Nickel- och järnbeständighet. Begreppet elektrisk resistivitet hos en kopparledare

Koppar är en av de mest efterfrågade metallerna i industrier. Det används mest inom el och elektronik. Oftast används det vid tillverkning av lindningar för elmotorer och transformatorer. Den främsta anledningen till att använda just detta material är att koppar har den lägsta som finns i för närvarande material med specifikt elektriskt motstånd. Tills det dyker upp nytt material med ett lägre värde på denna indikator är det säkert att säga att koppar inte kommer att ersättas.

Allmänna egenskaper hos koppar

På tal om koppar, måste det sägas att i början av den elektriska eran började den användas i produktionen av elektroteknik. De började använda det till stor del av anledningen unika egenskaper besatt av denna legering. I sig är det ett material som skiljer sig åt höga egenskaper vad gäller duktilitet och god duktilitet.

Tillsammans med koppars värmeledningsförmåga är en av dess viktigaste fördelar dess höga elektriska ledningsförmåga. Det är tack vare denna egenskap som koppar och utbredd i kraftverk där den fungerar som en universell ledare. Det mest värdefulla materialet är elektrolytisk koppar, som har en hög renhet på 99,95%. Tack vare detta material blir det möjligt att tillverka kablar.

Fördelar med att använda elektrolytisk koppar

Användningen av elektrolytisk koppar gör att du kan uppnå följande:

• Ge hög elektrisk ledningsförmåga;
• Uppnå utmärkt stylingförmåga;
• Förse hög grad formbarhet.

Ansökningar

Kabelprodukter gjorda av elektrolytisk koppar används ofta i olika branscher... Det används oftast inom följande områden:

• elektrisk industri;
• elektriska apparater;
• bilindustrin;
• produktion av datorutrustning.

Vad är resistiviteten?

För att förstå vad koppar är och dess egenskaper är det nödvändigt att förstå huvudparametern för denna metall - resistivitet. Det bör vara känt och användas när man gör beräkningar.

Resistivitet förstås vanligtvis som en fysisk storhet, vilket karakteriseras som en metalls förmåga att leda en elektrisk ström.

Det är också nödvändigt att känna till detta värde för att kunna beräkna rätt elektrisk resistans dirigent. Vid beräkning styrs de också av dess geometriska dimensioner. Använd följande formel när du gör beräkningar:

Denna formel är bekant för många. Med hjälp av det kan du enkelt beräkna motståndet kopparkabel fokuserar endast på egenskaperna elektriska nätverk... Det låter dig beräkna den effekt som ineffektivt spenderas på att värma kabelkärnan. Förutom, en liknande formel låter dig utföra resistansberäkningar vilken kabel som helst. Det spelar ingen roll vilket material som användes för att göra kabeln - koppar, aluminium eller någon annan legering.

En parameter som elektrisk resistivitet mäts i Ohm * mm2 / m. Denna indikator för kopparledningar som läggs i en lägenhet är 0,0175 Ohm * mm2 / m. Om du försöker leta efter ett alternativ till koppar - ett material som skulle kunna användas istället, då endast silver kan anses vara det enda lämpliga, där resistiviteten är 0,016 Ohm * mm2 / m. Men när du väljer ett material är det nödvändigt att vara uppmärksam inte bara på resistiviteten utan också på omvänd ledningsförmåga. Detta värde mäts i Siemens (cm).

Siemens = 1 / Ohm.

För koppar oavsett vikt har denna parameter en sammansättning lika med 58 100 000 S / m. När det gäller silver är dess inversa ledningsförmåga lika med 62 500 000 S / m.

I vår värld högteknologisk när varje hus har Ett stort antal elektriska apparater och installationer är värdet av ett material som koppar helt enkelt ovärderligt. Detta materialet används för att göra ledningar, utan vilken inget rum klarar sig. Om koppar inte fanns var människan tvungen att använda ledningar från andra tillgängliga material, till exempel aluminium. Men i det här fallet skulle man behöva möta ett problem. Faktum är att detta material har en mycket lägre specifik ledningsförmåga än kopparledare.

Resistivitet

Användningen av material med låg elektrisk och termisk ledningsförmåga oavsett vikt leder till stora förluster av elektricitet. A det påverkar kraftbortfallet den utrustning som används. De flesta experter kallar koppar som huvudmaterialet för tillverkning av isolerade ledningar. Det är huvudmaterialet från vilket enskilda delar av utrustning som drivs av elektrisk ström tillverkas.

