Rezystywność aluminium w temperaturze 35 stopni. Rezystancja miedzi w zależności od temperatury

Wiele osób słyszało o prawie Ohma, ale nie każdy wie, co to jest. Badanie rozpoczyna się od kurs szkolny fizyka. Szerzej nauczane są na Wydziale Fizyki i Elektrodynamiki. Wiedza ta raczej nie będzie przydatna dla przeciętnego człowieka, ale jest konieczna ogólny rozwój i dla kogoś przyszły zawód. Z drugiej strony podstawowa wiedza na temat elektryczności, jej budowy i cech w domu pomoże uchronić się przed szkodami. Nie bez powodu prawo Ohma nazywane jest podstawowym prawem elektryczności. Dla majsterkowicza Trzeba posiadać wiedzę z zakresu elektryki, aby zapobiec przepięciom, które mogą doprowadzić do wzrostu obciążenia i pożaru.

Pojęcie oporu elektrycznego

Zależność pomiędzy podstawowymi wielkościami fizycznymi obwodu elektrycznego – rezystancją, napięciem, natężeniem prądu – odkrył niemiecki fizyk Georg Simon Ohm.

Opór elektryczny przewodnika jest wielkością charakteryzującą jego odporność na prąd elektryczny. Inaczej mówiąc, część elektronów pod wpływem prądu elektrycznego na przewodnik opuszcza swoje miejsce w sieci krystalicznej i kierowana jest do dodatniego bieguna przewodnika. Część elektronów pozostaje w siatce, nadal krążąc wokół atomu jądrowego. Te elektrony i atomy tworzą opór elektryczny, który zapobiega ruchowi uwolnionych cząstek.

Powyższy proces dotyczy wszystkich metali, jednak opór występuje w nich inaczej. Wynika to z różnicy w wielkości, kształcie i materiale, z którego wykonany jest przewodnik. W związku z tym wymiary sieci krystalicznej mają różne kształty dla różnych materiałów, dlatego opór elektryczny dla przepływu prądu przez nie nie jest taki sam.

Z tę koncepcję wynika z tego, że określa się odporność właściwą substancji, tj indywidualny wskaźnik dla każdego metalu osobno. Oporność elektryczna (SER) to wielkość fizyczna oznaczona grecką literą ρ, charakteryzująca się zdolnością metalu do zapobiegania przepływowi prądu elektrycznego.

Miedź jest głównym materiałem na przewodniki

Rezystywność substancji oblicza się za pomocą wzoru, w którym jednym z ważnych wskaźników jest współczynnik temperaturowy oporu elektrycznego. Tabela zawiera wartości rezystywności trzech znanych metali w zakresie temperatur od 0 do 100°C.

Jeśli przyjmiemy wskaźnik rezystywności żelaza jako jeden z dostępne materiały, równy 0,1 oma, wówczas na 1 om potrzeba 10 metrów. Srebro ma najniższy opór elektryczny, dla jego wartości 1 oma będzie to 66,7 metra. Znacząca różnica, ale srebro to drogi metal, którego nie wszędzie można zastosować. Kolejnym najlepszym wskaźnikiem jest miedź, gdzie na 1 om potrzeba 57,14 metra. Ze względu na swoją dostępność i cenę w porównaniu ze srebrem, miedź jest jednym z najpopularniejszych materiałów stosowanych w sieciach elektrycznych. Niska rezystywność drutu miedzianego lub rezystancja drutu miedzianego umożliwia zastosowanie przewodnika miedzianego w wielu dziedzinach nauki, technologii, a także do celów przemysłowych i domowych.

Wartość rezystancji

Wartość rezystywności nie jest stała; zmienia się w zależności od następujących czynników:

• Rozmiar. Im większa średnica przewodnika, tym więcej elektronów przepuszcza przez siebie. Dlatego im mniejszy rozmiar, tym większa rezystancja.
• Długość. Elektrony przechodzą przez atomy, więc im dłuższy drut, tym więcej elektronów musi przez nie przejść. Przy obliczaniu należy wziąć pod uwagę długość i rozmiar drutu, ponieważ im dłuższy, cieńszy drut, tym większa jest jego rezystancja i odwrotnie. Nieobliczenie obciążenia używanego sprzętu może prowadzić do przegrzania drutu i pożaru.
• Temperatura. Wiadomo, że reżim temperaturowy ma duży wpływ na zachowanie substancji na różne sposoby. Metal jak nic innego zmienia swoje właściwości w różnych temperaturach. Rezystywność miedzi zależy bezpośrednio od współczynnika temperaturowego rezystancji miedzi i wzrasta po podgrzaniu.
• Korozja. Powstawanie korozji znacznie zwiększa obciążenie. Dzieje się tak na skutek uderzenia środowisko, wnikanie wilgoci, soli, brudu itp. objawy. Zaleca się zaizolowanie i zabezpieczenie wszystkich połączeń, końcówek, skrętek, zainstalowanie zabezpieczeń dla sprzętu znajdującego się na ulicy oraz niezwłoczną wymianę uszkodzonych przewodów, komponentów i zespołów.

