Питомий опір алюмінію за температури 35 градусів. Опір міді в залежності від температури

Про закон Ома багато хто чув, але не всі знають, що це таке. Вивчення починається зі шкільного курсуфізики. Докладніше проходять на фізфаку та електродинаміці. Пересічному обивателю ці знання малоймовірно знадобляться, але вони необхідні для загального розвитку, а комусь для майбутньої професії. З іншого боку, елементарні знання про електрику, його пристрій, особливості в домашніх умовах допоможуть застерегти себе від біди. Недарма закон Ома називають основним законом електрики. Домашньому майструпотрібно володіти знаннями в галузі електрики, щоб не допустити перенапруги, що може спричинити збільшення навантаження та виникнення пожежі.

Поняття електричного опору

Залежність між основними фізичними величинами електричного кола – опором, напругою, силою струму відкрив німецький фізик Георг Сімон Ом.

Електроопір провідника це величина, що характеризує його протистояння електричному струму.Іншими словами, частина електронів під дією електричного струму на провідник залишає своє місце в кристалічній решітці і прямує до позитивного полюса провідника. Частина електронів залишається у ґратах, продовжуючи обертатися навколо атома ядра. Дані електрони і атоми утворюють електроопір, що перешкоджає просуванню частинок, що вивільнилися.

Вищеописаний процес застосовний до всіх металів, але опір у яких відбувається по-різному. Це з різницею розмірів, форм, матеріалу, з якого складається провідник. Відповідно розміри кристалічної решітки мають неоднакову форму у різних матеріалів, отже, електроопір просуванню по них струму відбувається не однаково.

З даного поняттявипливає визначення питомого опору речовини, що є індивідуальним показникомдля кожного металу окремо. Питомий електричний опір (УЕС) це фізична величина, що позначається грецькою літерою і характеризується здатністю металу перешкодити проходженню електрики через нього.

Мідь – основний матеріал для провідників

УЕС речовини розраховується за формулою, де одним із важливих показників є температурний коефіцієнт електроопору. Таблиця містить значення УЕС відомих трьох металів в діапазоні температур від 0 до 100°C.

Якщо взяти показник УЕС заліза, як одного з доступних матеріалів, Що дорівнює 0,1 Ом, то для 1 Ом знадобиться 10 метрів. Найнижчий електроопір має срібло, для його показника 1 Ом вийде 66,7 метрів. Значна різниця, але срібло є дорогим металом, використання якого повсюдно є недоцільним. Наступним за показниками йде мідь, де на 1 Ом потрібно 57,14 метрів. У зв'язку з доступністю, вартістю порівняно зі сріблом, мідь є одним із популярних матеріалів для використання її в електричних мережах. Низький питомий опір мідного дроту або опір мідного дроту дає можливість використовувати мідний провідник у багатьох галузях науки, техніки, а також у промисловому та побутовому призначенні.

Величина питомого опору

УЕС величина непостійна, вона змінюється залежно від таких факторів:

• Розмір. Чим більший діаметр провідника, тим більше електронів він через себе пропускає. Отже, чим його розмір менший, тим більший УЕС.
• довжина. Електрони проходять через атоми тому чим довше дріт, тим більше доводиться долати через них електронам. При розрахунках необхідно враховувати довжину, розмір дроту, тому що чим довше, тонше провідтим його УЕС більше і навпаки. Не розрахувавши навантаження обладнання, що використовується, можна призвести до перегрівання дроту і займання.
• Температура. Відомо що температурний режиммає значення на поведінку речовин по-різному. Метал, як ніщо інше, змінює свої властивості за різних температур. Питомий опір міді залежить від температурного коефіцієнта опору міді і при нагріванні збільшується.
• Корозія. Утворення корозії значно збільшує навантаження. Відбувається це через вплив довкілля, попадання вологи, солі, бруду, тощо проявів. Рекомендується ізолювати, оберігати всі з'єднання, клеми, скручування, встановлювати захист для обладнання, що знаходиться на вулиці, своєчасно проводити заміну пошкоджених проводів, вузлів, агрегатів.

Розрахунок опору

Розрахунки здійснюються під час проектування об'єктів різного призначення та використання, адже життєзабезпечення кожного відбувається за рахунок електрики. Враховується все, починаючи з освітлювальних приладів, до технічно складного обладнання. У домашніх умовах також буде не зайвим зробити розрахунок, особливо якщо передбачається заміна електропроводки. Для приватного домобудівництва необхідно розрахувати навантаження, інакше кустарне складання електропроводки може призвести до займання.

