Hvad er ledningsevne? Kobberresistivitet

Når et elektrisk kredsløb er lukket, ved hvis terminaler der er en potentialforskel, opstår der en elektrisk strøm. Frie elektroner, under påvirkning af elektriske feltkræfter, bevæger sig langs lederen. I deres bevægelse kolliderer frie elektroner med lederens atomer og giver dem en forsyning af deres kinetisk energi.

Elektroner, der passerer gennem en leder, møder således modstand mod deres bevægelse. Når elektrisk strøm passerer gennem en leder, varmes denne op.

Lederens elektriske modstand (den er betegnet latinsk bogstav r) fænomenet omdannelse af elektrisk energi til termisk energi, når en elektrisk strøm passerer gennem en leder, forårsages. På diagrammerne elektrisk modstand betegnet som vist i fig. 18.

Modstandsenheden antages at være 1 ohm. Om er ofte repræsenteret med det græske store bogstav Ω (omega). Derfor, i stedet for at skrive: "Modstanden af lederen er 15 ohm," kan du blot skrive: r = 15 Ω.

1000 ohm kaldes 1 kiloohm (1 kohm eller 1 kΩ).

1.000.000 ohm kaldes 1 megaohm (1 mg ohm eller 1 MΩ).

enhed, har variabel elektrisk modstand og tjener til at ændre strømmen i kredsløbet kaldes en reostat. I diagrammerne er rheostater betegnet som vist i fig. 18. Som regel er en rheostat lavet af en ledning af en eller anden modstand, viklet på en isolerende base. Skyderen eller rheostatarmen er placeret i en bestemt position, som et resultat af hvilken den nødvendige modstand indføres i kredsløbet.

En lang leder med et lille tværsnit skaber en stor modstand mod strøm. Korte ledere med stort tværsnit giver ringe modstand mod strøm.

Hvis vi tager to konduktører fra forskellige materialer, men samme længde og tværsnit, så vil lederne lede strøm forskelligt. Dette viser, at modstanden af en leder afhænger af materialet i selve lederen.

Lederens temperatur påvirker også dens modstand. Når temperaturen stiger, øges modstanden af metaller, og modstanden af væsker og kul falder. Kun nogle specielle metallegeringer (manganin, konstantan, nikkel osv.) ændrer næsten ikke deres modstand med stigende temperatur.

Så vi ser, at en leders elektriske modstand afhænger af lederens længde, lederens tværsnit, lederens materiale og lederens temperatur.

Når man sammenligner modstanden af ledere fra forskellige materialer Det er nødvendigt at tage en vis længde og tværsnit for hver prøve. Så kan vi vurdere, hvilket materiale der leder bedre eller dårligere elektrisk strøm.

Modstanden (i ohm) af en leder på 1 m lang med et tværsnit på 1 mm 2 kaldes resistivitet og betegnes græsk bogstavρ (rho).

Ledermodstanden kan bestemmes af formlen

hvor r er ledermodstanden, ohm;

ρ - lederresistivitet;

l- lederlængde, m;

S - ledertværsnit, mm2.

Ud fra denne formel får vi dimensionen for resistivitet

I tabel 1 viser resistiviteten af nogle ledere.

Tabellen viser, at en jerntråd med en længde på 1 m og et tværsnit på 1 mm2 har en modstand på 0,13 ohm. For at få 1 ohm modstand skal du tage 7,7 m af en sådan ledning. Sølv har den laveste resistivitet - 1 ohm modstand kan opnås, hvis du tager 62,5 m sølvtråd med et tværsnit på 1 mm 2. Sølv er den bedste leder, men de høje omkostninger ved sølv udelukker muligheden for massebrug. Efter sølv i tabellen kommer kobber: 1 m kobbertråd med et tværsnit på 1 mm har en modstand på 0,0175 ohm For at få en modstand på 1 ohm skal du tage 57 m af en sådan ledning.

Kemisk rent kobber, opnået ved raffinering, har fundet udbredt anvendelse i elektroteknik til fremstilling af ledninger, kabler, viklinger af elektriske maskiner og enheder. Aluminium og jern er også meget brugt som ledere.

Detaljerede karakteristika for metaller og legeringer er angivet i tabel. 2.

Eksempel 1. Bestem modstanden af 200 m jerntråd med et tværsnit på 5 mm 2:

Eksempel 2. Beregn modstanden af 2 km aluminiumtråd med et tværsnit på 2,5 mm2:

Ud fra modstandsformlen kan du nemt bestemme længden, modstanden og tværsnittet af lederen.