Obliczanie rezystancji

Obliczeń dokonuje się przy projektowaniu obiektów o różnym przeznaczeniu i przeznaczeniu, gdyż życie każdego człowieka zapewnia energia elektryczna. Pod uwagę brane jest wszystko, od opraw oświetleniowych po sprzęt skomplikowany technicznie. W domu przydatne byłoby również wykonanie obliczeń, zwłaszcza jeśli planowana jest wymiana przewodów elektrycznych. W przypadku budownictwa prywatnego konieczne jest obliczenie obciążenia, w przeciwnym razie „prowizoryczny” montaż przewodów elektrycznych może doprowadzić do pożaru.

Celem obliczeń jest określenie całkowitej rezystancji przewodów wszystkich zastosowanych urządzeń, z uwzględnieniem ich parametrów technicznych. Oblicza się go ze wzoru R=p*l/S, gdzie:

R – obliczony wynik;

p – wskaźnik rezystywności z tabeli;

l – długość drutu (przewodnika);

S – średnica przekroju.

Jednostki

W systemie międzynarodowym jednostki wielkości fizycznych (SI), rezystancja elektryczna jest mierzona w omach (Ohm). Jednostką miary rezystywności według układu SI jest rezystywność substancji, przy której przewodnik wykonany z jednego materiału o długości 1 m i przekroju 1 m2. m. ma rezystancję 1 oma. Tabela wyraźnie pokazuje użycie 1 oma/m dla różnych metali.

Znaczenie rezystywności

Zależność między rezystywnością a przewodnością można uznać za wielkości odwrotne. Im wyższy wskaźnik jednego przewodnika, tym niższy wskaźnik drugiego i odwrotnie. Dlatego przy obliczaniu przewodności elektrycznej stosuje się obliczenie 1/r, ponieważ odwrotnością X jest 1/X i odwrotnie. Konkretny wskaźnik jest oznaczony literą g.

Zalety miedzi elektrolitycznej

Zaletą miedzi jest nie tylko niski wskaźnik rezystywności (po srebrze). Posiada unikalne w swojej charakterystyce właściwości, a mianowicie plastyczność i wysoką plastyczność. Dzięki tym właściwościom miedź elektrolityczna jest produkowana o wysokim stopniu czystości do produkcji kabli stosowanych w urządzeniach elektrycznych, sprzęcie komputerowym, przemyśle elektrycznym i motoryzacyjnym.

Zależność wskaźnika rezystancji od temperatury

Współczynnik temperatury jest wielkością równą zmianie napięcia części obwodu i rezystywności metalu w wyniku zmian temperatury. Większość metali ma tendencję do zwiększania rezystywności wraz ze wzrostem temperatury z powodu drgań termicznych sieci krystalicznej. Współczynnik temperaturowy rezystancji miedzi wpływa na rezystywność drutu miedzianego i w temperaturach od 0 do 100°C wynosi 4,1 10− 3(1/Kelwin). Na srebrze ten wskaźnik w tych samych warunkach ma wartość 3,8, a dla żelaza 6,0. To po raz kolejny potwierdza skuteczność wykorzystania miedzi jako przewodnika.

Oporność elektryczna jest wielkość fizyczna, który pokazuje stopień, w jakim materiał może oprzeć się przepływowi prądu elektrycznego przez niego. Niektórzy ludzie mogą się zdezorientować tę cechę ze zwykłym oporem elektrycznym. Pomimo podobieństwa pojęć, różnica między nimi polega na tym, że specyficzny odnosi się do substancji, a drugi termin odnosi się wyłącznie do przewodników i zależy od materiału, z którego są wykonane.

Odwrotność tego materiału jest właściwą przewodnością elektryczną. Im wyższy ten parametr, tym lepiej prąd przepływa przez substancję. Odpowiednio, im wyższy opór, tym większych strat można się spodziewać na wyjściu.

