Rezistență la nichel și fier. Conceptul de rezistivitate electrică a unui conductor de cupru

Cuprul este unul dintre cele mai solicitate metale din industrie. Este cel mai utilizat în electricitate și electronică. Cel mai adesea este utilizat la fabricarea înfășurărilor pentru motoare electrice și transformatoare. Principalul motiv pentru care se folosește acest material este că cuprul are cel mai mic nivel existent în în prezent materiale cu rezistență electrică specifică. Până când apare material nou cu o valoare mai mică a acestui indicator, este sigur să spunem că nu va exista nicio înlocuire pentru cupru.

Caracteristicile generale ale cuprului

Vorbind despre cupru, trebuie spus că, în zorii erei electrice, a început să fie folosit în producția de electrotehnică. Au început să-l folosească în mare parte din acest motiv proprietăți unice posedat de acest aliaj. În sine, reprezintă un material care diferă proprietăți ridicateîn ceea ce privește ductilitatea și ductilitatea bună.

Alături de conductivitatea termică a cuprului, unul dintre cele mai importante avantaje este conductivitatea electrică ridicată. Datorită acestei proprietăți cuprul și răspândită în centrale electrice în care acționează ca un conductor universal. Cel mai valoros material este cuprul electrolitic, care are o puritate ridicată de 99,95%. Datorită acestui material, devine posibilă fabricarea cablurilor.

Avantaje ale utilizării cuprului electrolitic

Utilizarea cuprului electrolitic vă permite să realizați următoarele:

• Asigură o conductivitate electrică ridicată;
• Obțineți o capacitate excelentă de stil;
• Furnizați grad înalt plasticitate.

Aplicații

Produsele din cablu din cupru electrolitic sunt utilizate pe scară largă în diverse industrii... Este cel mai des utilizat în următoarele domenii:

• industria electrică;
• electrocasnice;
• industria auto;
• producerea de echipamente informatice.

Ce este rezistivitatea?

Pentru a înțelege ce este cuprul și caracteristicile sale, este necesar să înțelegem parametrul principal al acestui metal - rezistivitatea. Ar trebui să fie cunoscut și utilizat atunci când se efectuează calcule.

Rezistivitatea este de obicei înțeleasă ca o mărime fizică, care este caracterizată ca fiind capacitatea unui metal de a conduce un curent electric.

De asemenea, este necesar să cunoașteți această valoare pentru a calculează corect rezistență electrică conductor. Când se calculează, ele sunt, de asemenea, ghidate de dimensiunile sale geometrice. Când efectuați calcule, utilizați următoarea formulă:

Această formulă este familiară pentru mulți. Folosind-o, puteți calcula cu ușurință rezistența cablu de cupru concentrându-se doar pe caracteristici rețea electrică... Vă permite să calculați puterea care este consumată ineficient pentru încălzirea miezului cablului. În afară de, o formulă similară vă permite să efectuați calcule de rezistență orice cablu. Nu contează ce material a fost utilizat pentru realizarea cablului - cupru, aluminiu sau alt aliaj.

Un parametru precum rezistivitatea electrică este măsurat în Ohm * mm2 / m. Acest indicator pentru cablajul de cupru așezat într-un apartament este de 0,0175 Ohm * mm2 / m. Dacă încercați să căutați o alternativă la cupru - un material care ar putea fi folosit în schimb, atunci numai argintul poate fi considerat singurul potrivit, în care rezistivitatea este de 0,016 Ohm * mm2 / m. Cu toate acestea, atunci când alegeți un material, este necesar să acordați atenție nu numai rezistivității, ci și inversării conductivității. Această valoare este măsurată în Siemens (cm).

Siemens = 1 / Ohm.

Pentru cuprul de orice greutate, acest parametru are o compoziție egală cu 58.100.000 S / m. În ceea ce privește argintul, conductivitatea sa inversă este egală cu 62.500.000 S / m.

