Uno de los metales más demandados en las industrias es el cobre. Es el más utilizado en electricidad y electrónica. La mayoría de las veces se usa en la fabricación de bobinados para motores eléctricos y transformadores. La razón principal para usar este material en particular es que el cobre tiene la menor actualmente Resistencia eléctrica específica de los materiales. hasta que aparece nuevo material con un valor más bajo de este indicador, es seguro decir que no habrá reemplazo para el cobre.
Características generales del cobre
Hablando de cobre, hay que decir que incluso en los albores de la era eléctrica, comenzó a utilizarse en la producción de ingeniería eléctrica. Se ha utilizado en gran parte por la razón propiedades únicas poseída por esta aleación. Por sí mismo, representa un material que difiere altas propiedades en términos de plasticidad y buena maleabilidad.
Junto con la conductividad térmica del cobre, una de sus ventajas más importantes es su alta conductividad eléctrica. Es debido a esta propiedad que el cobre y se ha generalizado en plantas de energía en el que actúa como conductor universal. El material más valioso es el cobre electrolítico, que tiene un alto grado de pureza: 99,95%. Gracias a este material, es posible producir cables.
Ventajas de usar cobre electrolítico
El uso de cobre electrolítico le permite lograr lo siguiente:
- Proporcionar alta conductividad eléctrica;
- Lograr una excelente capacidad de colocación;
- Proveer un alto grado plasticidad.
Aplicaciones
Los productos de cable fabricados con cobre electrolítico se utilizan ampliamente en diversas industrias. Se utiliza con mayor frecuencia en las siguientes áreas:
- industria eléctrica;
- electrodomésticos;
- industria automotriz;
- producción de equipos de cómputo.
¿Qué es la resistividad?
Para comprender qué es el cobre y sus características, es necesario comprender el parámetro principal de este metal: la resistividad. Debe ser conocido y utilizado al realizar los cálculos.
La resistividad generalmente se entiende como una cantidad física, que se caracteriza como la capacidad de un metal para conducir una corriente eléctrica.
También es necesario conocer este valor para calcular correctamente resistencia eléctrica conductor. A la hora de calcular, también se centran en sus dimensiones geométricas. Al hacer los cálculos, utilice la siguiente fórmula:
Esta fórmula es bien conocida por muchos. Utilizándolo, puedes calcular fácilmente la resistencia. Cable de cobre, centrándose únicamente en las características red eléctrica. Le permite calcular la energía que se gasta de manera ineficiente en calentar el núcleo del cable. Además, una fórmula similar le permite realizar cálculos de resistencia cualquier cable No importa qué material se utilizó para fabricar el cable: cobre, aluminio o alguna otra aleación.
Un parámetro como la resistividad eléctrica se mide en Ohm*mm2/m. Este indicador para el cableado de cobre tendido en el apartamento es de 0,0175 ohmios * mm2 / m. Si intenta buscar una alternativa al cobre, un material que podría usarse en su lugar, entonces la plata es la única adecuada, cuya resistividad es de 0,016 Ohm*mm2/m. Sin embargo, al elegir un material, es necesario prestar atención no solo a la resistividad, sino también a la conductividad inversa. Este valor se mide en Siemens (cm).
Siemens \u003d 1 / ohmio.
Para cobre de cualquier peso, este parámetro de composición es 58.100.000 S/m. En cuanto a la plata, su conductividad inversa es de 62 500 000 S/m.
En nuestro mundo alta tecnología cuando cada casa tiene un gran número de dispositivos e instalaciones eléctricas, el valor de un material como el cobre es simplemente invaluable. Esta material utilizado para hacer el cableado sin el cual ninguna habitación está completa. Si el cobre no existiera, entonces el hombre tendría que usar alambres hechos de otros materiales disponibles, como el aluminio. Sin embargo, en este caso, uno tendría que enfrentar un problema. Lo que pasa es que este material tiene una conductividad mucho menor que los conductores de cobre.
Resistividad
El uso de materiales con baja conductividad eléctrica y térmica de cualquier peso conduce a grandes pérdidas de electricidad. A afecta la perdida de potencia sobre el equipo que se utiliza. La mayoría de los especialistas se refieren al cobre como el material principal para la fabricación de cables aislados. Es el material principal a partir del cual se fabrican los elementos individuales de los equipos alimentados por corriente eléctrica.
- Las placas instaladas en las computadoras están equipadas con pistas de cobre grabadas.
- El cobre también se utiliza para fabricar una amplia variedad de elementos utilizados en dispositivos electrónicos.