Eksempel 3. For en radiomodtager er det nødvendigt at vikle en 30 ohm modstand fra nikkeltråd med et tværsnit på 0,21 mm2. Bestem den nødvendige ledningslængde:

Eksempel 4. Bestem tværsnittet af en nichrome ledning med en længde på 20 F, hvis dens modstand er 25 ohm:

Eksempel 5. En ledning med et tværsnit på 0,5 mm2 og en længde på 40 m har en modstand på 16 ohm. Bestem trådmaterialet.

Lederens materiale karakteriserer dens resistivitet

Baseret på resistivitetstabellen finder vi, at bly har denne modstand.

Det blev tidligere oplyst, at ledernes modstand afhænger af temperaturen. Lad os lave følgende eksperiment. Lad os vikle flere meter tynd metaltråd i form af en spiral og forbinde denne spiral til batterikredsløbet. For at måle strøm er et amperemeter inkluderet i kredsløbet. Når spolen opvarmes i brænderens flamme, vil du bemærke, at amperemeteraflæsningerne vil falde. Dette viser, at modstanden af en metaltråd stiger med opvarmning.

For nogle metaller, når de opvarmes med 100°, øges modstanden med 40-50%. Der er legeringer, der ændrer deres modstand lidt ved opvarmning. Nogle specielle legeringer viser stort set ingen ændring i modstanden, når temperaturen ændres. Modstanden af metalledere stiger med stigende temperatur, mens modstanden af elektrolytter (flydende ledere), kul og nogle faste stoffer tværtimod falder.

Metallers evne til at ændre deres modstand med ændringer i temperatur bruges til at konstruere modstandstermometre. Dette termometer består af en platintråd viklet på en glimmerramme. Ved at placere et termometer for eksempel i en ovn og måle modstanden af platintråden før og efter opvarmning, kan temperaturen i ovnen bestemmes.

Ændringen i en leders modstand, når den opvarmes, pr. 1 ohm startmodstand og pr. 1 0 temperatur, kaldes temperaturkoefficient for modstand og er betegnet med bogstavet α (alfa).

Hvis lederens modstand ved temperatur t 0 er lig med r 0, og ved temperatur t er lig med r t, så er modstandens temperaturkoefficient

Elektrisk ledningsevne karakteriserer kroppens evne til at lede elektrisk strøm. Ledningsevne - modstandsværdi. I formlen er den omvendt proportional med elektrisk modstand, og de bruges faktisk til at betegne materialets samme egenskaber. Ledningsevne måles i Siemens: [Sm]=.

Typer af elektrisk ledningsevne:

— Elektronisk ledningsevne, hvor ladningsbærerne er elektroner. Denne ledningsevne er primært karakteristisk for metaller, men er til stede i en eller anden grad i næsten ethvert materiale. Når temperaturen stiger, falder den elektroniske ledningsevne.

— Ionisk ledningsevne. Findes i gasformige og flydende medier, hvor der er frie ioner, der også bærer ladninger, og som bevæger sig gennem mediets volumen under påvirkning af et elektromagnetisk felt eller andet ydre påvirkning. Anvendes i elektrolytter. Med stigende temperatur øges ionisk ledningsevne, siden mere ioner med høj energi, og mediets viskositet reduceres.

— Hulledningsevne. Denne ledningsevne er forårsaget af mangel på elektroner i materialets krystalgitter. Faktisk bærer elektroner igen ladningen her, men de ser ud til at bevæge sig langs gitteret og optager sekventielt ledige pladser i den, i modsætning til den fysiske bevægelse af elektroner i metaller. Dette princip bruges i halvledere sammen med elektronisk ledningsevne.

Historisk set var de allerførste materialer, der begyndte at blive brugt i elektroteknik, metaller og dielektrika (isolatorer, der har lav elektrisk ledningsevne). Nu modtaget bred anvendelse i elektroniske halvledere. De indtager en mellemposition mellem ledere og dielektrikum og er kendetegnet ved, at mængden af elektrisk ledningsevne i halvledere kan reguleres af forskellige påvirkninger. De fleste moderne ledere er lavet af silicium, germanium og kulstof. Derudover kan andre stoffer bruges til at lave PP, men de bruges meget sjældnere.