În lumea noastră High Tech când fiecare casă are un numar mare de dispozitivelor și instalațiilor electrice, valoarea unui material precum cuprul este pur și simplu neprețuită. Acest materialul este folosit pentru realizarea cablajului, fără de care nicio cameră nu poate face. Dacă cuprul nu exista, atunci omul trebuia să folosească fire din alte materiale disponibile, de exemplu, din aluminiu. Cu toate acestea, în acest caz, ar trebui să ne confruntăm cu o problemă. Problema este că acest material are o conductivitate mult mai mică decât conductoarele din cupru.

Rezistivitate

Utilizarea materialelor cu conductivitate electrică și termică redusă de orice greutate duce la pierderi mari de energie electrică. DAR afectează pierderea de putere echipamentul folosit. Majoritatea experților numesc cuprul ca principal material pentru fabricarea firelor izolate. Este principalul material din care sunt fabricate elemente individuale ale echipamentelor alimentate cu curent electric.

• Cardurile instalate în computere sunt echipate cu trasee de cupru gravate.
• Cuprul este, de asemenea, utilizat pentru a realiza o mare varietate de elemente utilizate în dispozitivele electronice.
• În transformatoare și motoare electrice, este reprezentat de o înfășurare realizată din acest material.

Nu există nicio îndoială că extinderea scopului acestui material va avea loc odată cu dezvoltare ulterioară progresul tehnic. Deși, pe lângă cupru, există și alte materiale, dar totuși proiectantul atunci când creează echipamente și diferite instalații folosiți cupru. Motivul principal cererea pentru acest material este într-o bună conductivitate electrică și termică din acest metal, pe care îl asigură la temperatura camerei.

Coeficientul de rezistență la temperatură

Proprietatea scăderii conductivității odată cu creșterea temperaturii este posedată de toate metalele cu orice conductivitate termică. Pe măsură ce temperatura scade, conductivitatea crește. Specialiștii numesc deosebit de interesantă proprietatea scăderii rezistenței cu scăderea temperaturii. Într-adevăr, în acest caz, când temperatura din cameră scade la o anumită valoare, rezistența electrică a conductorului poate dispăreași va trece la clasa supraconductorului.

Pentru a determina indicele de rezistență al unui conductor specific cu o anumită greutate la condiții de temperatură a camerei, există un coeficient de rezistență critic. Este o valoare care arată schimbarea rezistenței unei secțiuni a circuitului atunci când temperatura se schimbă cu un Kelvin. Pentru a calcula rezistența electrică a unui conductor de cupru într-un anumit interval de timp, utilizați următoarea formulă:

ΔR = α * R * ΔT, unde α este coeficientul de temperatură al rezistenței electrice.

Concluzie

Cuprul este un material utilizat pe scară largă în electronică. Este utilizat nu numai în înfășurări și circuite, ci și ca metal pentru fabricarea produselor de cablu. Pentru ca utilajele și echipamentele să funcționeze eficient, este necesar calculați corect rezistivitatea cablajului așezat în apartament. Există o anumită formulă pentru aceasta. Cunoscându-l, puteți face un calcul care vă permite să aflați valoarea optimă a secțiunii transversale a cablului. În acest caz, se poate evita pierderea de putere a echipamentului și se poate asigura eficiența utilizării acestuia.

În ciuda faptului că acest subiect poate părea complet banal, în el voi răspunde foarte mult la unul întrebare importantă pentru calcularea pierderilor de tensiune și calcularea curenților scurt circuit... Cred că pentru mulți dintre voi aceasta va fi aceeași descoperire ca și pentru mine.

Am studiat recent un GOST foarte interesant:

GOST R 50571.5.52-2011 Instalații electrice de joasă tensiune. Partea 5-52. Selectarea și instalarea echipamentelor electrice. Cablaj electric.

Acest document oferă o formulă pentru calcularea pierderilor de tensiune și stări:

p este rezistivitatea conductoarelor în condiții normale, luată egală cu rezistivitatea la o temperatură în condiții normale, adică 1,25 rezistivitate la 20 ° C sau 0,0225 Ohm mm 2 / m pentru cupru și 0,036 Ohm mm 2 / m pentru aluminiu ;

Nu am înțeles nimic =) Aparent, la calcularea pierderilor de tensiune și la calcularea curenților de scurtcircuit, trebuie să ținem cont de rezistența conductoarelor, ca în condiții normale.