- En transformadores y motores eléctricos, está representado por un devanado de este material.
No hay duda de que la expansión del alcance de este material se producirá con mayor desarrollo progreso técnico. Aunque, además del cobre, hay otros materiales, pero aún así el diseñador al crear equipos y varias instalaciones se utiliza cobre. razón principal la demanda de este material es en buena conductividad eléctrica y térmica de este metal, que proporciona a temperatura ambiente.
Coeficiente de temperatura de resistencia
Todos los metales con cualquier conductividad térmica tienen la propiedad de disminuir la conductividad al aumentar la temperatura. A medida que la temperatura disminuye, la conductividad aumenta. Los especialistas llaman especialmente interesante la propiedad de disminuir la resistencia con la disminución de la temperatura. Después de todo, en este caso, cuando la temperatura en la habitación desciende a un cierto valor, el conductor puede perder resistencia eléctrica y pasará a la clase de los superconductores.
Para determinar el índice de resistencia de un conductor particular de cierto peso a temperatura ambiente, existe un coeficiente de resistencia crítico. Es un valor que muestra el cambio en la resistencia de una sección del circuito con un cambio en la temperatura de un Kelvin. Para realizar el cálculo de la resistencia eléctrica de un conductor de cobre en un determinado intervalo de tiempo, utilice la siguiente fórmula:
ΔR = α*R*ΔT, donde α es el coeficiente de temperatura de la resistencia eléctrica.
Conclusión
El cobre es un material muy utilizado en electrónica. Se utiliza no solo en devanados y circuitos, sino también como metal para la fabricación de productos de cable. Para que la maquinaria y el equipo funcionen de manera efectiva, es necesario calcular correctamente la resistividad del cableado colocado en el apartamento. Hay una cierta fórmula para esto. Sabiéndolo, puede hacer un cálculo que le permita averiguar el tamaño óptimo de la sección transversal del cable. En este caso, se puede evitar la pérdida de potencia del equipo y se puede asegurar la eficiencia de su uso.
A pesar de que este tema puede parecer bastante banal, en él responderé a uno muy pregunta importante para cálculo de pérdida de tensión y cálculo de corriente cortocircuito. Creo que para muchos de ustedes esto será una gran revelación como lo fue para mí.
Recientemente estudié un GOST muy interesante:
GOST R 50571.5.52-2011 Instalaciones eléctricas de baja tensión. Parte 5-52. Selección e instalación de equipos eléctricos. Alambrado.
Este documento proporciona una fórmula para calcular la pérdida de voltaje y establece:
p es la resistividad de los conductores en condiciones normales, tomada igual a la resistividad a la temperatura en condiciones normales, es decir, 1,25 de resistividad a 20 °C, o 0,0225 Ohm mm 2 / m para el cobre y 0,036 Ohm mm 2 / m para el aluminio;
No entendí nada =) Aparentemente, al calcular las pérdidas de voltaje y al calcular las corrientes de cortocircuito, debemos tener en cuenta la resistencia de los conductores, como en condiciones normales.
Vale la pena señalar que todos los valores tabulares se dan a una temperatura de 20 grados.
¿Cuáles son las condiciones normales? Pensé en 30 grados centígrados.
Recordemos la física y calculemos a qué temperatura la resistencia del cobre (aluminio) aumentará 1,25 veces.
R1=R0
R0 - resistencia a 20 grados centígrados;
R1 - resistencia a T1 grados Celsius;
T0 - 20 grados centígrados;
α \u003d 0.004 por grado Celsius (el cobre y el aluminio son casi iguales);
1,25=1+α (T1-T0)
Т1=(1,25-1)/α+Т0=(1,25-1)/0,004+20=82,5 grados centígrados.
Como puede ver, no son 30 grados en absoluto. Aparentemente, todos los cálculos deben realizarse al máximo temperaturas permitidas cabos La temperatura máxima de funcionamiento del cable es de 70-90 grados, según el tipo de aislamiento.
Para ser honesto, no estoy de acuerdo con esto, porque. esta temperatura corresponde prácticamente al modo de emergencia de la instalación eléctrica.
En mis programas, establecí la resistencia específica del cobre - 0.0175 Ohm mm 2 / m, y para el aluminio - 0.028 Ohm mm 2 / m.
Si recuerda, escribí que en mi programa para calcular corrientes de cortocircuito, el resultado es aproximadamente un 30% menor que los valores de la tabla. Allí, la resistencia del bucle de fase cero se calcula automáticamente. Intenté encontrar el error pero no pude. Aparentemente, la imprecisión del cálculo radica en la resistividad que se utiliza en el programa. Y todos pueden preguntar la resistividad, por lo que no debería haber preguntas para el programa si especifica la resistividad del documento anterior.