Wzór obliczeniowy i wartość pomiaru

Biorąc pod uwagę sposób pomiaru specyficznego oporu elektrycznego, możliwe jest również prześledzenie połączenia z niespecyficznym, ponieważ do oznaczenia parametru używa się jednostek Ohm m. Sama wielkość jest oznaczana jako ρ. Dzięki tej wartości można określić odporność substancji w konkretnym przypadku na podstawie jej wielkości. Ta jednostka miary odpowiada układowi SI, ale mogą wystąpić inne różnice. W technologii okresowo można spotkać przestarzałe oznaczenie Ohm mm 2 /m. Aby przejść z tego systemu na międzynarodowy, nie trzeba używać skomplikowanych wzorów, ponieważ 1 om mm 2 /m równa się 10 -6 om m.

Wzór na oporność elektryczną jest następujący:

R= (ρ l)/S, gdzie:

• R – rezystancja przewodu;
• Ρ – rezystywność materiału;
• l – długość przewodu;
• S – przekrój przewodu.

Zależność od temperatury

Oporność elektryczna zależy od temperatury. Ale wszystkie grupy substancji objawiają się inaczej, gdy się zmieniają. Należy to wziąć pod uwagę przy obliczaniu przewodów, które będą działać w określonych warunkach. Przykładowo na zewnątrz, gdzie wartości temperatur zależą od pory roku, niezbędne materiały z mniejszą podatnością na zmiany w zakresie od -30 do +30 stopni Celsjusza. Jeśli planujesz zastosować go w sprzęcie, który będzie pracował w takich samych warunkach, to musisz także zoptymalizować okablowanie pod kątem określonych parametrów. Materiał dobierany jest zawsze z uwzględnieniem przeznaczenia.

W tabeli nominalnej opór elektryczny jest mierzony w temperaturze 0 stopni Celsjusza. Wzrost wskaźników tego parametru po podgrzaniu materiału wynika z faktu, że intensywność ruchu atomów w substancji zaczyna rosnąć. Nośniki ładunku elektrycznego rozpraszają się losowo we wszystkich kierunkach, co prowadzi do powstawania przeszkód w ruchu cząstek. Ilość przepływu elektrycznego maleje.

Wraz ze spadkiem temperatury warunki przepływu prądu stają się lepsze. Po osiągnięciu określonej temperatury, która będzie różna dla każdego metalu, pojawia się nadprzewodnictwo, przy którym rozpatrywana charakterystyka osiąga prawie zero.

Różnice w parametrach osiągają czasami bardzo duże wartości. Materiały o wysokich parametrach mogą być stosowane jako izolatory. Pomagają chronić przewody przed zwarciami i niezamierzonym kontaktem z człowiekiem. Niektóre substancje w ogóle nie mają zastosowania w elektrotechnice, jeśli mają wysoką wartość tego parametru. Inne właściwości mogą to zakłócać. Na przykład przewodność elektryczna wody nie będzie miała wielkie znaczenie dla tego obszaru. Oto wartości niektórych substancji o wysokich wskaźnikach.

Substancje o niskiej wydajności są aktywniej wykorzystywane w elektrotechnice. Często są to metale, które służą jako przewodniki. Istnieje również wiele różnic między nimi. Aby poznać oporność elektryczną miedzi lub innych materiałów, warto zajrzeć do tabeli referencyjnej.

Specyficzna objętościowa oporność elektryczna

Ten parametr charakteryzuje zdolność przepuszczania prądu przez objętość substancji. Do pomiaru konieczne jest przyłożenie potencjału napięcia z różnych stron materiału, z którego produkt zostanie włączony do obwodu elektrycznego. Zasilany jest prądem o parametrach znamionowych. Po przejściu mierzone są dane wyjściowe.

Zastosowanie w elektrotechnice

Zmiana parametru w różnych temperaturach jest szeroko stosowana w elektrotechnice. Bardzo prosty przykład to lampa żarowa wykorzystująca żarnik nichromowy. Po podgrzaniu zaczyna świecić. Gdy przepływa przez niego prąd, zaczyna się on nagrzewać. Wraz ze wzrostem ogrzewania wzrasta również opór. W związku z tym prąd początkowy niezbędny do uzyskania oświetlenia jest ograniczony. Spirala nichromowa, wykorzystując tę ​​samą zasadę, może stać się regulatorem na różnych urządzeniach.

Powszechne zastosowanie dotknęło również metale szlachetne, które mają odpowiednie cechy dla elektrotechniki. W przypadku obwodów krytycznych wymagających dużej prędkości wybierane są srebrne styki. Są drogie, ale biorąc pod uwagę stosunkowo niewielką ilość materiałów, ich zastosowanie jest całkiem uzasadnione. Miedź ma gorszą przewodność od srebra, ale ma więcej przystępna cena, dzięki czemu częściej używa się go do tworzenia przewodów.