Este demn de remarcat faptul că toate valorile tabelului sunt date la o temperatură de 20 de grade.

Care sunt condițiile normale? M-am gândit la 30 de grade Celsius.

Să ne amintim de fizică și să calculăm la ce temperatură rezistența cuprului (aluminiului) va crește de 1,25 ori.

R1 = R0

R0 - rezistență la 20 grade Celsius;

R1 - rezistență la T1 grade Celsius;

T0 - 20 grade Celsius;

α = 0,004 pe grad Celsius (cuprul și aluminiul sunt aproape la fel);

1,25 = 1 + α (T1-T0)

T1 = (1,25-1) / α + T0 = (1,25-1) / 0,004 + 20 = 82,5 grade Celsius.

După cum puteți vedea, nu sunt deloc 30 de grade. Aparent, toate calculele trebuie efectuate cu maximul temperaturi admise cabluri. Temperatura maximă de funcționare a cablului este de 70-90 de grade, în funcție de tipul de izolație.

Sincer să fiu, nu sunt de acord cu acest lucru, pentru că această temperatură corespunde practic modului de urgență al instalației electrice.

În programele mele, am stabilit rezistivitatea cuprului - 0,0175 Ohm · mm 2 / m, iar pentru aluminiu - 0,028 Ohm · mm 2 / m.

Dacă vă amintiți, am scris că în programul meu pentru calcularea curenților de scurtcircuit, rezultatul este cu aproximativ 30% mai mic decât valorile tabelului. Acolo, rezistența buclei zero-fază este calculată automat. Am încercat să găsesc eroarea, dar nu am putut. Aparent, inexactitatea calculului rezidă în rezistivitatea utilizată în program. Și toată lumea poate cere rezistența, deci nu ar trebui să existe nicio întrebare pentru program dacă indicați rezistivitatea din documentul de mai sus.

Dar în programele de calcul al pierderilor de tensiune, cel mai probabil va trebui să fac modificări. Acest lucru va crește rezultatele calculului cu 25%. Deși în programul ELECTRIC, pierderile de tensiune sunt aproape la fel ca ale mele.

Dacă ai venit prima dată pe acest blog, atunci te poți familiariza cu toate programele mele de pe pagină

După părerea dvs., la ce temperatură ar trebui luată în considerare pierderea de tensiune: la 30 sau 70-90 de grade? Dacă există o reguli cine va răspunde la această întrebare?

Termenul „cupru specific” este adesea folosit în literatura de inginerie electrică. Și îți pui involuntar o întrebare, ce este?

Conceptul de „rezistență” pentru orice conductor este continuu asociat cu înțelegerea procesului de curent electric care curge prin el. Deoarece articolul se va concentra asupra rezistenței cuprului, atunci ar trebui să luăm în considerare proprietățile sale și proprietățile metalelor.

Cand este vorba despre metale, atunci îți amintești involuntar că toate au o anumită structură - o rețea de cristal. Atomii sunt localizați în nodurile unei astfel de rețele și se raportează la ele.Distanțele și locația acestor noduri depind de forțele de interacțiune a atomilor între ei (repulsie și atracție) și sunt diferite pentru diferite metale. Iar electronii se învârt în jurul atomilor din orbita lor. Ele sunt, de asemenea, menținute pe orbită printr-un echilibru de forțe. Doar aceasta este atomică și centrifugă. Îți imaginezi o poză? Îl puteți numi, într-un anumit sens, static.