Метою розрахунку є визначення загального опору провідників всіх пристроїв, враховуючи їх технічні параметри. Воно обчислюється за формулою R=p*l/S де:

R - обчислюваний результат;

p – показник УЕС із таблиці;

l – довжина дроту (провідника);

S – діаметр перерізу.

Одиниці виміру

У міжнародної системиодиниць фізичних величин (СІ) електричний опір вимірюється в Омах (Ом). Одиниця виміру УЕС згідно з системою СІ дорівнює такій УЕС речовини, при якій провідник з одного матеріалу довжиною 1 м з перетином 1 кв. м. має опір 1 Ом. Наочно застосування 1 ом/м щодо різних металів наведено у таблиці.

Значимість питомого опору

Зв'язок питомого опору та провідності можна розглядати як обернені величини. Чим більший показник одного провідника, тим нижчий показник іншого та навпаки. Тому при обчисленні електропровідності використовується розрахунок 1/r, тому що число зворотне до Х є 1/Х і навпаки. Питомий показник позначається літерою g.

Переваги електролітичної міді

Низьким показником УЕС (після срібла) як перевагою мідь не обмежується. Вона має унікальні за своїми характеристиками властивості, а саме пластичність, високу ковкість. Завдяки таким якостям виготовляється високою мірою чистоти електролітична мідь для виробництва кабелів, які використовуються в електроприладах, комп'ютерній техніці, електроіндустрії та автомобілебудуванні.

Залежність показника опору від температури

Температурний коефіцієнтє величиною, яка дорівнює зміні напруги частини ланцюга та УЕС металу внаслідок змін температури. Більшість металів схильна до зростання УЕС зі збільшенням температури через теплові коливання кристалічних ґрат. Температурний коефіцієнт опору міді впливає на питомий опір мідного дроту і за температури від 0 до 100°C становить 4,1·10− 3(1/Кельвін). У срібла даний показникза тих самих умов має значення 3,8, а в заліза 6,0. Це ще раз доводить ефективність використання міді як провідника.

Питомий електричний опір є фізичною величиною, яка показує, якою мірою матеріал може чинити опір проходженню через нього електричного струму. Деякі люди можуть переплутати цю характеристикузі звичайним електричним опором. Незважаючи на схожість понять, різниця між ними полягає в тому, що питома стосується речовин, а другий термін відноситься виключно до провідників і залежить від матеріалу виготовлення.

Зворотною величиною даного матеріалує питома електрична провідність. Що цей параметр, то краще проходить струм по речовині. Відповідно, що вищий опір, то більше втрат передбачається на виході.

Формула розрахунку та величина виміру

Розглядаючи, у чому вимірюється питомий електричний опір, також можна простежити зв'язок з не питомим, оскільки позначення параметра використовуються одиниці Ом·м. Сама величина позначається як? З таким значенням можна визначати опір речовини у конкретному випадку, виходячи з її розмірів. Ця одиниця виміру відповідає системі СІ, але можуть траплятися й інші варіанти. У техніці періодично можна побачити застарілу позначку Ом·мм 2 /м. Для переведення з цієї системи до міжнародного не потрібно використовувати складні формули, оскільки 1 Ом·мм 2 /м дорівнює 10 -6 Ом·м.

Формула питомого електричного опору виглядає так:

R= (ρ·l)/S, де:

• R – опір провідника;
• Ρ – питомий опір матеріал;
• l - Довжина провідника;
• S – переріз провідника.

Залежність від температури

Питомий електричний опір залежить від температури. Але всі групи речовин виявляють себе по-різному за її зміни. Це необхідно враховувати при розрахунку проводів, які працюватимуть у певних умовах. Наприклад, на вулиці, де значення температури залежать від пори року, необхідні матеріализ меншою схильністю до змін в діапазоні від -30 до +30 градусів Цельсія. Якщо ж планується застосування в техніці, яка працюватиме в тих самих умовах, то тут також потрібно оптимізувати проводку під конкретні параметри. Матеріал завжди підбирається з урахуванням експлуатації.