W warunkach, w których można maksymalnie wykorzystać niskie temperatury stosowane są nadprzewodniki. Nie zawsze są one odpowiednie do stosowania w temperaturze pokojowej i na zewnątrz, ponieważ wraz ze wzrostem temperatury ich przewodność zacznie spadać, dlatego w takich warunkach liderami pozostają aluminium, miedź i srebro.

W praktyce pod uwagę bierze się wiele parametrów, a ten jest jednym z najważniejszych. Wszelkie obliczenia przeprowadzane są na etapie projektowania, do którego wykorzystywane są materiały referencyjne.

Kiedy obwód elektryczny jest zamknięty, na jego zaciskach występuje różnica potencjałów, pojawia się prąd elektryczny. Swobodne elektrony pod wpływem sił pola elektrycznego poruszają się wzdłuż przewodnika. W swoim ruchu elektrony zderzają się z atomami przewodnika i dostarczają im energii energia kinetyczna. Prędkość elektronów stale się zmienia: gdy elektrony zderzają się z atomami, cząsteczkami i innymi elektronami, maleje, a następnie pod wpływem pole elektryczne wzrasta i maleje ponownie w przypadku nowej kolizji. W rezultacie w przewodniku ustala się równomierny przepływ elektronów z prędkością kilku ułamków centymetra na sekundę. W rezultacie elektrony przechodzące przez przewodnik zawsze napotykają opór z jego strony. Kiedy prąd elektryczny przepływa przez przewodnik, ten ostatni nagrzewa się.

Opór elektryczny

Opór elektryczny przewodnika, który jest wyznaczony Litera łacińska R, to właściwość ciała lub ośrodka polegająca na przekształcaniu energii elektrycznej w energię cieplną, gdy przepływa przez nie prąd elektryczny.

Na schematach opór elektryczny jest wskazany, jak pokazano na rysunku 1, A.

Nazywa się zmiennym oporem elektrycznym, który służy do zmiany prądu w obwodzie opornica. Na schematach reostaty oznaczono jak pokazano na rysunku 1, B. W ogólna perspektywa Reostat jest wykonany z drutu o takiej lub innej rezystancji, nawiniętego na izolacyjną podstawę. Suwak lub dźwignia reostatu ustawiana jest w określonej pozycji, w wyniku czego do obwodu wprowadzany jest wymagany opór.

Długi przewodnik o małym przekroju powoduje duży opór dla prądu. Krótkie przewodniki o dużym przekroju poprzecznym stawiają niewielki opór prądowi.

Jeśli weźmiemy dwóch przewodników z różne materiały, ale tej samej długości i przekroju, wówczas przewodniki będą przewodziły prąd inaczej. To pokazuje, że opór przewodnika zależy od materiału, z którego jest wykonany przewodnik.

Temperatura przewodnika wpływa również na jego rezystancję. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta opór metali, a maleje opór cieczy i węgla. Tylko niektóre specjalne stopy metali (manganina, konstantan, nikiel i inne) prawie nie zmieniają swojej odporności wraz ze wzrostem temperatury.

Widzimy więc, że opór elektryczny przewodnika zależy od: 1) długości przewodnika, 2) przekroju przewodnika, 3) materiału przewodnika, 4) temperatury przewodnika.

Jednostką oporu jest jeden om. Om jest często reprezentowane przez grecką wielką literę Ω (omega). Dlatego zamiast pisać „Rezystancja przewodnika wynosi 15 omów”, możesz po prostu napisać: R= 15 Ω.
1000 omów nazywa się 1 kiloomy(1 kOhm lub 1 kΩ),
1 000 000 omów nazywa się 1 megaom(1 mOhm lub 1 MΩ).

Porównując rezystancję przewodów z różne materiały Dla każdej próbki konieczne jest pobranie określonej długości i przekroju. Wtedy będziemy mogli ocenić, który materiał lepiej lub gorzej przewodzi prąd elektryczny.

Wideo 1. Rezystancja przewodu

Rezystancja

Nazywa się rezystancją w omach przewodu o długości 1 m i przekroju 1 mm² oporność i jest oznaczony grecką literą ρ (ro).

Tabela 1 pokazuje rezystancje niektórych przewodników.

Tabela 1

Rezystancje różnych przewodników

Z tabeli wynika, że ​​żelazny drut o długości 1 m i przekroju 1 mm² ma rezystancję 0,13 oma. Aby uzyskać rezystancję 1 oma, należy wziąć 7,7 m takiego drutu. Srebro ma najniższą rezystancję. Opór 1 oma można uzyskać, biorąc 62,5 m srebrnego drutu o przekroju 1 mm². Srebro jest najlepszym przewodnikiem, jednak cena srebra wyklucza możliwość jego masowego wykorzystania. Po srebrze w tabeli pojawia się miedź: 1 m drutu miedzianego o przekroju 1 mm² ma rezystancję 0,0175 oma. Aby uzyskać rezystancję 1 oma, należy wziąć 57 m takiego drutu.