Acum să adăugăm difuzoarele. Un câmp electric începe să acționeze asupra unei bucăți de cupru. Ce se întâmplă în interiorul dirijorului? Electronii, smulși de forța câmpului electric de pe orbite, se reped spre polul său pozitiv. Iată mișcarea direcțională a electronilor sau, mai bine zis, un curent electric. Dar pe calea mișcării lor, se lovesc de atomi în noduri zăbrele de cristal iar electronii se răsucesc încă în jurul atomilor lor. În același timp, își pierd energia și își schimbă direcția de mișcare. Acum, sensul expresiei „rezistență la conductor” devine puțin mai clar? Aceștia sunt atomii rețelei și electronii care se rotesc în jurul lor rezistă mișcării direcționale a electronilor smulși de câmpul electric de pe orbitele lor. Dar conceptul de rezistență a conductorilor poate fi numit caracteristică generală... Rezistivitatea caracterizează fiecare conductor mai individual. Cupru, de asemenea. Această caracteristică este individuală pentru fiecare metal, deoarece depinde direct doar de forma și dimensiunea rețelei de cristal și, într-o oarecare măsură, de temperatură. Pe măsură ce temperatura conductorului crește, atomii vibrează mai intens la punctele de rețea. Iar electronii se învârt în jurul nodurilor la o viteză mai mare și pe orbite cu o rază mai mare. Și, în mod natural, electronii liberi întâmpină o rezistență mai mare atunci când se mișcă. Aceasta este fizica procesului.

Pentru nevoile industriei electrice, a fost stabilită o producție largă de metale precum aluminiu și cupru, a cărei rezistivitate este destul de scăzută. Aceste metale sunt folosite pentru a realiza cabluri și tipuri diferite fire, care sunt utilizate pe scară largă în construcții, pentru producție electrocasnice, fabricarea anvelopelor, înfășurărilor transformatoarelor și a altor produse electrice.

Conţinut:

Rezistivitatea metalelor este considerată a fi capacitatea lor de a rezista curentului electric care trece prin ele. Unitatea de măsură pentru această valoare este Ohm * m (Ohm metru). Se folosește simbolul Scrisoare greacăρ (ro). Citirile cu rezistivitate ridicată înseamnă conductivitate slabă incarcare electrica acest material sau altul.

Specificații din oțel

Înainte de a lua în considerare în detaliu rezistivitatea oțelului, ar trebui să vă familiarizați cu proprietățile sale fizice și mecanice de bază. Datorită calităților sale, acest material a devenit răspândit în sfera industrială și în alte domenii ale vieții și muncii oamenilor.

Oțelul este un aliaj de fier și carbon, conținut într-o cantitate care nu depășește 1,7%. Pe lângă carbon, oțelul conține o anumită cantitate de impurități - siliciu, mangan, sulf și fosfor. În ceea ce privește calitățile sale, este mult mai bună decât fonta, se pretează ușor la întărire, forjare, laminare și alte tipuri de prelucrare. Toate tipurile de oțeluri se caracterizează prin rezistență ridicată și ductilitate.

Conform scopului său, oțelul este împărțit în oțel structural, pentru unelte, precum și cu oțel special proprietăți fizice... Fiecare dintre ele conține sumă diferită carbon, datorită căruia materialul capătă anumite calități specifice, de exemplu, rezistența la căldură, rezistența la căldură, rezistența la rugină și coroziune.

Un loc special îl ocupă oțelul electric, produs în formă de tablă și utilizat în producția de produse electrice. Pentru a obține acest material, se efectuează dopajul cu siliciu, care îi poate îmbunătăți proprietățile magnetice și electrice.

Pentru ca oțelul electric să capete caracteristicile necesare, trebuie îndeplinite anumite cerințe și condiții. Materialul trebuie magnetizat și remagnetizat cu ușurință, adică ar trebui să aibă o permeabilitate magnetică ridicată. Astfel de oțeluri sunt bune, iar inversarea lor de magnetizare se realizează cu pierderi minime.

Respectarea acestor cerințe determină dimensiunile și greutatea miezurilor și înfășurărilor magnetice, precum și coeficientul acțiune utilă transformatoarele și valoarea lor temperatura de lucru... Îndeplinirea condițiilor este influențată de mulți factori, inclusiv rezistivitatea oțelului.