Strømtransmission med minimale tab er vigtig. I denne henseende spiller metaller med høj elektrisk ledningsevne og følgelig lav elektrisk modstand en vigtig rolle. Det bedste i denne henseende er sølv (62.500.000 S/m), efterfulgt af kobber (58.100.000 S/m), guld (45.500.000 S/m), aluminium (37.000.000 S/m). I overensstemmelse med økonomisk gennemførlighed anvendes aluminium og kobber oftest, mens kobber er lidt ringere i ledningsevne i forhold til sølv. Alle andre metaller har ingen industriel betydning for produktionen af ledere.

Når lukket elektriske kredsløb, ved de terminaler, hvor der er en potentialforskel, vises. Frie elektroner, under påvirkning af elektriske feltkræfter, bevæger sig langs lederen. I deres bevægelse kolliderer elektroner med lederens atomer og giver dem en forsyning af deres kinetiske energi. Elektronernes hastighed ændres konstant: når elektroner kolliderer med atomer, molekyler og andre elektroner, falder den, så under påvirkning elektrisk felt stiger og falder igen ved en ny kollision. Som et resultat er lederen installeret ensartet bevægelse strømning af elektroner med en hastighed på flere brøkdele af en centimeter i sekundet. Elektroner, der passerer gennem en leder, møder derfor altid modstand mod deres bevægelse fra dens side. Når elektrisk strøm passerer gennem en leder, varmes denne op.

Elektrisk modstand

Den elektriske modstand af en leder, som er angivet med et latinsk bogstav r, er en krops eller et mediums egenskab til at transformere elektrisk energi til varme, når en elektrisk strøm passerer gennem den.

I diagrammerne er elektrisk modstand angivet som vist i figur 1, EN.

Variabel elektrisk modstand, som tjener til at ændre strømmen i et kredsløb, kaldes rheostat. I diagrammerne er rheostater betegnet som vist i figur 1, b. I generel opfattelse En rheostat er lavet af en ledning af en eller anden modstand, viklet på en isolerende base. Skyderen eller rheostatarmen er placeret i en bestemt position, som et resultat af hvilken den nødvendige modstand indføres i kredsløbet.

En lang leder med et lille tværsnit skaber en stor modstand mod strøm. Korte ledere med stort tværsnit giver ringe modstand mod strøm.

Hvis du tager to ledere fra forskellige materialer, men samme længde og tværsnit, så vil lederne lede strøm forskelligt. Dette viser, at modstanden af en leder afhænger af materialet i selve lederen.

Lederens temperatur påvirker også dens modstand. Når temperaturen stiger, øges modstanden af metaller, og modstanden af væsker og kul falder. Kun nogle specielle metallegeringer (manganin, konstantan, nikkel og andre) ændrer næsten ikke deres modstand med stigende temperatur.

Så vi ser, at en leders elektriske modstand afhænger af: 1) lederens længde, 2) lederens tværsnit, 3) lederens materiale, 4) lederens temperatur.

Modstandsenheden er en ohm. Om er ofte repræsenteret med det græske store bogstav Ω (omega). Derfor, i stedet for at skrive "Ledermodstanden er 15 ohm", kan du blot skrive: r= 15 Ω.
1.000 ohm kaldes 1 kiloohm(1kOhm eller 1kΩ),
1.000.000 ohm kaldes 1 megaohm(1 mOhm eller 1 MΩ).

Når man sammenligner modstanden af ledere fra forskellige materialer, er det nødvendigt at tage en vis længde og tværsnit for hver prøve. Så vil vi være i stand til at vurdere, hvilket materiale der leder elektrisk strøm bedre eller dårligere.

Video 1. Ledermodstand

Elektrisk resistivitet

Modstanden i ohm af en leder på 1 m lang med et tværsnit på 1 mm² kaldes resistivitet og er betegnet med det græske bogstav ρ (ro).

Tabel 1 viser resistiviteterne for nogle ledere.

Tabel 1

Resistiviteter af forskellige ledere

Tabellen viser, at en jerntråd med en længde på 1 m og et tværsnit på 1 mm² har en modstand på 0,13 Ohm. For at få 1 Ohm modstand skal du tage 7,7 m af en sådan ledning. Sølv har den laveste resistivitet. 1 Ohm modstand kan opnås ved at tage 62,5 m sølvtråd med et tværsnit på 1 mm². Sølv er den bedste leder, men prisen på sølv udelukker muligheden for massebrug. Efter sølv i bordet kommer kobber: 1 m kobbertråd med et tværsnit på 1 mm² har en modstand på 0,0175 Ohm. For at få en modstand på 1 ohm skal du tage 57 m af en sådan ledning.