Chemicznie czysta miedź, otrzymywana w drodze rafinacji, znalazła szerokie zastosowanie w elektrotechnice do produkcji drutów, kabli, uzwojeń maszyn i urządzeń elektrycznych. Aluminium i żelazo są również szeroko stosowane jako przewodniki.

Rezystancję przewodnika można określić ze wzoru:

Gdzie R– rezystancja przewodu w omach; ρ – rezystancja właściwa przewodnika; l– długość przewodu w m; S– przekrój przewodu w mm².

Przykład 1. Wyznacz opór 200 m drutu żelaznego o przekroju 5 mm².

Przykład 2. Oblicz opór 2 km drutu aluminiowego o przekroju 2,5 mm².

Ze wzoru na rezystancję można łatwo określić długość, rezystywność i przekrój przewodnika.

Przykład 3. W przypadku odbiornika radiowego konieczne jest nawinięcie rezystancji 30 omów z drutu niklowego o przekroju 0,21 mm². Określ wymaganą długość drutu.

Przykład 4. Określ przekrój 20 m drutu nichromowego, jeśli jego rezystancja wynosi 25 omów.

Przykład 5. Drut o przekroju 0,5 mm² i długości 40 m ma rezystancję 16 omów. Określ materiał drutu.

Materiał przewodnika charakteryzuje jego rezystywność.

Na podstawie tabeli oporności stwierdzamy, że ołów ma tę rezystancję.

Powyżej stwierdzono, że rezystancja przewodników zależy od temperatury. Wykonajmy następujący eksperyment. Nawińmy kilka metrów cienkiego metalowego drutu w formie spirali i podłączmy tę spiralę do obwodu akumulatora. Aby zmierzyć prąd, podłączamy amperomierz do obwodu. Gdy cewka zostanie podgrzana w płomieniu palnika, można zauważyć, że wskazania amperomierza zmniejszą się. To pokazuje, że opór metalowego drutu wzrasta wraz z ogrzewaniem.

W przypadku niektórych metali po podgrzaniu do 100° rezystancja wzrasta o 40–50%. Istnieją stopy, które pod wpływem ogrzewania nieznacznie zmieniają swoją rezystancję. Niektóre stopy specjalne nie wykazują praktycznie żadnej zmiany oporu przy zmianach temperatury. Opór przewodników metalowych wzrasta wraz ze wzrostem temperatury, natomiast opór elektrolitów (przewodników cieczy), węgla i niektórych ciał stałych, wręcz przeciwnie, maleje.

Do budowy termometrów rezystancyjnych wykorzystuje się zdolność metali do zmiany oporu pod wpływem temperatury. Ten termometr to drut platynowy nawinięty na ramkę z miki. Umieszczając termometr na przykład w piecu i mierząc rezystancję drutu platynowego przed i po nagrzaniu, można określić temperaturę w piecu.

Nazywa się zmianę rezystancji przewodnika po jego nagrzaniu na 1 om rezystancji początkowej i na 1° temperatury temperaturowy współczynnik oporu i jest oznaczony literą α.

Jeśli w temp T 0 rezystancja przewodu wynosi R 0 i w temperaturze T równa się rt, a następnie współczynnik temperaturowy oporu

Notatka. Obliczenia przy użyciu tego wzoru można wykonać tylko w określonym zakresie temperatur (do około 200°C).

Przedstawiamy wartości temperaturowego współczynnika rezystancji α dla niektórych metali (tabela 2).

Tabela 2

Wartości współczynników temperaturowych dla niektórych metali

Ze wzoru na współczynnik temperaturowy oporu określamy rt:

rt = R 0 .

Przykład 6. Wyznacz rezystancję drutu żelaznego nagrzanego do temperatury 200°C, jeśli jego rezystancja w temperaturze 0°C wynosiła 100 omów.

rt = R 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 omów.

Przykład 7. Termometr oporowy wykonany z drutu platynowego miał rezystancję 20 omów w pomieszczeniu o temperaturze 15°C. Termometr włożono do piekarnika i po pewnym czasie zmierzono jego rezystancję. Okazało się, że jest równe 29,6 oma. Określ temperaturę w piekarniku.

Przewodnictwo elektryczne

Do tej pory uważaliśmy opór przewodnika za przeszkodę, jaką przewodnik stanowi dla prądu elektrycznego. Ale mimo to prąd przepływa przez przewodnik. Dlatego oprócz rezystancji (przeszkody) przewodnik ma również zdolność przewodzenia prądu elektrycznego, czyli przewodnictwa.