Rezistivitate și alți indicatori

Rezistivitatea este raportul dintre puterea câmpului electric din metal și densitatea curentului care curge în el. Pentru calcule practice se folosește formula: în care ρ este rezistența specifică a metalului (Ohm * m), E- puterea câmpului electric (V / m) și J- densitatea curentului electric din metal (A / m 2). Cu un câmp electric foarte ridicat și densitate redusă de curent, rezistivitatea metalului va fi mare.

Există o altă cantitate, numită conductivitate electrică, care este reciprocă a rezistenței specifice, care indică gradul de conductivitate al unui curent electric de către un anumit material. Este determinat de formulă și este exprimat în unități de S / m - siemens pe metru.

Rezistivitatea este strâns legată de rezistența electrică. Cu toate acestea, ele diferă între ele. În primul caz, aceasta este o proprietate a materialului, inclusiv oțelul, iar în al doilea caz, este determinată proprietatea întregului obiect. Calitatea unui rezistor este influențată de o combinație de mai mulți factori, în primul rând, forma și rezistivitatea materialului din care este fabricat. De exemplu, dacă s-a folosit un fir subțire și lung pentru a face un rezistor bobinat, atunci rezistența acestuia va fi mai mare decât un rezistor făcut dintr-un fir gros și scurt din același metal.

Un alt exemplu sunt rezistențele de sârmă cu același diametru și lungime. Cu toate acestea, dacă într-unul dintre ele materialul are o rezistență specifică ridicată, iar în celălalt este scăzut, atunci, în consecință, rezistența electrică în primul rezistor va fi mai mare decât în ​​al doilea.

Cunoscând proprietățile de bază ale materialului, rezistivitatea oțelului poate fi utilizată pentru a determina valoarea rezistenței conductorului de oțel. Pentru calcule, pe lângă rezistivitatea electrică, vor fi necesare diametrul și lungimea firului în sine. Calculele se efectuează conform urmând formula:, în care R este (ohm), ρ - rezistența specifică a oțelului (Ohm * m), L- corespunde lungimii firului, DAR- aria secțiunii sale transversale.

Există o dependență de temperatură a rezistivității oțelului și a altor metale. Majoritatea calculelor se folosesc temperatura camerei- 20 0 С. Toate modificările sub influența acestui factor sunt luate în considerare folosind coeficientul de temperatură.

Experiența a arătat că rezistența R conductor metalic în proporție directă cu lungimea sa Lși invers proporțional cu aria secțiunii sale transversale DAR:

R = ρ L / DAR (26.4)

unde coeficientul ρ se numește rezistivitate și servește ca o caracteristică a substanței din care este fabricat conductorul. Acest lucru este în concordanță cu bunul simț: rezistența unui fir gros ar trebui să fie mai mică decât cea a unui fir subțire, deoarece într-un fir gros electronii se pot deplasa suprafata mai mare... Și vă puteți aștepta la o creștere a rezistenței cu o creștere a lungimii conductorului, deoarece numărul de obstacole din calea fluxului de electroni crește.

Valori tipice ρ pentru diferite materiale sunt date în prima coloană a tabelului. 26.2. (Valorile reale depind de puritatea substanței, tratament termic, temperatura și alți factori.)

Tabelul 26.2. Rezistivitate și coeficient de rezistență la temperatură (TCR) (la 20 ° C)
Substanţă	ρ , Ohm m	TCS α , ° C -1
Conductori
Argint	1,59 · 10 -8	0,0061
Cupru	1,68 · 10 -8	0,0068
Aluminiu	2,65 · 10 -8	0,00429
Tungsten	5,6 · 10 -8	0,0045
Fier	9,71 · 10 -8	0,00651
Platină	10,6 · 10 -8	0,003927
Mercur	98 · 10 -8	0,0009
Nichrome (aliaj Ni, Fe, Cr)	100 · 10 -8	0,0004
Semiconductori 1)
Carbon (grafit)	(3-60) · 10 -5	-0,0005
Germaniu	(1-500) · 10 -5	-0,05
Siliciu	0,1 - 60	-0,07
Dielectrice
Sticlă	10 9 - 10 12
Cauciucul este dur	10 13 - 10 15
1) Valorile reale sunt foarte dependente de prezența chiar și a unei cantități mici de impurități.