Ledermodstanden kan bestemmes ved formlen:

Hvor r– ledermodstand i ohm; ρ – specifik modstand af lederen; l– lederens længde i m; S– ledertværsnit i mm².

Eksempel 1. Bestem modstanden af 200 m jerntråd med et tværsnit på 5 mm².

Eksempel 2. Beregn modstanden af 2 km aluminiumtråd med et tværsnit på 2,5 mm².

Ud fra modstandsformlen kan du nemt bestemme længden, modstanden og tværsnittet af lederen.

Eksempel 3. For en radiomodtager er det nødvendigt at vikle en 30 Ohm modstand fra nikkeltråd med et tværsnit på 0,21 mm². Bestem den nødvendige ledningslængde.

Eksempel 4. Bestem tværsnittet af 20 m nichromtråd, hvis modstanden er 25 ohm.

Eksempel 5. En ledning med et tværsnit på 0,5 mm² og en længde på 40 m har en modstand på 16 ohm. Bestem trådmaterialet.

Lederens materiale karakteriserer dens resistivitet.

Ifølge tabellen over resistiviteter finder vi, at den har en sådan modstand.

Det blev anført ovenfor, at ledernes modstand afhænger af temperaturen. Lad os lave følgende eksperiment. Lad os vikle flere meter tynd metaltråd i form af en spiral og forbinde denne spiral til batterikredsløbet. For at måle strøm forbinder vi et amperemeter til kredsløbet. Når spolen opvarmes i brænderens flamme, vil du bemærke, at amperemeteraflæsningerne vil falde. Dette viser, at modstanden af en metaltråd stiger med opvarmning.

For nogle metaller, når de opvarmes med 100°, øges modstanden med 40-50%. Der er legeringer, der ændrer deres modstand lidt ved opvarmning. Nogle specielle legeringer viser stort set ingen ændring i modstanden, når temperaturen ændres. Modstanden stiger med stigende temperatur modstanden af elektrolytter (væskeledere), kul og nogle faste stoffer, tværtimod.

Ændringen i modstand af en leder, når den opvarmes pr. 1 ohm startmodstand og pr. 1° temperatur kaldes temperaturkoefficient for modstand og er betegnet med bogstavet α.

Hvis ved temperatur t 0 ledermodstand er r 0°C og ved temperatur t lig med r t, derefter temperaturkoefficienten for modstand

Note. Beregning ved hjælp af denne formel kan kun udføres i et bestemt temperaturområde (op til ca. 200°C).

Vi præsenterer værdierne for temperaturkoefficienten for modstand α for nogle metaller (tabel 2).

Tabel 2

Temperaturkoefficientværdier for nogle metaller

Ud fra formlen for modstandens temperaturkoefficient bestemmer vi r t:

r t = r 0 .

Eksempel 6. Bestem modstanden af en jerntråd opvarmet til 200°C, hvis dens modstand ved 0°C var 100 ohm.

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

Eksempel 7. Et modstandstermometer lavet af platintråd havde en modstand på 20 ohm i et rum ved 15°C. Termometeret blev anbragt i ovnen og efter nogen tid blev dets modstand målt. Det viste sig at være lig med 29,6 Ohm. Bestem temperaturen i ovnen.

Elektrisk ledningsevne

Hidtil har vi betragtet en leders modstand som den forhindring, som lederen giver for den elektriske strøm. Men stadig løber der strøm gennem lederen. Derfor har lederen udover modstand (forhindring) også evnen til at lede elektrisk strøm, det vil sige ledningsevne.

Jo større modstand en leder har, jo mindre ledningsevne har den, jo dårligere leder den elektrisk strøm, og omvendt, jo lavere modstand en leder har, jo større ledningsevne har den, jo lettere er det for strøm at passere gennem lederen . Derfor er modstanden og ledningsevnen af en leder gensidige størrelser.

Fra matematik ved man, at inversen af 5 er 1/5 og omvendt er inversen af 1/7 7. Derfor, hvis modstanden af en leder er angivet med bogstavet r, så er ledningsevnen defineret som 1/ r. Ledningsevne er normalt symboliseret med bogstavet g.

Elektrisk ledningsevne måles i (1/Ohm) eller i siemens.