• Kort installerade i datorer är utrustade med etsade kopparbanor.
• Koppar används också för att göra en mängd olika element som används i elektroniska enheter.
• I transformatorer och elmotorer representeras det av en lindning gjord av detta material.

Det råder ingen tvekan om att utvidgningen av omfattningen av detta material kommer att ske med ytterligare utveckling tekniska framsteg. Även om, förutom koppar, det finns andra material, men fortfarande designern när du skapar utrustning och olika installationer använda koppar. främsta orsaken efterfrågan på detta material är med god elektrisk och termisk ledningsförmåga av denna metall, som den tillhandahåller vid rumstemperatur.

Temperaturkoefficient för motstånd

Egenskapen att minska konduktiviteten med ökande temperatur innehas av alla metaller med någon termisk konduktivitet. När temperaturen sjunker ökar konduktiviteten. Specialister kallar egenskapen att minska motståndet med minskande temperatur särskilt intressant. I det här fallet, när temperaturen i rummet sjunker till ett visst värde, det elektriska motståndet hos ledaren kan försvinna och den kommer att flyttas till supraledareklassen.

För att bestämma resistansindexet för en specifik ledare med en viss vikt vid rumstemperatur finns det en kritisk motståndskoefficient. Det är ett värde som visar förändringen i motståndet i en del av kretsen när temperaturen ändras med en Kelvin. För att beräkna det elektriska motståndet för en kopparledare i ett visst tidsintervall, använd följande formel:

ΔR = α * R * ΔT, där α är temperaturkoefficienten för elektriskt motstånd.

Slutsats

Koppar är ett mycket använt material inom elektronik. Den används inte bara i lindningar och kretsar, utan också som en metall för tillverkning av kabelprodukter. För att maskiner och utrustning ska fungera effektivt är det nödvändigt beräkna resistiviteten hos ledningarna korrekt lagt i lägenheten. Det finns en viss formel för detta. Genom att veta det kan du göra en beräkning som låter dig ta reda på det optimala värdet för kabeltvärsnittet. I det här fallet kan utrustningens effektförlust undvikas och effektiviteten av dess användning kan säkerställas.

Trots att det här ämnet kan verka helt banalt, kommer jag att svara på en väldigt viktig fråga för beräkning av spänningsbortfall och beräkning av strömmar kortslutning... Jag tror att för många av er kommer detta att vara samma upptäckt som det var för mig.

Jag studerade nyligen en mycket intressant GOST:

GOST R 50571.5.52-2011 Elinstallationer med låg spänning. Del 5-52. Val och installation av elektrisk utrustning. Elkablage.

Detta dokument tillhandahåller en formel för beräkning av spänningsförlust och anger:

p är resistiviteten hos ledare under normala förhållanden, taget lika med resistiviteten vid temperatur under normala förhållanden, det vill säga 1,25 resistivitet vid 20 ° C, eller 0,0225 Ohm mm 2 / m för koppar och 0,036 Ohm mm 2 / m för aluminium;

Jag förstod ingenting =) Vid beräkning av spänningsförlusten och vid beräkning av kortslutningsströmmarna måste vi tydligen ta hänsyn till ledarnas resistans, som under normala förhållanden.

Det är värt att notera att alla tabellvärden ges vid en temperatur på 20 grader.

Vilka är de normala förhållandena? Jag trodde 30 grader Celsius.

Låt oss komma ihåg fysiken och beräkna vid vilken temperatur motståndet hos koppar (aluminium) kommer att öka med 1,25 gånger.

R1 = R0

R0 - motstånd vid 20 grader Celsius;

R1 - motstånd vid T1 grader Celsius;

T0 - 20 grader Celsius;

α = 0,004 per grad Celsius (koppar och aluminium är nästan likadana);

1,25 = 1 + α (T1-T0)

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

Som ni ser är det inte alls 30 grader. Tydligen bör alla beräkningar utföras med maximalt tillåtna temperaturer kablar. Kabelns maximala driftstemperatur är 70-90 grader, beroende på typ av isolering.

För att vara ärlig så håller jag inte med om detta, eftersom denna temperatur motsvarar praktiskt taget den elektriska installationens nödläge.

I mina program fastställde jag resistiviteten för koppar - 0,0175 Ohm · mm 2 / m, och för aluminium - 0,028 Ohm · mm 2 / m.