Im większy opór ma przewodnik, tym mniejszą ma przewodność, tym gorzej przewodzi prąd elektryczny i odwrotnie, im niższy opór przewodnika, tym większa jest jego przewodność, tym łatwiej jest przepływać prąd przez przewodnik. Dlatego opór i przewodność przewodnika są wielkościami odwrotnymi.

Z matematyki wiadomo, że odwrotnością 5 jest 1/5 i odwrotnie, odwrotnością 1/7 jest 7. Dlatego też, jeśli opór przewodnika jest oznaczony literą R, wówczas przewodność definiuje się jako 1/ R. Przewodność jest zwykle symbolizowana literą g.

Przewodność elektryczną mierzy się w (1/om) lub w siemensach.

Przykład 8. Rezystancja przewodnika wynosi 20 omów. Określ jego przewodność.

Jeśli R= 20 omów

Przykład 9. Przewodność przewodnika wynosi 0,1 (1/om). Określ jego opór

Jeśli g = 0,1 (1/om), to R= 1 / 0,1 = 10 (om)

Rezystywność jest pojęciem stosowanym w elektrotechnice. Wskazuje, jaki opór na jednostkę długości ma materiał o jednostkowym przekroju poprzecznym dla przepływającego przez niego prądu, czyli innymi słowy, jaki opór ma drut o milimetrowym przekroju poprzecznym i długości jednego metra. Koncepcja ta jest stosowana w różnych obliczeniach elektrycznych.

Ważne jest, aby zrozumieć różnice między opornością elektryczną prądu stałego a opornością elektryczną prądu przemiennego. W pierwszym przypadku rezystancja jest spowodowana wyłącznie działaniem prądu stałego na przewodnik. W drugim przypadku prąd przemienny (może mieć dowolny kształt: sinusoidalny, prostokątny, trójkątny lub dowolny) powoduje dodatkowe pole wirowe w przewodniku, które również wytwarza opór.

Reprezentacja fizyczna

W obliczeniach technicznych związanych z układaniem kabli o różnych średnicach parametry służą do obliczenia wymaganej długości kabla i jego właściwości elektrycznych. Jednym z głównych parametrów jest rezystywność. Wzór na oporność elektryczną:

ρ = R * S / l, gdzie:

• ρ jest rezystywnością materiału;
• R jest omową rezystancją elektryczną konkretnego przewodnika;
• S - przekrój;
• l - długość.

Wymiar ρ mierzony jest w Ohm mm 2 /m, lub w skrócie - Ohm m.

Wartość ρ dla tej samej substancji jest zawsze taka sama. Jest to zatem stała charakteryzująca materiał przewodnika. Zwykle jest to wskazane w katalogach. Na tej podstawie można już obliczyć wielkości techniczne.

Ważne jest, aby powiedzieć o określonej przewodności elektrycznej. Wartość ta jest odwrotnością rezystywności materiału i jest używana w równym stopniu z nią. Nazywa się to również przewodnością elektryczną. Im wyższa jest ta wartość, tym lepiej metal przewodzi prąd. Na przykład przewodność miedzi wynosi 58,14 m/(om mm2). Lub w jednostkach SI: 58 140 000 S/m. (Siemens na metr to jednostka przewodności elektrycznej w układzie SI).

O rezystywności możemy mówić tylko w obecności elementów przewodzących prąd, ponieważ dielektryki mają nieskończony lub prawie nieskończony opór elektryczny. Natomiast metale są bardzo dobrymi przewodnikami prądu. Opór elektryczny metalowego przewodnika można zmierzyć za pomocą miliomomierza lub jeszcze dokładniejszego mikroomomierza. Wartość mierzona jest pomiędzy ich sondami przyłożonymi do odcinka przewodu. Pozwalają sprawdzić obwody, okablowanie, uzwojenia silników i generatorów.

Metale różnią się pod względem zdolności przewodzenia prądu. Rezystywność różnych metali jest parametrem charakteryzującym tę różnicę. Dane podano dla temperatury materiału 20 stopni Celsjusza:

Parametr ρ pokazuje, jaki opór będzie miał przewód miernika o przekroju 1 mm 2. Im wyższa jest ta wartość, tym większy opór elektryczny pożądanego drutu o określonej długości. Najmniejsze ρ, jak widać z listy, to srebro, rezystancja jednego metra tego materiału będzie wynosić zaledwie 0,015 oma, ale jest to metal zbyt drogi, aby można go było zastosować na skalę przemysłową. Następna w kolejności jest miedź, która występuje znacznie częściej w przyrodzie (nie jest metalem szlachetnym, ale metalem nieżelaznym). Dlatego okablowanie miedziane jest bardzo powszechne.