Eksempel 8. Ledermodstanden er 20 ohm. Bestem dens ledningsevne.

Hvis r= 20 Ohm, altså

Eksempel 9. Lederens ledningsevne er 0,1 (1/Ohm). Bestem dens modstand

Hvis g = 0,1 (1/Ohm), så r= 1 / 0,1 = 10 (Ohm)

Fysisk karakter af elektrisk modstand. Når frie elektroner bevæger sig i en leder, kolliderer de på deres vej med positive ioner 2 (se fig. 10, a), atomer og molekyler af det stof, som lederen er lavet af, og overfører en del af deres energi til dem. I dette tilfælde frigives energien fra bevægelige elektroner som følge af deres kollision med atomer og molekyler delvist og spredes i form af varme, der opvarmer lederen. På grund af det faktum, at elektroner, der kolliderer med partikler af en leder, overvinder en vis modstand mod bevægelse, er det sædvanligt at sige, at ledere har elektrisk modstand. Hvis lederens modstand er lav, opvarmes den relativt svagt af strømmen; hvis modstanden er høj, kan lederen blive varm. Ledningerne, der leverer elektrisk strøm til den elektriske komfur, bliver næsten ikke varmere, da deres modstand er lav, og ovnens spiral, som har en høj modstand, bliver rødglødende. Glødetråden i den elektriske lampe opvarmes endnu mere.
Modstandsenheden er ohm. En leder har en modstand på 1 Ohm, hvorigennem en strøm på 1 A passerer med en potentialforskel i dens ender (spænding) lig med 1 V. Modstandsstandarden på 1 Ohm er en søjle af kviksølv 106,3 cm lang og en kryds- snitareal på 1 mm2 ved en temperatur på 0°C. I praksis måles modstand ofte i tusindvis af ohm - kiloohm (kOhm) eller millioner af ohm - megaohm (MOhm). Modstand er angivet med bogstavet R (r).
Ledningsevne. Enhver leder kan ikke kun karakteriseres ved dens modstand, men også af den såkaldte ledningsevne - evnen til at lede elektrisk strøm. Ledningsevne er det gensidige af modstand. Enheden for ledningsevne kaldes siemens (Sm). 1 cm er lig med 1/1 ohm. Ledningsevne er angivet med bogstavet G (g). Derfor,

G=1/R(4)

Elektrisk resistivitet og ledningsevne. Atomer forskellige stoffer give ulige modstand mod passage af elektrisk strøm. Individuelle stoffers evne til at lede elektrisk strøm kan bedømmes ud fra deres elektriske resistivitet s. Værdien, der karakteriserer resistivitet, er normalt taget til at være modstanden af en terning med en kant på 1 m Elektrisk resistivitet måles i Ohm*m. For at bedømme materialers elektriske ledningsevne bruges også begrebet specifik elektrisk ledningsevne? Specifik elektrisk ledningsevne måles i siemens pr. meter (S/m) (ledningsevne af en terning med en kant på 1 m). Elektrisk resistivitet udtrykkes ofte i ohm-centimeter (Ohm*cm), og elektrisk ledningsevne i siemens pr. centimeter (S/cm). På samme tid 1 Ohm*cm = 10-2 Ohm*m og 1 S/cm = 102 S/m.

Ledermaterialer bruges hovedsageligt i form af ledninger, stænger eller bånd, hvis tværsnitsareal normalt udtrykkes i kvadratmillimeter og længden i meter. For den elektriske resistivitet af sådanne materialer og den elektriske ledningsevne er der derfor blevet indført andre måleenheder: ? målt i Ohm * mm 2 / m (modstand af en leder 1 m lang og tværsnitsareal 1 mm 2), hva? - i Sm*m/mm2 (ledningsevne af en leder med en længde på 1 m og et tværsnitsareal på 1 mm2).

Af metallerne har sølv og kobber den højeste elektriske ledningsevne, da strukturen af deres atomer tillader frie elektroner let at bevæge sig, efterfulgt af guld, krom, aluminium, mangan, wolfram osv. Jern og stål leder strømmen værre.

Rene metaller leder altid elektricitet bedre end deres legeringer. Derfor anvendes der i elektroteknik overvejende meget rent kobber, der kun indeholder 0,05 % urenheder. Og omvendt, i tilfælde, hvor der er behov for et materiale med høj modstand (til forskellige opvarmningsanordninger, rheostater osv.), anvendes specielle legeringer: konstantan, manganin, nichrom, fechral.