У номінальній таблиці питомий електричний опір береться за температури 0 градусів Цельсія. Підвищення показників даного параметра при нагріванні матеріалу зумовлено тим, що інтенсивність пересування атомів речовини починає зростати. Носії електричних зарядів хаотично розсіюються у всіх напрямках, що призводить до створення перешкод при пересуванні частинок. Розмір електричного потоку знижується.

При зменшенні температури умови проходження струму стають кращими. При досягненні певної температури, яка для кожного металу буде відрізнятися, з'являється надпровідність, при якій характеристика, що розглядається, майже досягає нуля.

Відмінності в параметрах часом досягають дуже значних значень. Ті матеріали, які мають високі показники, можуть використовувати як ізолятори. Вони допомагають захищати проводку від замикання та ненавмисного контакту з людиною. Деякі речовини взагалі не застосовуються для електротехніки, якщо вони мають високе значення цього параметра. Цьому можуть заважати інші властивості. Наприклад, питома електрична провідність води не матиме великого значеннядля цієї сфери. Тут наведено значення деяких речовин із високими показниками.

Більше активно в електротехніці застосовуються речовини з низькими показниками. Найчастіше це метали, які є провідниками. Вони також спостерігається багато відмінностей. Щоб дізнатися питомий електричний опір міді чи інших матеріалів, варто переглянути довідкову таблицю.

Питомий об'ємний електричний опір

Цей параметр характеризує можливість пропускати струм через об'єм речовини. Для вимірювання необхідно додати потенціал напруги з різних сторін матеріалу, виріб з якого буде включено в електричний ланцюг. На нього подається струм із номінальними параметрами. Після проходження вимірюються дані на виході.

Використання в електротехніці

Зміна параметра за різних температур широко застосовується в електротехніці. Найбільш простим прикладомє лампа розжарювання, де використовується ніхромова нитка. При нагріванні вона починає світитись. При проходженні через неї струму вона починає нагріватися. Зі зростанням нагріву зростає і опір. Відповідно, обмежується початковий струм, який був потрібен для отримання освітлення. Ніхромова спіраль, використовуючи той самий принцип, може стати регулятором різних апаратах.

Широке застосування торкнулося і благородних металів, які мають відповідними характеристикамидля електротехніки. Для відповідальних схем, яким потрібна швидкодія, підбираються срібні контакти. Вони мають високу вартість, але з урахуванням відносно невеликої кількості матеріалів їх застосування цілком виправдане. Мідь поступається сріблу за провідністю, але має більше доступною ціноюзавдяки чому її частіше використовують для створення проводів.

В умовах, де можна використовувати гранично низькі температури, застосовуються надпровідники. Для кімнатної температури та вуличної експлуатації вони не завжди доречні, тому що при підвищенні температури їхня провідність почне падати, тому для таких умов лідерами залишаються алюміній, мідь та срібло.

Насправді враховується багато параметрів і це одна із найважливіших. Усі розрахунки проводяться ще стадії проектування, навіщо використовуються довідкові матеріали.

При замиканні електричного ланцюга, на затискачах якого є різниця потенціалів, виникає електричний струм. Вільні електрони під впливом електричних сил поля переміщуються вздовж провідника. У своєму русі електрони натрапляють на атоми провідника і віддають їм запас своєї кінетичної енергії. Швидкість руху електронів постійно змінюється: при зіткненні електронів з атомами, молекулами та іншими електронами вона зменшується, потім під дією електричного полязбільшується та знову зменшується при новому зіткненні. В результаті цього в провіднику встановлюється рівномірний рух потоку електронів зі швидкістю кількох частин сантиметра в секунду. Отже, електрони, проходячи провідником, завжди зустрічають з його боку опір своєму руху. При проходженні електричного струму через останній провідник нагрівається.

Електричний опір

Електричним опором провідника, що позначається латинською літерою rназивається властивість тіла або середовища перетворювати електричну енергію на теплову при проходженні по ньому електричного струму.

На схемах електричний опір позначається так, як показано на малюнку 1, а.

Змінний електричний опір, що служить для зміни струму в ланцюзі, називається реостатом. На схемах реостати позначаються як показано малюнку 1, б. У загальному виглядіреостат виготовляється з дроту того чи іншого опору, намотаної на ізолюючій основі. Повзунок або важіль реостату ставиться у певне положення, внаслідок чого в ланцюг вводиться необхідний опір.

Довгий провідник малого поперечного перерізу створює струму великий опір. Короткі провідники великого поперечного перерізу надають току малого опору.