Pero lo más probable es que tenga que hacer cambios en los programas para calcular las pérdidas de voltaje. Esto aumentará los resultados del cálculo en un 25%. Aunque en el programa ELÉCTRICO, las pérdidas de tensión son casi iguales a las mías.
Si esta es su primera vez en este blog, puede familiarizarse con todos mis programas en la página
¿Qué opinas, a qué temperatura se deben considerar las pérdidas de voltaje: a 30 o 70-90 grados? Si hay un regulaciones¿Quién responderá a esta pregunta?
A menudo, en la literatura eléctrica existe el concepto de "cobre específico". E involuntariamente te preguntas, ¿qué es?
El concepto de "resistencia" para cualquier conductor está continuamente conectado con la comprensión del proceso de corriente eléctrica que fluye a través de él. Dado que el artículo se centrará en la resistencia del cobre, debemos considerar sus propiedades y las propiedades de los metales.
Cuándo estamos hablando sobre los metales, involuntariamente recuerdas que todos tienen una cierta estructura: una red cristalina. Los átomos están ubicados en los nodos de dicha red y forman distancias relativas y la ubicación de estos nodos depende de las fuerzas de interacción de los átomos entre sí (repulsión y atracción), y son diferentes para diferentes metales. Los electrones giran alrededor de los átomos en sus órbitas. También se mantienen en órbita por el equilibrio de fuerzas. Sólo es al átomo y centrífugo. ¿Imaginas una imagen? Puedes llamarlo, en cierto sentido, estático.
Ahora agreguemos dinámicas. Un campo eléctrico comienza a actuar sobre una pieza de cobre. ¿Qué sucede dentro del conductor? Los electrones, arrancados de sus órbitas por la fuerza del campo eléctrico, se precipitan hacia su polo positivo. Aquí tienes el movimiento dirigido de electrones, o mejor dicho, corriente eléctrica. Pero en el camino de su movimiento, tropiezan con átomos en los nodos. red cristalina y electrones, que siguen girando alrededor de sus átomos. Al mismo tiempo, pierden su energía y cambian la dirección del movimiento. ¿Ahora queda un poco más claro el significado de la frase "resistencia del conductor"? Estos son los átomos de la red y los electrones que giran alrededor de ellos resisten el movimiento dirigido de los electrones arrancados por el campo eléctrico de sus órbitas. Pero el concepto de resistencia del conductor se puede llamar característica común. Caracteriza más individualmente la resistividad de cada conductor. Medi incluido. Esta característica es individual para cada metal, ya que depende directamente solo de la forma y el tamaño de la red cristalina y, en cierta medida, de la temperatura. Con un aumento en la temperatura del conductor, los átomos realizan una oscilación más intensa en los sitios de la red. Y los electrones giran alrededor de los nodos a mayor velocidad y en órbitas de mayor radio. Y, por supuesto, que los electrones libres encuentran más resistencia al moverse. Tal es la física del proceso.
Para las necesidades de la industria eléctrica se ha establecido una amplia producción de metales como el aluminio y el cobre, cuya resistividad es bastante pequeña. Estos metales se utilizan para fabricar cables y varios tipos alambres, que son ampliamente utilizados en la construcción, para la producción electrodomésticos, fabricación de neumáticos, bobinados de transformadores y otros productos eléctricos.
Contenido:La resistividad de los metales es su capacidad para resistir la corriente eléctrica que los atraviesa. La unidad de medida de este valor es Ohm * m (Ohm-metro). Usado como un símbolo letra griega r (rho). Alta resistividad significa mala conductividad carga eléctrica un material u otro.
Especificaciones de acero
Antes de considerar en detalle la resistividad del acero, debe familiarizarse con sus propiedades físicas y mecánicas básicas. Por sus cualidades, este material es muy utilizado en el sector manufacturero y otros ámbitos de la vida y actividades de las personas.
El acero es una aleación de hierro y carbono, contenida en una cantidad no superior al 1,7%. Además del carbono, el acero contiene una cierta cantidad de impurezas: silicio, manganeso, azufre y fósforo. En términos de sus cualidades, es mucho mejor que el hierro fundido, se endurece, forja, lamina y otros tipos de procesamiento fácilmente. Todos los tipos de aceros se caracterizan por su alta resistencia y ductilidad.