Det skal bemærkes, at i teknologi, ud over metalliske ledere, anvendes også ikke-metalliske ledere. Sådanne ledere omfatter for eksempel kul, hvorfra børster af elektriske maskiner, elektroder til spotlights osv. er lavet. Ledere af elektrisk strøm er jordens tykkelse, levende væv fra planter, dyr og mennesker. Fugtigt træ og mange andre isoleringsmaterialer leder elektricitet, når det er vådt.
En leders elektriske modstand afhænger ikke kun af lederens materiale, men også af dens længde l og tværsnitsareal s. (Elektrisk modstand svarer til den modstand, der tilbydes over for vandets bevægelse i et rør, hvilket afhænger af rørets tværsnitsareal og dets længde.)
Lige ledermodstand

R= ? l/s (5)

Hvis resistivitet? udtrykt i Ohm*mm/m, så for at opnå lederens modstand i ohm, skal dens længde erstattes med formel (5) i meter, og tværsnitsarealet i kvadratmillimeter.

Modstandens afhængighed af temperaturen. Den elektriske ledningsevne af alle materialer afhænger af deres temperatur. I metalledere, når de opvarmes, øges rækkevidden og hastigheden af vibrationer af atomer i metallets krystalgitter, som et resultat af hvilket modstanden, de giver til strømmen af elektroner, også øges. Ved afkøling opstår det modsatte fænomen: uordnet oscillerende bevægelse atomer i knudepunkter krystalgitter falder, deres modstand mod strømmen af elektroner falder, og lederens elektriske ledningsevne øges.

I naturen er der dog nogle legeringer: fechral, constantan, manganin osv., hvor den elektriske modstand ændres relativt lidt i et bestemt temperaturområde. Sådanne legeringer bruges i teknologi til fremstilling af forskellige modstande, der anvendes i elektriske måleinstrumenter og nogle enheder til at kompensere for temperaturens indvirkning på deres drift.

Graden af ændring i lederes modstand med temperaturændringer bedømmes ved den såkaldte temperaturkoefficient for modstand a. Denne koefficient repræsenterer den relative stigning i lederens modstand, når dens temperatur stiger med 1 °C. I tabel Tabel 1 viser værdierne af for de mest almindeligt anvendte ledermaterialer.

Modstand af en metalleder R t ved enhver temperatur t

Rt = R0[1+? (t - t 0) ] (6)

hvor R 0 er lederens modstand ved en bestemt begyndelsestemperatur t 0 (sædvanligvis ved + 20 ° C), som kan beregnes ved hjælp af formel (5);

t- t 0 - temperaturændring.

Metallederes egenskab til at øge deres modstand, når de opvarmes, bruges ofte i moderne teknologi til temperaturmåling. For eksempel, når man tester traktionsmotorer efter reparation, bestemmes opvarmningstemperaturen af deres viklinger ved at måle deres modstand i kold tilstand og efter drift under belastning i en specificeret periode (normalt 1 time).

Mens de studerede egenskaberne af metaller under dyb (meget stærk) afkøling, opdagede forskerne et bemærkelsesværdigt fænomen: nær det absolutte nulpunkt (-273,16 °C), mister nogle metaller næsten fuldstændig elektrisk modstand. De bliver ideelle guider, dygtige lang tid sende strøm gennem et lukket kredsløb uden påvirkning fra en elektrisk energikilde. Dette fænomen kaldes superledning. I øjeblikket oprettet prototyper elledninger og elektriske maskiner, der bruger fænomenet superledning. Sådanne maskiner har væsentlig mindre vægt og samlede dimensioner sammenlignet med maskiner til generelle formål og fungerer med en meget høj effektivitet. I dette tilfælde kan elledninger være lavet af ledninger med et meget lille tværsnitsareal. I fremtiden vil dette fænomen blive brugt mere og mere inden for elektroteknik.

Når et elektrisk kredsløb er lukket, ved hvis terminaler der er en potentialforskel, opstår der en spænding. Frie elektroner, under påvirkning af elektriske feltkræfter, bevæger sig langs lederen. I deres bevægelse kolliderer elektroner med lederens atomer og giver dem en forsyning af deres kinetiske energi. Hastigheden af elektronbevægelser ændrer sig konstant: når elektroner kolliderer med atomer, molekyler og andre elektroner, falder den, og under påvirkning af et elektrisk felt øges den og falder igen under en ny kollision. Som et resultat etableres en ensartet strøm af elektroner i lederen med en hastighed på flere brøkdele af en centimeter pr. sekund. Elektroner, der passerer gennem en leder, møder derfor altid modstand mod deres bevægelse fra dens side. Når elektrisk strøm passerer gennem en leder, varmes denne op.