Якщо взяти два провідники з різного матеріалуАле однакової довжини і перерізу, то провідники будуть проводити струм по-різному. Це свідчить, що опір провідника залежить від матеріалу самого провідника.

Температура провідника також впливає його опір. З підвищенням температури опір металів збільшується, а опір рідин та вугілля зменшується. Тільки деякі спеціальні металеві сплави (манганін, констаїтан, нікелін та інші) із збільшенням температури свого опору майже не змінюють.

Отже, бачимо, що електричний опір провідника залежить від: 1) довжини провідника, 2) поперечного перерізу провідника, 3) матеріалу провідника, 4) температури провідника.

За одиницю опору прийнято один Ом. Ом часто позначається грецькою літерою Ω (омега). Тому замість того щоб писати "Опір провідника дорівнює 15 Ом", можна написати просто: r= 15 Ω.
1000 Ом називається 1 кілоом(1кОм, або 1кΩ),
1 000 000 Ом називається 1 мегаом(1мгОм, або 1МΩ).

При порівнянні опору провідників з різних матеріалівнеобхідно брати для кожного зразка певну довжину та перетин. Тоді ми зможемо судити про те, який матеріал краще чи гірше проводить електричний струм.

Відео 1. Опір провідників

Питомий електричний опір

Опір в омах провідника довжиною 1 м, перетином 1 мм² називається питомим опоромі позначається грецькою літерою ρ (Ро).

У таблиці 1 подано питомі опори деяких провідників.

Таблиця 1

Питомий опір різних провідників

З таблиці видно, що залізний дріт довжиною 1 м і перерізом 1 мм² має опір 0,13 Ом. Щоб отримати 1 Ом опору, потрібно взяти 7,7 м такого дроту. Найменший питомий опір має срібло. 1 Ом опору можна отримати, якщо взяти 62,5 м срібного дроту перерізом 1 мм2. Срібло – найкращий провідник, але вартість срібла унеможливлює його масове застосування. Після срібла в таблиці йде мідь: 1 м мідного дроту перетином 1 мм² має опір 0,0175 Ом. Щоб отримати опір 1 Ом, потрібно взяти 57 м такого дроту.

Хімічно чиста, отримана шляхом рафінування, мідь знайшла собі повсюдне застосування в електротехніці виготовлення проводів, кабелів, обмоток електричних машин і апаратів. Широко застосовують також як провідники алюміній і залізо.

Опір провідника можна визначити за такою формулою:

де r- Опір провідника в омах; ρ - Питомий опір провідника; l- Довжина провідника в м; S– переріз провідника у мм².

приклад 1.Визначити опір 200 м залізного дроту перетином 5 мм.

приклад 2.Обчислити опір 2 км алюмінієвого дроту перетином 2,5 мм.

З формули опору легко можна визначити довжину, питомий опір та переріз провідника.

приклад 3.Для радіоприймача необхідно намотати опір 30 Ом з нікелінового дроту перерізом 0,21 мм². Визначити необхідну довжину дроту.

приклад 4.Визначити переріз 20 м ніхромового дроту, якщо опір його дорівнює 25 Ом.

Приклад 5.Дріт перетином 0,5 мм і довжиною 40 м має опір 16 Ом. Визначити матеріал дроту.

Матеріал провідника характеризує його питомий опір.

За таблицею питомих опорів знаходимо, що такий опор має свинець.

Вище було зазначено, що опір провідників залежить від температури. Зробимо наступний досвід. Намотаємо у вигляді спіралі кілька метрів тонкого металевого дроту та включимо цю спіраль у ланцюг акумулятора. Для вимірювання струму в ланцюг вмикаємо амперметр. При нагріванні спіралі в полум'ї пальника можна побачити, що показання амперметра зменшуватимуться. Це показує, що з нагріванням опір металевого дроту збільшується.

У деяких металів при нагріванні на 100 ° опір збільшується на 40 - 50%. Є сплави, які трохи змінюють свій опір з нагріванням. Деякі спеціальні сплави практично не змінюють опору за зміни температури. Опір металевих провідників при підвищенні температури збільшується, опір електролітів (рідких провідників), вугілля та деяких твердих речовин, навпаки, зменшується.