Miedź jest nie tylko dobrym przewodnikiem prądu elektrycznego, ale także materiałem bardzo plastycznym. Dzięki tej właściwości przewody miedziane lepiej się układają i są odporne na zginanie i rozciąganie.

Miedź cieszy się dużym zainteresowaniem na rynku. Z tego materiału wytwarza się wiele różnych produktów:

• Ogromna różnorodność dyrygentów;
• Części samochodowe (np. chłodnice);
• Mechanizmy zegarowe;
• Komponenty komputerowe;
• Części urządzeń elektrycznych i elektronicznych.

Oporność elektryczna miedzi należy do najlepszych wśród materiałów przewodzących prąd, dlatego na jej podstawie powstaje wiele produktów przemysłu elektrotechnicznego. Poza tym miedź łatwo się lutuje, dlatego jest bardzo popularna w radioamatorach.

Wysoka przewodność cieplna miedzi pozwala na zastosowanie jej w urządzeniach chłodniczych i grzewczych, a jej plastyczność umożliwia tworzenie najdrobniejsze szczegóły i najlepsi dyrygenci.

Przewodniki prądu elektrycznego dzielą się na pierwszego i drugiego rodzaju. Przewodnikami pierwszego rodzaju są metale. Przewodniki drugiego typu to przewodzące roztwory cieczy. Prąd w pierwszym typie przenoszony jest przez elektrony, a nośnikami prądu w przewodnikach drugiego typu są jony, naładowane cząstki cieczy elektrolitycznej.

O przewodności materiałów możemy mówić jedynie w kontekście temperatury otoczenia. W wyższych temperaturach przewodniki pierwszego typu zwiększają swoją rezystancję elektryczną, a drugiego, wręcz przeciwnie, zmniejszają się. W związku z tym istnieje współczynnik temperaturowy odporności materiałów. Rezystywność miedzi Ohm m wzrasta wraz ze wzrostem ogrzewania. Współczynnik temperaturowy α zależy również tylko od materiału, wartość ta nie ma wymiaru i dla różnych metali i stopów jest równa następującym wskaźnikom:

• Srebro - 0,0035;
• Żelazo - 0,0066;
• Platyna - 0,0032;
• Miedź - 0,0040;
• Wolfram - 0,0045;
• Rtęć - 0,0090;
• Konstantan - 0,000005;
• Nikiel - 0,0003;
• Nichrom - 0,00016.

Wyznaczanie wartości rezystancji elektrycznej odcinka przewodu w podwyższonej temperaturze R (t) oblicza się ze wzoru:

R (t) = R (0) · , gdzie:

• R (0) - rezystancja w temperaturze początkowej;
• α - współczynnik temperaturowy;
• t - t (0) - różnica temperatur.

Na przykład, znając opór elektryczny miedzi w temperaturze 20 stopni Celsjusza, możesz obliczyć, jaki będzie on równy w temperaturze 170 stopni, czyli po podgrzaniu o 150 stopni. Początkowy opór wzrośnie 1,6-krotnie.

Przeciwnie, wraz ze wzrostem temperatury przewodność materiałów maleje. Ponieważ jest to odwrotność oporu elektrycznego, zmniejsza się on dokładnie o tę samą wartość. Na przykład przewodność elektryczna miedzi po podgrzaniu materiału o 150 stopni zmniejszy się 1,6 razy.

Istnieją stopy, które praktycznie nie zmieniają swojej rezystancji elektrycznej pod wpływem zmian temperatury. Jest to na przykład Konstantan. Gdy temperatura zmieni się o sto stopni, jej opór wzrasta tylko o 0,5%.

Chociaż przewodność materiałów pogarsza się pod wpływem ciepła, poprawia się wraz ze spadkiem temperatury. Związane jest to ze zjawiskiem nadprzewodnictwa. Jeśli obniżysz temperaturę przewodnika poniżej -253 stopni Celsjusza, jego opór elektryczny gwałtownie spadnie: prawie do zera. Pod tym względem spadają koszty przesyłu energii elektrycznej. Jedynym problemem było ochłodzenie przewodów do takich temperatur. Jednak w związku z ostatnimi odkryciami nadprzewodników wysokotemperaturowych na bazie tlenków miedzi materiały muszą zostać schłodzone do akceptowalnych wartości.

Oporność zawartości metali jest miarą ich odporności na przepływ prądu elektrycznego. Wartość ta wyrażana jest w omomierzu (Ohm⋅m). Symbolem rezystywności jest grecka litera ρ (rho). Wysoka rezystywność oznacza, że ​​materiał jest słabym przewodnikiem ładunku elektrycznego.