De acuerdo con su propósito, el acero se divide en estructural, herramienta y también con especial propiedades físicas. Cada uno de ellos contiene cantidad diferente carbono, por lo que el material adquiere ciertas cualidades específicas, por ejemplo, resistencia al calor, resistencia al calor, resistencia al óxido y la corrosión.
Un lugar especial lo ocupan los aceros eléctricos producidos en formato de chapa y utilizados en la fabricación de productos eléctricos. Para la obtención de este material se realiza un dopaje con silicio, que puede mejorar sus propiedades magnéticas y eléctricas.
Para que el acero eléctrico adquiera las características necesarias se deben cumplir ciertos requisitos y condiciones. El material debe magnetizarse y remagnetizarse fácilmente, es decir, tener una alta permeabilidad magnética. Dichos aceros son buenos y su inversión de magnetización se lleva a cabo con pérdidas mínimas.
Las dimensiones y la masa de los núcleos y devanados magnéticos, así como el coeficiente acción útil transformadores y su tamaño Temperatura de funcionamiento. El cumplimiento de las condiciones está influenciado por muchos factores, incluida la resistividad del acero.
Resistividad y otros indicadores
El valor de resistividad eléctrica es la relación entre la intensidad del campo eléctrico en el metal y la densidad de corriente que fluye en él. Para cálculos prácticos, se utiliza la fórmula: en la que ρ es la resistividad del metal (Ohm * m), mi- intensidad del campo eléctrico (V/m), y j- la densidad de la corriente eléctrica en el metal (A / m 2). Con una intensidad de campo eléctrico muy alta y una densidad de corriente baja, la resistividad del metal será alta.
Hay otra cantidad llamada conductividad eléctrica, la inversa de la resistividad, que indica el grado de conductividad de la corriente eléctrica por parte de un material en particular. Está determinado por la fórmula y se expresa en unidades de Sm / m - Siemens por metro.
La resistividad está estrechamente relacionada con la resistencia eléctrica. Sin embargo, tienen diferencias entre sí. En el primer caso, esta es una propiedad del material, incluido el acero, y en el segundo caso, se determina la propiedad de todo el objeto. La calidad de una resistencia está influenciada por una combinación de varios factores, principalmente la forma y la resistividad del material del que está hecha. Por ejemplo, si se usó un alambre delgado y largo para hacer una resistencia de alambre, entonces su resistencia será mayor que la de una resistencia hecha con un alambre grueso y corto del mismo metal.
Otro ejemplo son las resistencias de alambre del mismo diámetro y longitud. Sin embargo, si en uno de ellos el material tiene una resistividad alta y en el otro es baja, entonces, en consecuencia, la resistencia eléctrica en la primera resistencia será mayor que en la segunda.
Conociendo las propiedades básicas del material, puede usar la resistividad del acero para determinar el valor de resistencia del conductor de acero. Para los cálculos, además de la resistividad eléctrica, se requerirá el diámetro y la longitud del cable. Los cálculos se realizan de acuerdo con siguiente fórmula: , donde R es (ohmio), ρ - resistividad del acero (Ohm * m), L- corresponde a la longitud del cable, A- área de su sección transversal.
Existe una dependencia de la resistividad del acero y otros metales con la temperatura. La mayoría de los cálculos utilizan temperatura ambiente- 20 0 C. Todos los cambios bajo la influencia de este factor se tienen en cuenta utilizando el coeficiente de temperatura.
La experiencia ha demostrado que la resistencia R conductor metalico es directamente proporcional a su longitud L e inversamente proporcional a su área de sección transversal A:
R = ρ L/ A (26.4)
donde coeficiente ρ se llama resistividad y sirve como una característica de la sustancia de la que está hecho el conductor. Esto está en línea con el sentido común: la resistencia de un cable grueso debe ser menor que la de un cable delgado, ya que los electrones en un cable grueso pueden moverse a lo largo área más grande. Y podemos esperar un aumento en la resistencia con un aumento en la longitud del conductor, ya que aumenta el número de obstáculos en el camino del flujo de electrones.
Valores típicos ρ por diferentes materiales se dan en la primera columna de la tabla. 26.2. (Los valores reales dependen de la pureza de la sustancia, tratamiento térmico, temperatura y otros factores).