Здатність металів змінювати свій опір із зміною температури використовується для влаштування термометрів опору. Такий термометр є платиновим дротом, намотаним на слюдяний каркас. Поміщаючи термометр, наприклад, у піч і вимірюючи опір платинового дроту до і після нагрівання, можна визначити температуру печі.

Зміна опору провідника при його нагріванні, що припадає на 1 Ом початкового опору та на 1° температури, називається температурним коефіцієнтом опорута позначається буквою α.

Якщо за температури t 0 опір провідника дорівнює r 0 , а при температурі tодно r t, то температурний коефіцієнт опору

Примітка.Розрахунок за цією формулою можна проводити лише у певному інтервалі температур (приблизно до 200°C).

Наводимо значення температурного коефіцієнта опору для деяких металів (таблиця 2).

Таблиця 2

Значення температурного коефіцієнта для деяких металів

З формули температурного коефіцієнта опору визначимо r t:

r t = r 0 .

Приклад 6.Визначити опір залізного дроту, нагрітого до 200°C, якщо опір його при 0°C було 100 Ом.

r t = r 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 Ом.

Приклад 7.Термометр опору, виготовлений із платинового дроту, у приміщенні з температурою 15°C мав опір 20 Ом. Термометр помістили в піч і через деякий час виміряли його опір. Воно виявилося рівним 29,6 Ом. Визначити температуру печі.

Електрична провідність

Досі ми розглядали опір провідника як перешкоду, яку чинить провідник електричного струму. Але все ж таки струм по провіднику проходить. Отже, крім опору (перешкоди), провідник має здатність проводити електричний струм, тобто провідністю.

Чим більшим опором має провідник, тим меншу він має провідність, тим гірше він проводить електричний струм, і, навпаки, чим менше опір провідника, тим більшою провідністю він володіє, тим легше струму пройти провідником. Тому опір і провідність провідника є зворотні величини.

З математики відомо, що число, обернене 5, є 1/5 і, навпаки, число, обернене 1/7, є 7. Отже, якщо опір провідника позначається буквою r, то провідність визначається як 1/ r. Зазвичай провідність позначається літерою g.

Електрична провідність вимірюється в (1/Ом) або сименсах.

Приклад 8.Опір провідника дорівнює 20 Ом. Визначити його провідність.

Якщо r= 20 Ом, то

Приклад 9.Провідність провідника дорівнює 0,1 (1/Ом). Визначити його опір,

Якщо g = 0,1 (1/Ом), то r= 1/0,1 = 10 (Ом)

Питомий опір – прикладне поняття в електротехніці. Воно означає те, який опір на одиницю довжини надає матеріал одиничного перерізу струму, що протікає через нього - іншими словами, яким опором має провід міліметрового перерізу довжиною один метр. Це поняття використовується у різних електротехнічних розрахунках.

Важливо розуміти різницю між питомим електричним опором постійному струму і питомим електроопіром змінному струму. У першому випадку опір викликається виключно дією постійного струму на провідник. У другому випадку змінний струм (він може бути будь-якої форми: синусоїдальної, прямокутної, трикутної або довільної) викликає в провіднику додаткове вихрове поле, якому також створюється опір.

Фізичне уявлення

У технічних розрахунках, що передбачають прокладання кабелів різних діаметрів, використовуються параметри, що дозволяють розрахувати необхідну довжину кабелю та його електричні характеристики. Одним із основних параметрів є питомий опір. Формула питомого електричного опору:

ρ = R * S / l, де:

• ρ - це питомий опір матеріалу;
• R - омічний електроопір конкретного провідника;
• S – поперечний переріз;
• l – довжина.

Розмірність вимірюється в Ом мм 2 /м, або, скоротивши формулу - Ом м.

Значення ρ для однієї й тієї ж речовини завжди однакове. Отже, це константа, що характеризує матеріал провідника. Зазвичай вона вказується у довідниках. Тому вже можна проводити розрахунок технічних величин.

Важливо сказати і про питому електричну провідність. Ця величина є зворотним питомим опором матеріалу, і використовується нарівні з ним. Її також називають електропровідністю. Що ця величина, то краще метал проводить струм. Наприклад, питома провідність міді дорівнює 58,14 м/(Ом мм 2). Або, в одиницях, прийнятих у системі СІ: 58140000 Див/м. (Сіменс на метр – одиниця електропровідності в СІ).