Argintul are cea mai mică rezistivitate, ceea ce se dovedește a fi cel mai bun ghid; cu toate acestea, este scump. Cuprul este ușor inferior argintului; este clar de ce firele sunt cel mai adesea din cupru.

Rezistivitatea aluminiului este mai mare decât cea a cuprului, dar are o densitate mult mai mică și, în unele cazuri, este preferată (de exemplu, în liniile electrice), deoarece rezistența firelor de aluminiu cu aceeași masă este mai mică decât cea a fire de cupru. Reciprocitatea rezistivității este adesea utilizată:

σ = 1/ρ (26.5)

σ numită conductivitate. Conductivitatea specifică este măsurată în unități (Ohm · m) -1.

Rezistivitatea unei substanțe depinde de temperatură. În general, rezistența metalelor crește odată cu temperatura. Acest lucru nu ar trebui să fie surprinzător: pe măsură ce temperatura crește, atomii se mișcă mai repede, dispunerea lor devine mai puțin ordonată și se poate aștepta că vor interfera mai mult cu mișcarea fluxului de electroni. În intervale înguste de schimbare a temperaturii, rezistivitatea metalului crește cu temperatura aproape liniar:

Unde ρ T- rezistivitate la temperatura T, ρ 0 - rezistivitate la temperatura standard T 0 și α - coeficientul de rezistență la temperatură (TCR). Valorile lui a sunt date în tabel. 26.2. Rețineți că în semiconductori, TCS poate fi negativ. Acest lucru este evident, deoarece pe măsură ce temperatura crește, numărul de electroni liberi crește și îmbunătățesc proprietățile conductoare ale substanței. Astfel, rezistența semiconductorului la creșterea temperaturii poate scădea (deși nu întotdeauna).

Valorile lui depind de temperatură, prin urmare, ar trebui să fim atenți la intervalul de temperatură în care este adevărat valoare dată(de exemplu, conform directorului cantități fizice). Dacă variația de temperatură se dovedește a fi largă, atunci liniaritatea va fi încălcată și, în loc de (26.6), ar trebui să se utilizeze o expresie care conține termeni care depind de al doilea și al treilea grad de temperatură:

ρ T = ρ 0 (1+αТ+ + βТ 2 + γТ 3),

unde coeficienții β și γ sunt de obicei foarte mici (punem T 0 = 0 ° C), dar în general T contribuția acestor membri devine semnificativă.

Cu foarte temperaturi scăzute ax rezistivitatea unor metale, precum și a aliajelor și a compușilor, se încadrează în precizia măsurătorilor moderne la zero. Această proprietate se numește superconductivitate; a fost observat pentru prima dată de fizicianul olandez Geike Kamer-ling-Onnes (1853-1926) în 1911 când mercurul s-a răcit sub 4,2 K. La această temperatură, rezistența electrică a mercurului a scăzut brusc la zero.

Superconductorii intră într-o stare supraconductoare sub temperatura de tranziție, care este de obicei de câteva grade Kelvin (chiar peste zero absolut). A fost observat un curent electric în inelul supraconductor, care practic nu s-a slăbit în absența tensiunii timp de câțiva ani.

ÎN anul trecut superconductivitatea este studiată intens cu scopul de a elucida mecanismul său și de a găsi materiale care prezintă supraconductivitate la mai mult de temperaturi mari pentru a reduce costul și inconvenientul răcirii la temperaturi foarte scăzute. Prima teorie de succes a supraconductivității a fost creată de Bardeen, Cooper și Schrieffer în 1957. Supraconductorii sunt deja utilizați în magneți mari, unde este creat un câmp magnetic. soc electric(vezi capitolul 28), ceea ce reduce semnificativ consumul de energie. Desigur, energia este cheltuită și pentru a menține un supraconductor la o temperatură scăzută.

Comentariile și sugestiile sunt binevenite!