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Tabla 26.2. Resistividad y coeficiente de temperatura de resistencia (TCR) (a 20 °C) |
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| Sustancia | ρ ,Ohm m | gracias α ,°C -1 |
| conductores | ||
| Plata | 1.59 10 -8 | 0,0061 |
| Cobre | 1,68 10 -8 | 0,0068 |
| Aluminio | 2,65 10 -8 | 0,00429 |
| Tungsteno | 5.6 10 -8 | 0,0045 |
| Planchar | 9.71 10 -8 | 0,00651 |
| Platino | 10,6 10 -8 | 0,003927 |
| Mercurio | 98 10 -8 | 0,0009 |
| Nicromo (aleación de Ni, Fe, Cr) | 100 10 -8 | 0,0004 |
| Semiconductores 1) | ||
| Carbono (grafito) | (3-60) 10 -5 | -0,0005 |
| Germanio | (1-500) 10 -5 | -0,05 |
| Silicio | 0,1 - 60 | -0,07 |
| Dieléctricos | ||
| Vidrio | 10 9 - 10 12 | |
| Goma dura | 10 13 - 10 15 | |
| 1) Los valores reales dependen en gran medida de la presencia de incluso una pequeña cantidad de impurezas. | ||
La plata tiene la resistividad más baja, por lo que es el mejor director; sin embargo, es caro. El cobre es ligeramente inferior a la plata; está claro por qué los cables suelen estar hechos de cobre.
La resistencia específica del aluminio es mayor que la del cobre, pero tiene una densidad mucho menor, y en algunos casos se prefiere (por ejemplo, en líneas eléctricas), ya que la resistencia de los hilos de aluminio de la misma masa es menor que la de cobre El recíproco de la resistividad se usa a menudo:
σ = 1/ρ (26.5)
σ llamada conductividad específica. La conductividad se mide en unidades de (Ohm m) -1 .
La resistividad de una sustancia depende de la temperatura. Generalmente, la resistencia de los metales aumenta con la temperatura. Esto no debería sorprender: a medida que aumenta la temperatura, los átomos se mueven más rápido, su disposición se vuelve menos ordenada y se puede esperar que interfieran más con el flujo de electrones. En rangos de temperatura estrechos, la resistividad del metal aumenta casi linealmente con la temperatura:
donde ρT- resistividad a la temperatura T, ρ 0 - resistividad a temperatura estándar T 0, y α - coeficiente de temperatura de resistencia (TCR). Los valores de a se dan en la Tabla. 26.2. Tenga en cuenta que para los semiconductores, TCR puede ser negativo. Esto es obvio, ya que al aumentar la temperatura aumenta el número de electrones libres y mejoran las propiedades conductoras de la sustancia. Así, la resistencia de un semiconductor puede disminuir al aumentar la temperatura (aunque no siempre).
Los valores de a dependen de la temperatura, por lo que debe prestar atención al rango de temperatura dentro del cual se encuentra el valor dado(por ejemplo, según la guía Cantidades fisicas). Si el rango de temperatura resulta ser amplio, se violará la linealidad y, en lugar de (26.6), se debe usar una expresión que contenga términos que dependan del segundo y tercer grado de temperatura:
ρT = ρ 0 (1+αT+ + βT 2 + γT 3),
donde coeficientes β y γ normalmente muy pequeño (nosotros ponemos T 0 = 0°C), pero a altas T la contribución de estos miembros se vuelve significativa.
muy temperaturas bajas ah, la resistencia específica de algunos metales, así como aleaciones y compuestos, cae a cero dentro de la precisión de las medidas modernas. Esta propiedad se llama superconductividad; fue observado por primera vez por el físico holandés Geike Kamer-ling-Onnes (1853-1926) en 1911 cuando el mercurio se enfrió por debajo de 4,2 K. A esta temperatura, la resistencia eléctrica del mercurio cayó repentinamente a cero.
Los superconductores pasan al estado superconductor por debajo de la temperatura de transición, que suele ser de unos pocos grados Kelvin (ligeramente por encima del cero absoluto). Se observó una corriente eléctrica en el anillo superconductor, que prácticamente no se debilitó ante la ausencia de tensión durante varios años.
V últimos años la superconductividad se está estudiando intensamente para dilucidar su mecanismo y encontrar materiales que posean superconductividad a mayor altas temperaturas para reducir el costo y la incomodidad de tener que enfriar a temperaturas muy bajas. La primera teoría exitosa de la superconductividad fue creada por Bardeen, Cooper y Schrieffer en 1957. Los superconductores ya se están utilizando en imanes grandes donde se genera un campo magnético. descarga eléctrica(ver Cap. 28), lo que reduce significativamente el consumo de energía. Por supuesto, también se gasta energía para mantener un superconductor a baja temperatura.
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