Говорити про питомий опір можна тільки за наявності елементів, що проводять струм, так як діелектрики мають нескінченний або близький до нього електроопір. На відміну від них, метали – дуже хороші провідники струму. Виміряти електроопір металевого провідника можна за допомогою приладу міліомметра, або ще точнішого - мікроомметра. Значення вимірюється між їхніми щупами, доданими до ділянки провідника. Вони дозволяють перевірити ланцюги, проводку, обмотки двигунів та генераторів.

Метали різняться між собою за здатністю проводити струм. Питомий опір різних металів – параметр, що характеризує цю відмінність. Дані наведені за температури матеріалу 20 градусів за шкалою Цельсія:

Параметр ρ показує, який опір матиме метровий провідник з перетином 1 мм 2 . Чим більше це значення, тим більше електроопір буде у потрібного дроту певної довжини. Найменший ρ, як видно зі списку, у срібла, опір одного метра з цього матеріалу дорівнюватиме всього 0,015 Ом, але це дуже дорогий метал для використання його в промислових масштабах. Наступним йде мідь, яка у природі зустрічається набагато частіше (не дорогоцінний, а кольоровий метал). Тому мідна проводка дуже поширена.

Мідь є не тільки добрим провідником електричного струму, але і дуже пластичним матеріалом. Завдяки цій властивості мідна проводка краще укладається, вона стійка до вигинів та розтягування.

Мідь дуже потрібна на ринку. З цього матеріалу виробляють безліч різних виробів:

• Величезне різноманіття провідників;
• Автозапчастини (наприклад, радіатори);
• Часові механізми;
• Комп'ютерні складові;
• Деталі електричних та електронних приладів.

Питомий електричний опір міді є одним із кращих серед провідних струмів матеріалів, тому на її основі створюється безліч товарів електроіндустрії. До того ж мідь легко піддається пайці, тому дуже поширена у радіоаматорстві.

Висока теплопровідність міді дозволяє використовувати її в охолоджуючих та обігрівальних пристроях, а пластичність дає можливість створювати найдрібніші деталіта найтонші провідники.

Провідники електричного струму бувають першого та другого роду. Провідники першого роду – це метали. Провідники другого роду-це провідні розчини рідин. Струм у перших переносять електрони, а переносники струму у провідниках другого роду -іони, заряджені частинки електролітичної рідини.

Говорити про провідність матеріалів можна лише у контексті температури навколишнього середовища. При вищій температурі провідники першого роду збільшують свій опір, а другого, навпаки, зменшують. Відповідно існує температурний коефіцієнт опору матеріалів. Питомий опір міді Ом м зростає зі збільшенням нагрівання. Температурний коефіцієнт теж залежить тільки від матеріалу, ця величина не має розмірності і для різних металів і сплавів дорівнює наступним показникам:

• Срібло – 0,0035;
• Залізо – 0,0066;
• Платина – 0,0032;
• Мідь – 0,0040;
• Вольфрам – 0,0045;
• Ртуть – 0,0090;
• Константан – 0,000005;
• Нікелін – 0,0003;
• Ніхром – 0,00016.

Визначення величини електроопору ділянки провідника при підвищеній температурі R (t), обчислюється за формулою:

R(t) = R(0) · , де:

• R(0) - опір при початковій температурі;
• α – температурний коефіцієнт;
• t - t(0) - різниця температур.

Наприклад, знаючи електроопір міді при 20 градусах Цельсія, можна обчислити, чому воно дорівнюватиме при 170 градусах, тобто при нагріванні на 150 градусів. Вихідний опір збільшиться в раз, тобто в 1,6 рази.

При збільшенні температури провідність матеріалів навпаки зменшується. Так як це величина, зворотна електроопору, то і зменшується вона рівно в стільки ж разів. Наприклад, питома електропровідність міді при нагріванні матеріалу на 150 градусів зменшиться у 1,6 раза.

Існують сплави, які практично не змінюють свого опір при зміні температури. Такий, наприклад, константан. При зміні температури на сто градусів його опір збільшується лише на 0,5%.

Якщо провідність матеріалів погіршується з нагріванням, вона покращується зі зниженням температури. З цим пов'язане таке явище, як надпровідність. Якщо знизити температуру провідника нижче -253 градусів Цельсія, його опір різко зменшиться: практично до нуля. У зв'язку із цим падають витрати на передачу електричної енергії. Єдиною проблемою залишалося охолодження провідників до таких температур. Однак у зв'язку з недавніми відкриттями високотемпературних надпровідників з урахуванням оксидів міді, охолоджувати матеріали доводиться до прийнятних значень.