Elektrisk modstand

Den elektriske modstand af en leder, som er angivet med et latinsk bogstav r, er et legemes eller mediums egenskab til at omdanne elektrisk energi til termisk energi, når en elektrisk strøm passerer gennem det.

I diagrammerne er elektrisk modstand angivet som vist i figur 1, EN.

Variabel elektrisk modstand, som tjener til at ændre strømmen i et kredsløb, kaldes rheostat. I diagrammerne er rheostater betegnet som vist i figur 1, b. Generelt er en reostat lavet af en ledning af en eller anden modstand, viklet på en isolerende base. Skyderen eller rheostatarmen er placeret i en bestemt position, som et resultat af hvilken den nødvendige modstand indføres i kredsløbet.

En lang leder med et lille tværsnit skaber en stor modstand mod strøm. Korte ledere med stort tværsnit giver ringe modstand mod strøm.

Lederens temperatur påvirker også dens modstand. Når temperaturen stiger, øges modstanden af metaller, og modstanden af væsker og kul falder. Kun nogle specielle metallegeringer (manganin, konstantan, nikkel og andre) ændrer næsten ikke deres modstand med stigende temperatur.

Så vi ser, at en leders elektriske modstand afhænger af: 1) lederens længde, 2) lederens tværsnit, 3) lederens materiale, 4) lederens temperatur.

Video 1. Ledermodstand

Elektrisk resistivitet

Modstanden i ohm af en leder på 1 m lang med et tværsnit på 1 mm² kaldes resistivitet og er betegnet med det græske bogstav ρ (ro).

Tabel 1 viser resistiviteterne for nogle ledere.

Tabel 1

Resistiviteter af forskellige ledere

Ledermodstanden kan bestemmes ved formlen:

Hvor r– ledermodstand i ohm; ρ – specifik modstand af lederen; l– lederens længde i m; S– ledertværsnit i mm².

Eksempel 1. Bestem modstanden af 200 m jerntråd med et tværsnit på 5 mm².

Eksempel 2. Beregn modstanden af 2 km aluminiumtråd med et tværsnit på 2,5 mm².

Ud fra modstandsformlen kan du nemt bestemme længden, modstanden og tværsnittet af lederen.

Eksempel 3. For en radiomodtager er det nødvendigt at vikle en 30 Ohm modstand fra nikkeltråd med et tværsnit på 0,21 mm². Bestem den nødvendige ledningslængde.

Eksempel 4. Bestem tværsnittet af 20 m nichromtråd, hvis modstanden er 25 ohm.

Eksempel 5. En ledning med et tværsnit på 0,5 mm² og en længde på 40 m har en modstand på 16 ohm. Bestem trådmaterialet.

Lederens materiale karakteriserer dens resistivitet.

Ifølge tabellen over resistiviteter finder vi, at den har en sådan modstand.

For nogle metaller, når de opvarmes med 100°, øges modstanden med 40-50%. Der er legeringer, der ændrer deres modstand lidt ved opvarmning. Nogle specielle legeringer viser stort set ingen ændring i modstanden, når temperaturen ændres. Modstanden stiger med stigende temperatur modstanden af elektrolytter (væskeledere), kul og nogle faste stoffer, tværtimod.

Ændringen i modstand af en leder, når den opvarmes pr. 1 ohm startmodstand og pr. 1° temperatur kaldes temperaturkoefficient for modstand og er betegnet med bogstavet α.

Hvis ved temperatur t 0 ledermodstand er r 0°C og ved temperatur t lig med r t, derefter temperaturkoefficienten for modstand

Note. Beregning ved hjælp af denne formel kan kun udføres i et bestemt temperaturområde (op til ca. 200°C).

Vi præsenterer værdierne for temperaturkoefficienten for modstand α for nogle metaller (tabel 2).

Tabel 2

Temperaturkoefficientværdier for nogle metaller

Ud fra formlen for modstandens temperaturkoefficient bestemmer vi r t:

r t = r 0 .

Eksempel 6. Bestem modstanden af en jerntråd opvarmet til 200°C, hvis dens modstand ved 0°C var 100 ohm.

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