczny przewodnika miedzianego w określonym czasie, użyj następującego wzoru:

ΔR = α*R*ΔT, gdzie α jest współczynnikiem temperaturowym oporu elektrycznego.

Wniosek

Miedź jest materiałem szeroko stosowanym w elektronice. Stosowany jest nie tylko w uzwojeniach i obwodach, ale także jako metal do produkcji wyrobów kablowych. Aby maszyny i urządzenia działały efektywnie, jest to konieczne poprawnie obliczyć rezystancję okablowania, leżał w mieszkaniu. Jest na to pewna formuła. Znając to, możesz wykonać obliczenia, które pozwolą ci znaleźć optymalny rozmiar przekroju kabla. W takim przypadku można uniknąć strat mocy sprzętu i zapewnić jego efektywne wykorzystanie.

Główne cechy materiałów przewodzących to:

1. Przewodność cieplna;
2. Różnica potencjałów kontaktowych i siła termoelektromotoryczna;
3. Wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie przy rozciąganiu.

ρ to wartość charakteryzująca zdolność materiału do przeciwstawiania się prądowi elektrycznemu. Opór właściwy wyraża się wzorem:

W przypadku długich przewodów (druty, przewody, żyły kablowe, szyny zbiorcze) długość przewodu l zwykle wyrażane w metrach, pole przekroju poprzecznego S- w mm², rezystancja przewodu R- w omach, to wymiar rezystywności

Dane dotyczące oporności różnych przewodników metalowych podano w artykule „Opór elektryczny i przewodność elektryczna”.

α jest wartością charakteryzującą zmianę rezystancji przewodnika w zależności od temperatury.
Średnia wartość współczynnik temperaturowy oporu w zakresie temperatur T 2° - T 1° można znaleźć ze wzoru:

Współczynniki temperaturowe rezystancji różnych materiałów przewodzących podano w poniższej tabeli.

Wartość współczynników temperaturowych rezystancji metali

Przewodność cieplna

λ jest wielkością charakteryzującą ilość ciepła przechodzącą w jednostce czasu przez warstwę materii. Wymiar przewodności cieplnej

Przewodność cieplna ma bardzo ważne do obliczeń cieplnych maszyn, aparatury, kabli i innych urządzeń elektrycznych.

Wartość przewodności cieplnej λ dla niektórych materiałów

Srebro Miedź Aluminium Mosiądz Żelazna stal Brązowy Beton Cegła Szkło Azbest Drzewo Korek

350 - 360 340 180 - 200 90 - 100 40 - 50 30 - 40 0,7 - 1,2 0,5 - 1,2 0,6 - 0,9 0,13 - 0,18 0,1 - 0,15 0,04 - 0,08

Z przedstawionych danych jasno wynika, że ​​metale mają największą przewodność cieplną. Materiały niemetaliczne mają znacznie niższą przewodność cieplną. Szczególnie niskie wartości osiąga dla materiałów porowatych, które stosuję specjalnie do izolacji termicznej. Według teorii elektronicznej wysoka przewodność cieplna metali wynika z tych samych elektronów przewodzących, co przewodność elektryczna.

Różnica potencjałów kontaktowych i siła termoelektromotoryczna

Jak stwierdzono w artykule „Przewody metalowe”, dodatnie jony metali znajdują się w węzłach sieci krystalicznej, tworząc niejako jej ramę. Swobodne elektrony wypełniają siatkę niczym gaz, czasami nazywany „gazem elektronowym”. Ciśnienie gazu elektronowego w metalu jest proporcjonalne do temperatury bezwzględnej i liczby wolnych elektronów na jednostkę objętości, która zależy od właściwości metalu. Kiedy w punkcie styku zetkną się dwa różne metale, ciśnienie gazu elektronowego wyrównuje się. W wyniku dyfuzji elektronów metal, którego liczba elektronów maleje, jest naładowany dodatnio, a metal, którego liczba elektronów wzrasta, jest naładowany ujemnie. W punkcie styku występuje różnica potencjałów. Różnica ta jest proporcjonalna do różnicy temperatur pomiędzy metalami i zależy od ich rodzaju. Prąd termoelektryczny powstaje w obwodzie zamkniętym. Siła elektromotoryczna (EMF), która wytwarza ten prąd, nazywa się siła termoelektromotoryczna(termo-EMF).

Zjawisko różnicy potencjałów stykowych wykorzystuje się w technologii pomiaru temperatury za pomocą termopar. Podczas pomiaru małych prądów i napięć w obwodzie na styku różnych metali może powstać duża różnica potencjałów, co zniekształca wyniki pomiaru. W takim przypadku konieczne jest dobranie materiałów tak, aby dokładność pomiaru była wysoka.

Wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie przy rozciąganiu

Przy wyborze przewodów, oprócz przekroju, materiału drutu i izolacji, należy wziąć pod uwagę ich wytrzymałość mechaniczną. Dotyczy to zwłaszcza napowietrznych linii energetycznych. Przewody są rozciągnięte. Pod wpływem siły przyłożonej do materiału, ten ostatni ulega wydłużeniu. Jeśli wyznaczymy pierwotną długość l 1 i ostateczna długość l 2, to różnica l 1 - l 2 = Δ l będzie wydłużenie absolutne.

Postawa

zwany wydłużenie względne.

Siła powodująca rozerwanie materiału nazywa się obciążenie niszczące i nazywa się stosunek tego obciążenia do pola przekroju poprzecznego materiału w momencie zniszczenia tymczasowa wytrzymałość na rozciąganie i jest wyznaczony

Tymczasowe dane dotyczące wytrzymałości na rozciąganie dla różne materiały podano poniżej.

Wartość wytrzymałości na rozciąganie dla różnych metali

Po podgrzaniu wzrasta w wyniku wzrostu prędkości ruchu atomów w materiale przewodnika wraz ze wzrostem temperatury. Przeciwnie, opór właściwy elektrolitów i węgla po podgrzaniu maleje, ponieważ w tych materiałach oprócz zwiększenia prędkości ruchu atomów i cząsteczek wzrasta liczba wolnych elektronów i jonów na jednostkę objętości.

Niektóre stopy, które zawierają więcej metali składowych, prawie nie zmieniają swojej rezystywności pod wpływem ogrzewania (konstantan, mangan itp.). Wyjaśnia to nieregularna struktura stopów i krótka średnia swobodna droga elektronów.

Nazywa się wartość pokazującą względny wzrost oporu, gdy materiał zostanie podgrzany o 1° (lub zmniejszony, gdy materiał zostanie schłodzony o 1°).

Jeśli współczynnik temperaturowy jest oznaczony przez α, rezystywność przy to = 20 o przez ρ o, to po podgrzaniu materiału do temperatury t1 jego rezystywność p1 = ρ o + αρ o (t1 - to) = ρ o(1 + (α (t1 -do))

i odpowiednio R1 = Ro (1 + (α (t1 - do))

Współczynnik temperaturowy a dla miedzi, aluminium i wolframu wynosi 0,004 1/deg. Dlatego po podgrzaniu do 100° ich opór wzrasta o 40%. Dla żelaza α = 0,006 1/deg, dla mosiądzu α = 0,002 1/deg, dla fechralu α = 0,0001 1/deg, dla nichromu α = 0,0002 1/deg, dla constantanu α = 0,00001 1/deg, dla manganu α = 0,00004 1/stopień Węgiel i elektrolity mają ujemny współczynnik temperaturowy oporu. Współczynnik temperaturowy dla większości elektrolitów wynosi około 0,02 1/stopień.

Wykorzystuje się właściwość przewodników do zmiany ich rezystancji w zależności od temperatury termometry oporowe. Mierząc rezystancję, temperaturę otoczenia określa się metodą obliczeniową.Konstantan, mangan i inne stopy o bardzo małym współczynniku temperaturowym rezystancji są wykorzystywane do produkcji boczników i dodatkowych rezystancji do przyrządów pomiarowych.

Przykład 1. Jak zmieni się opór Ro drutu żelaznego po jego podgrzaniu do temperatury 520°? Współczynnik temperaturowy a żelaza wynosi 0,006 1/deg. Zgodnie ze wzorem R1 = Ro + Ro α (t1 - do) = Ro + Ro 0,006 (520 - 20) = 4Ro, to znaczy opór drutu żelaznego po podgrzaniu o 520° wzrośnie 4-krotnie.

Przykład 2. Druty aluminiowe w temperaturze -20° mają rezystancję 5 omów. Należy określić ich odporność w temperaturze 30°.

R2 = R1 - α R1(t2 - t1) = 5 + 0,004 x 5 (30 - (-20)) = 6 omów.

Do pomiaru temperatur wykorzystuje się właściwość materiałów polegającą na zmianie ich rezystancji elektrycznej po podgrzaniu lub ochłodzeniu. Więc, opór cieplny, czyli druty wykonane z platyny lub czystego niklu wtopionego w kwarc, służą do pomiaru temperatur od -200 do +600°. Półprzewodnikowe opory termiczne o dużym ujemnym współczynniku służą do dokładnego określania temperatur w węższych zakresach.

Półprzewodnikowe rezystancje termiczne stosowane do pomiaru temperatury nazywane są termistorami.

Termistory mają wysoki ujemny współczynnik temperaturowy rezystancji, to znaczy po podgrzaniu ich rezystancja maleje. wykonane z tlenkowych (podlegających utlenieniu) materiałów półprzewodnikowych składających się z mieszaniny dwóch lub trzech tlenków metali. Najpopularniejsze są termistory miedziowo-manganowe i kobaltowo-manganowe. Te ostatnie są bardziej wrażliwe na temperaturę.