Om du kommer ihåg så skrev jag att i mitt program för beräkning av kortslutningsströmmar är resultatet ca 30% mindre än tabellvärdena. Där beräknas fas-noll-slingresistansen automatiskt. Jag försökte hitta felet men jag kunde inte. Uppenbarligen ligger felaktigheten i beräkningen i resistiviteten som används i programmet. Och alla kan fråga resistiviteten, så det bör inte finnas några frågor till programmet om du anger resistiviteten från ovanstående dokument.

Men i programmen för beräkning av spänningsförluster kommer jag med största sannolikhet att behöva göra ändringar. Detta kommer att öka beräkningsresultaten med 25 %. Även om i EL-programmet är spänningsförlusterna nästan desamma som mina.

Om du först kom till den här bloggen, då kan du bekanta dig med alla mina program på sidan

Enligt din åsikt, vid vilken temperatur bör spänningsförlusten beaktas: vid 30 eller 70-90 grader? Om det finns en föreskrifter vem ska svara på denna fråga?

Termen "specifik koppar" används ofta i elektrotekniklitteratur. Och du ställer dig själv ofrivilligt en fråga, vad är det?

Begreppet "motstånd" för vilken ledare som helst är kontinuerligt förknippat med förståelsen av processen för elektrisk ström som flyter genom den. Eftersom artikeln kommer att fokusera på motståndet hos koppar, bör vi överväga dess egenskaper och egenskaper hos metaller.

När det kommer om metaller, då kommer man ofrivilligt ihåg att de alla har en viss struktur - ett kristallgitter. Atomerna är belägna i noderna av ett sådant gitter och bildar i förhållande till dem.Avstånd och placeringen av dessa noder beror på atomernas interaktionskrafter med varandra (repulsion och attraktion), och är olika för olika metaller. Och elektroner kretsar kring atomer i sina banor. De hålls också i omloppsbana av en balans av krafter. Endast detta är atomärt och centrifugalt. Föreställ dig en bild? Man kan kalla det statiskt i någon mening.

Låt oss nu lägga till högtalarna. Ett elektriskt fält börjar verka på en kopparbit. Vad händer inuti konduktören? Elektroner, som slits av kraften från det elektriska fältet från sina banor, rusar till sin positiva pol. Här är den riktade rörelsen av elektroner, eller snarare, en elektrisk ström. Men på vägen till sin rörelse stöter de på atomer i noder kristallgitter och elektroner som fortfarande snurrar runt deras atomer. Samtidigt tappar de sin energi och ändrar rörelseriktningen. Nu blir innebörden av frasen "ledarmotstånd" lite tydligare? Dessa är atomerna i gittret och elektronerna som kretsar runt dem motstår riktningsrörelsen hos elektronerna som slits från sina banor av det elektriska fältet. Men begreppet ledareresistans kan kallas allmän egenskap... Resistivitet kännetecknar varje ledare mer individuellt. Koppar likaså. Denna egenskap är individuell för varje metall, eftersom den direkt bara beror på formen och storleken på kristallgittret och i viss mån på temperaturen. När temperaturen på ledaren stiger vibrerar atomerna mer intensivt vid gitterställena. Och elektroner kretsar runt noder med högre hastighet och i omloppsbanor med en större radie. Och naturligtvis möter fria elektroner större motstånd när de rör sig. Detta är processens fysik.

För elindustrins behov har en utbredd produktion av metaller som aluminium och koppar etablerats, vars resistivitet är ganska låg. Dessa metaller används för att göra kablar och av olika slag ledningar, som används i stor utsträckning inom konstruktion, för produktionen hushållsprodukter, tillverkning av däck, transformatorlindningar och andra elektriska produkter.

Innehåll:

Metallers resistivitet anses vara deras förmåga att motstå den elektriska ström som passerar genom dem. Måttenheten för detta värde är Ohm * m (Ohm-mätare). Symbolen används grekiskt brevρ (ro). Avläsningar med hög resistivitet betyder dålig konduktivitet elektrisk laddning det här eller det materialet.

Stål specifikationer

Innan man i detalj överväger stålets resistivitet bör man bekanta sig med dess grundläggande fysiska och mekaniska egenskaper. På grund av dess kvaliteter har detta material blivit utbrett inom den industriella sfären och andra områden av människors liv och arbete.

Stål är en legering av järn och kol innehållen i en mängd som inte överstiger 1,7 %. Förutom kol innehåller stål en viss mängd föroreningar - kisel, mangan, svavel och fosfor. När det gäller dess kvaliteter är det mycket bättre än gjutjärn, det lämpar sig lätt för härdning, smide, valsning och andra typer av bearbetning. Alla typer av stål kännetecknas av hög hållfasthet och duktilitet.