Питомий опірметалів є мірою їхньої властивості протидіяти проходженню електричного струму. Ця величина виражається в Ом-метр (Ом⋅м). Символ, що означає питомий опір, є грецька літера ρ (ро). Висока питома опір означає, що матеріал погано проводить електричний заряд.

Питомий опір

Питома електрична опір визначається як відношення між напруженістю електричного поля всередині металу до щільності струму в ньому:

де:
ρ — питомий опір металу (Ом⋅м),
Е - напруженість електричного поля (В/м),
J - величина щільності електричного струму в металі (А/м2)

Якщо напруженість електричного поля (Е) у металі дуже велика, а щільність струму (J) дуже маленька, це означає, що метал має високий питомий опір.

Зворотною величиною питомого опору є питома електропровідність, що вказує, наскільки добре матеріал проводить електричний струм:

σ - провідність матеріалу, виражена в сименс на метр (см/м).

Електричний опір

Електричний опір, один із складових , виявляється у омах (Ом). Слід зауважити, що електричний опір і питомий опір — це не те саме. Питомий опір є властивістю матеріалу, тоді як електричний опір - це властивість об'єкта.

Електричний опір резистора визначається поєднанням форми та питомим опором матеріалу, з якого він зроблений.

Наприклад, дротяний, виготовлений з довгого і тонкого дроту має більший опір, ніж резистор, виготовлений з короткого і товстого дроту того ж металу.

У той же час дротяний резистор, виготовлений з матеріалу з високим питомим опором, має більший електричний опір, ніж резистор, зроблений з матеріалу з низьким питомим опором. І все це незважаючи на те, що обидва резистори зроблені з дроту однакової довжини та діаметру.

Як наочність можна провести аналогію з гідравлічною системою, де вода прокачується через труби.

• Чим довша і тонша труба, тим більше буде чинити опір воді.
• Труба, заповнена піском, більше чинитиме опір воді, ніж труба без піску

Опір дроту

Величина опору дроту залежить від трьох параметрів: питомого опору металу, довжини та діаметра самого дроту. Формула для розрахунку опору дроту:

Де:
R - опір дроту (Ом)
ρ - питомий опір металу (Ом.m)
L - Довжина дроту (м)
А - площа поперечного перерізу дроту (м2)

Як приклад розглянемо дротяний резистор з ніхрому з питомим опором 1.10×10-6 Ом.м. Дріт має довжину 1500 мм та діаметр 0,5 мм. На основі цих трьох параметрів розрахуємо опір дроту з ніхрому:

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

Ніхром і константан часто використовують як матеріал для опорів. Нижче в таблиці ви можете подивитися питомий опір деяких металів, що найчастіше використовуються.

Поверхневий опір

Величина поверхневого опору розраховується так само, як і опір проводу. У даному випадкуплощу перерізу можна подати у вигляді твору w і t:

Для деяких матеріалів, таких як тонкі плівки, співвідношення між питомим опором та товщиною плівки називається поверхневий опір шару RS:

де RS вимірюється в ОМАХ. При цьому розрахунку товщина плівки має бути постійною.

Часто виробники резисторів збільшення опору вирізують у плівці доріжки, щоб збільшити шлях для електричного струму.

Властивості резистивних матеріалів

Питомий опір металу залежить від температури. Їх значення наводиться, зазвичай, для кімнатної температури (20°С). Зміна питомого опору внаслідок зміни температури характеризується температурним коефіцієнтом.

Наприклад, у термісторах (терморезисторах) ця властивість використовується для вимірювання температури. З іншого боку, в точній електроніці це досить небажаний ефект.
Металопленочні резистори мають відмінні властивості температурної стабільності. Це досягається не тільки за рахунок низького питомого опору матеріалу, а й за рахунок механічної конструкції самого резистора.

Багато різних матеріалів та сплавів використовуються у виробництві резисторів. Ніхром (сплав нікелю та хрому), через його високий питомий опір і стійкість до окислення при високих температурах, часто використовують як матеріал для виготовлення дротяних резисторів. Недоліком його є те, що його неможливо паяти. Константан, ще один популярний матеріал, легко паяється та має нижчий температурний коефіцієнт.