Oporność

Oporność elektryczną definiuje się jako stosunek natężenia pola elektrycznego wewnątrz metalu do gęstości prądu w nim:

Gdzie:
ρ – rezystywność metalu (Ohm⋅m),
E - natężenie pola elektrycznego (V/m),
J to wartość gęstości prądu elektrycznego w metalu (A/m2)

Jeśli natężenie pola elektrycznego (E) w metalu jest bardzo wysokie, a gęstość prądu (J) jest bardzo mała, oznacza to, że metal ma wysoką rezystywność.

Odwrotnością rezystywności jest przewodność elektryczna, która wskazuje, jak dobrze materiał przewodzi prąd elektryczny:

σ to przewodność materiału wyrażona w simensach na metr (S/m).

Opór elektryczny

Opór elektryczny, będący jednym ze składników, wyrażany jest w omach (Ohm). Należy zauważyć, że opór elektryczny i rezystywność to nie to samo. Rezystywność jest właściwością materiału, podczas gdy opór elektryczny jest właściwością obiektu.

Opór elektryczny rezystora jest określony przez kombinację jego kształtu i rezystywności materiału, z którego jest wykonany.

Na przykład rezystor drutowy wykonany z długiego i cienkiego drutu ma wyższą rezystancję niż rezystor wykonany z krótkiego i grubego drutu z tego samego metalu.

Jednocześnie rezystor drutowy wykonany z materiału o wysokiej rezystywności ma większą rezystancję elektryczną niż rezystor wykonany z materiału o niskiej rezystywności. A wszystko to pomimo tego, że oba rezystory wykonane są z drutu o tej samej długości i średnicy.

Aby to zilustrować, możemy narysować analogię z układem hydraulicznym, w którym woda jest pompowana rurami.

• Im dłuższa i cieńsza rura, tym większa odporność na wodę.
• Rura wypełniona piaskiem będzie bardziej odporna na wodę niż rura bez piasku.

Rezystancja drutu

Wielkość rezystancji drutu zależy od trzech parametrów: rezystywności metalu, długości i średnicy samego drutu. Wzór do obliczania rezystancji drutu:

Gdzie:
R - rezystancja drutu (om)
ρ - rezystywność metalu (Ohm.m)
L - długość drutu (m)
A - powierzchnia przekroju drutu (m2)

Jako przykład rozważmy rezystor drutowy nichromowy o rezystywności 1,10×10-6 omów. Drut ma długość 1500 mm i średnicę 0,5 mm. Na podstawie tych trzech parametrów obliczamy rezystancję drutu nichromowego:

R=1,1*10 -6 *(1,5/0,000000196) = 8,4 oma

Jako materiały oporowe często stosuje się nichrom i konstantan. Poniżej w tabeli można zobaczyć rezystywność niektórych najczęściej używanych metali.

Opór powierzchniowy

Wartość rezystancji powierzchniowej oblicza się w taki sam sposób, jak rezystancję drutu. W w tym przypadku Pole przekroju poprzecznego można przedstawić jako iloczyn w i t:

W przypadku niektórych materiałów, takich jak cienkie folie, zależność między rezystywnością a grubością folii nazywana jest rezystancją arkusza RS:

gdzie RS jest mierzone w omach. Do tego obliczenia grubość folii musi być stała.

Często producenci rezystorów wycinają ścieżki w folii, aby zwiększyć rezystancję i zwiększyć ścieżkę prądu elektrycznego.

Właściwości materiałów rezystancyjnych

Rezystywność metalu zależy od temperatury. Ich wartości podawane są zazwyczaj dla temperatury pokojowej (20°C). Zmiana rezystywności pod wpływem zmiany temperatury charakteryzuje się współczynnikiem temperaturowym.

Na przykład termistory (termistory) wykorzystują tę właściwość do pomiaru temperatury. Z drugiej strony w elektronice precyzyjnej jest to efekt raczej niepożądany.
Rezystory z powłoką metalową mają doskonałe właściwości stabilności temperaturowej. Osiąga się to nie tylko dzięki niskiej rezystywności materiału, ale także dzięki konstrukcji mechanicznej samego rezystora.

Do produkcji rezystorów wykorzystuje się wiele różnych materiałów i stopów. Nichrom (stop niklu i chromu) ze względu na wysoką rezystywność i odporność na utlenianie w wysokich temperaturach jest często stosowany jako materiał do produkcji rezystorów drutowych. Jego wadą jest to, że nie można go lutować. Constantan, kolejny popularny materiał, jest łatwy do lutowania i ma niższy współczynnik temperaturowy.