Enligt dess syfte är stål uppdelat i strukturella, verktygsstål, samt med special fysikaliska egenskaper... Var och en av dem innehåller olika mängd kol, tack vare vilket materialet får vissa specifika egenskaper, till exempel värmebeständighet, värmebeständighet, motståndskraft mot rost och korrosion.

En speciell plats upptas av elektriska stål som produceras i plåtformat och används vid tillverkning av elektriska produkter. För att erhålla detta material utförs silikondopning, vilket kan förbättra dess magnetiska och elektriska egenskaper.

För att elstål ska få de egenskaper som krävs måste vissa krav och villkor uppfyllas. Materialet ska lätt magnetiseras och ommagnetiseras, det vill säga det ska ha hög magnetisk permeabilitet. Sådana stål har bra, och deras magnetiseringsomkastning utförs med minimala förluster.

Måtten och vikten av magnetiska kärnor och lindningar, samt koefficienten användbar åtgärd transformatorer och deras värde arbetstemperatur... Uppfyllelsen av villkoren påverkas av många faktorer, inklusive stålets resistivitet.

Resistivitet och andra indikatorer

Resistivitet är förhållandet mellan styrkan hos det elektriska fältet i metallen och tätheten hos strömmen som flyter i den. För praktiska beräkningar används formeln: i vilken ρ är metallens specifika motstånd (Ohm * m), E- elektrisk fältstyrka (V / m), och J- densiteten av den elektriska strömmen i metallen (A / m 2). När det elektriska fältet är mycket starkt och strömtätheten är låg, blir metallens resistivitet hög.

Det finns en annan kvantitet som kallas elektrisk ledningsförmåga, som är den reciproka av specifik resistans, vilket indikerar graden av ledningsförmåga hos en elektrisk ström av ett visst material. Det bestäms av formeln och uttrycks i enheter av S / m - siemens per meter.

Resistivitet är nära relaterat till elektriskt motstånd. De skiljer sig dock från varandra. I det första fallet är detta en egenskap hos materialet, inklusive stål, och i det andra fallet bestäms egenskapen för hela objektet. Kvaliteten på ett motstånd påverkas av en kombination av flera faktorer, först och främst formen och resistiviteten hos materialet som det är tillverkat av. Till exempel, om en tunn och lång tråd användes för att tillverka ett trådlindat motstånd, kommer dess motstånd att vara större än för ett motstånd tillverkat av en tjock och kort tråd av samma metall.

Ett annat exempel är trådmotstånd med samma diameter och längd. Men om materialet i en av dem har ett högt specifikt motstånd, och i det andra är det lågt, kommer därför det elektriska motståndet i det första motståndet att vara högre än i det andra.

Genom att känna till materialets grundläggande egenskaper kan du använda stålets resistivitet för att bestämma motståndsvärdet för stålledaren. För beräkningar, förutom den elektriska resistiviteten, kommer diametern och längden på själva tråden att krävas. Beräkningar utförs enl följande formel: , vart i Rär (ohm), ρ - specifik motstånd för stål (Ohm * m), L- motsvarar längden på tråden, A- dess tvärsnittsarea.

Det finns ett temperaturberoende av resistiviteten hos stål och andra metaller. De flesta beräkningar använder rumstemperatur- 20 0 С. Alla förändringar under påverkan av denna faktor beaktas med hjälp av temperaturkoefficienten.

Erfarenheten har visat att motståndet R metallledare i direkt proportion till dess längd L och omvänt proportionell mot dess tvärsnittsarea A:

R = ρ L / A (26.4)

där koefficienten ρ kallas resistivitet och fungerar som en egenskap hos det ämne som ledaren är gjord av. Detta överensstämmer med sunt förnuft: motståndet hos en tjock tråd bör vara mindre än för en tunn tråd, eftersom elektroner i en tjock tråd kan röra sig längs större område... Och du kan förvänta dig en ökning av motståndet med en ökning av ledarens längd, eftersom antalet hinder i elektronflödets väg ökar.

Typiska värden ρ för olika material anges i den första kolumnen i tabellen. 26.2. (Faktiska värden beror på ämnets renhet, värmebehandling, temperatur och andra faktorer.)

Tabell 26.2. Resistivitet och temperaturkoefficient för motstånd (TCR) (vid 20 ° C)
Ämne	ρ , Ohm m	TCS α °C-1
Konduktörer
Silver	1,59 · 10 -8	0,0061
Koppar	1,68 · 10 -8	0,0068
Aluminium	2,65 · 10 -8	0,00429
Volfram	5,6 · 10 -8	0,0045
Järn	9.71 · 10 -8	0,00651
Platina	10,6 · 10 -8	0,003927
Merkurius	98 · 10 -8	0,0009
Nichrome (legering Ni, Fe, Cr)	100 · 10 -8	0,0004
Halvledare 1)
Kol (grafit)	(3-60) · 10 -5	-0,0005
Germanium	(1-500) · 10 -5	-0,05
Kisel	0,1 - 60	-0,07
Dielektrik
Glas	10 9 - 10 12
Gummi är hårt	10 13 - 10 15
1) De faktiska värdena är starkt beroende av närvaron av även en liten mängd föroreningar.

Silver har den lägsta resistiviteten, vilket visar sig vara den bästa guiden; dock är det dyrt. Koppar är något sämre än silver; det är tydligt varför ledningar oftast är gjorda av koppar.

Resistiviteten för aluminium är högre än för koppar, men den har en mycket lägre densitet, och i vissa fall är den att föredra (till exempel i kraftledningar), eftersom motståndet hos aluminiumtrådar med samma massa är mindre än för koppartrådar. Det ömsesidiga resistiviteten används ofta:

σ = 1/ρ (26.5)

σ kallas konduktivitet. Specifik konduktivitet mäts i enheter (Ohm · m) -1.

Resistiviteten hos ett ämne beror på temperaturen. I allmänhet ökar motståndet hos metaller med temperaturen. Detta borde inte vara förvånande: när temperaturen stiger, rör sig atomerna snabbare, deras arrangemang blir mindre ordnat och det kan förväntas att de kommer att störa flödet av elektroner mer. I smala intervall av temperaturförändringar ökar metallens resistivitet med temperaturen nästan linjärt:

var ρ T- resistivitet vid temperatur T, ρ 0 - resistivitet vid standardtemperatur T 0, och α - temperaturkoefficient för motstånd (TCR). Värdena för a anges i tabell. 26.2. Observera att i halvledare kan TCS vara negativt. Detta är uppenbart, eftersom när temperaturen stiger ökar antalet fria elektroner och de förbättrar ämnets ledande egenskaper. Således kan halvledarens resistans minska med ökande temperatur (men inte alltid).

Värdena för a beror på temperaturen, därför bör man vara uppmärksam på temperaturintervallet inom vilket det är sant givet värde(till exempel enligt katalogen fysiska kvantiteter). Om intervallet för temperaturvariationer visar sig vara brett, kommer linjäriteten att brytas, och istället för (26.6) bör man använda ett uttryck som innehåller termer som beror på den andra och tredje temperaturen:

ρ T = ρ 0 (1+αТ+ + βТ 2 + γТ 3),

där koefficienterna β och γ är vanligtvis mycket små (vi sätter T 0 = 0 °C), men i stort T dessa medlemmars bidrag blir betydande.

Med mycket låga temperaturer ax resistiviteten hos vissa metaller, såväl som legeringar och föreningar, faller inom precisionen för moderna mätningar till noll. Denna egenskap kallas supraledning; det observerades första gången av den holländska fysikern Geike Kamer-ling-Onnes (1853-1926) 1911 när kvicksilvret svalnade under 4,2 K. Vid denna temperatur sjönk kvicksilvrets elektriska motstånd plötsligt till noll.

Supraledare går in i ett supraledande tillstånd under övergångstemperaturen, som vanligtvis är flera grader Kelvin (strax över den absoluta nollpunkten). En elektrisk ström observerades i den supraledande ringen, som praktiskt taget inte försvagades i frånvaro av spänning på flera år.

V senaste åren supraledning studeras intensivt i syfte att belysa dess mekanism och hitta material som uppvisar supraledning vid mer höga temperaturer för att minska kostnaden och besväret med kylning till mycket låga temperaturer. Den första framgångsrika teorin om supraledning skapades av Bardeen, Cooper och Schrieffer 1957. Supraledare används redan i stora magneter, där ett magnetfält skapas elchock(se kap. 28), vilket avsevärt minskar energiförbrukningen. Naturligtvis går det även åt energi för att hålla supraledaren vid en låg temperatur.

Kommentarer och förslag är välkomna och välkomna!