Tabel over resistivitet af metaller. Hvad er elektrisk resistivitet

Elektrisk strøm opstår som et resultat af lukning af et kredsløb med en potentialforskel på tværs af terminalerne. Feltkræfter virker på frie elektroner, og de bevæger sig langs lederen. Under denne rejse møder elektroner atomer og overfører noget af deres akkumulerede energi til dem. Som et resultat falder deres hastighed. Men på grund af påvirkningen elektrisk felt, det tager fart igen. Elektroner oplever således konstant modstand, hvorfor den elektriske strøm opvarmes.

Et stofs egenskab til at omdanne elektricitet til varme, når det udsættes for strøm, er elektrisk modstand og betegnes som R, dets måleenhed er Ohm. Mængden af modstand afhænger hovedsageligt af evnen forskellige materialer lede strøm.
For første gang talte den tyske forsker G. Ohm om modstand.

For at finde ud af strømmens afhængighed af modstand udførte den berømte fysiker mange eksperimenter. Til eksperimenter brugte han forskellige konduktører og modtog forskellige indikatorer.
Det første, som G. Ohm bestemte, var, at modstanden afhænger af lederens længde. Det vil sige, at hvis længden af lederen steg, steg modstanden også. Som et resultat blev dette forhold bestemt til at være direkte proportionalt.

Det andet forhold er tværsnitsarealet. Det kunne bestemmes ved at tværsnit af lederen. Arealet af figuren dannet på snittet er tværsnitsarealet. Her er forholdet omvendt proportionalt. Det vil sige, at jo større tværsnitsareal, jo lavere blev ledermodstanden.

Og den tredje vigtige størrelse, som modstanden afhænger af, er materialet. Som et resultat af det faktum, at Ohm brugte forskellige materialer i sine eksperimenter, opdagede han forskellige modstandsegenskaber. Alle disse eksperimenter og indikatorer blev opsummeret i en tabel, hvorfra det kan ses forskellig betydning specifik modstand af forskellige stoffer.

Det er kendt, at de bedste ledere er metaller. Hvilke metaller er de bedste ledere? Tabellen viser, at kobber og sølv har mindst modstand. Kobber bruges oftere på grund af dets lavere omkostninger, og sølv bruges i de vigtigste og mest kritiske enheder.

Stoffer med høj resistivitet i tabellen leder ikke elektricitet godt, hvilket betyder, at de kan være fremragende isoleringsmaterialer. Stoffer, der har denne egenskab i størst udstrækning, er porcelæn og ebonit.

Generelt specifikt elektrisk modstand er meget vigtig faktor, når alt kommer til alt, ved at bestemme dens indikator kan vi finde ud af, hvilket stof lederen er lavet af. For at gøre dette skal du måle tværsnitsarealet, finde ud af strømmen ved hjælp af et voltmeter og amperemeter og også måle spændingen. På denne måde kender vi meningen resistivitet og ved hjælp af tabellen kan vi nemt finde stoffet. Det viser sig, at resistivitet er som et fingeraftryk af et stof. Derudover er resistivitet vigtig, når man planlægger lange elektriske kredsløb: vi skal kende denne indikator for at opretholde en balance mellem længde og areal.

Der er en formel, der bestemmer, at modstanden er 1 ohm, hvis dens strømstyrke ved en spænding på 1V er 1A. Det vil sige, at modstanden af en enhedsareal og en længdeenhed lavet af et bestemt stof er den specifikke modstand.

Det skal også bemærkes, at resistivitetsindikatoren direkte afhænger af stoffets hyppighed. Altså om den har urenheder. Men tilsætning af kun én procent mangan øger modstanden af det mest ledende stof, kobber, tre gange.

Denne tabel viser den elektriske resistivitet af nogle stoffer.

Meget ledende materialer

Kobber
Som vi allerede har sagt, bruges kobber oftest som en leder. Dette forklares ikke kun af dens lave modstand. Kobber har fordelene ved høj styrke, korrosionsbestandighed, brugervenlighed og god bearbejdelighed. Gode mærker kobber betragtes som M0 og M1. Mængden af urenheder i dem overstiger ikke 0,1%.

De høje omkostninger ved metallet og dets overvægt i på det seneste knaphed tilskynder producenter til at bruge aluminium som leder. Også legeringer af kobber med forskellige metaller anvendes.
Aluminium
Dette metal er meget lettere end kobber, men det har aluminium store værdier varmekapacitet og smeltepunkt. I denne henseende, for at bringe det til en smeltet tilstand, kræves der mere energi end kobber. Der skal dog tages højde for kobbermangel.
Ved produktion af elektriske produkter anvendes som regel A1-aluminium. Den indeholder ikke mere end 0,5 % urenheder. Og metal højeste frekvens- dette er aluminiumskvalitet AB0000.
Jern
Jernets billighed og tilgængelighed overskygges af dets høje resistivitet. Derudover tærer den hurtigt. Af denne grund er stålledere ofte belagt med zink. Det såkaldte bimetal er meget udbredt - dette er stål belagt med kobber til beskyttelse.
Natrium
Natrium er også et tilgængeligt og lovende materiale, men dets modstandsdygtighed er næsten tre gange større end kobber. Derudover har metallisk natrium høj kemisk aktivitet, hvilket kræver, at en sådan leder dækkes med hermetisk forseglet beskyttelse. Det skal også beskytte lederen mod mekanisk skade, da natrium er et meget blødt og ret skrøbeligt materiale.

Superledningsevne
Tabellen nedenfor viser stoffers resistivitet ved en temperatur på 20 grader. Temperaturangivelsen er ikke tilfældig, fordi resistiviteten afhænger direkte af denne indikator. Dette forklares med, at når de opvarmes, stiger atomernes hastighed også, hvilket betyder, at sandsynligheden for, at de møder elektroner, også vil stige.

Det er interessant, hvad der sker med modstand under køleforhold. For første gang, adfærden af atomer på meget lave temperaturer noteret af G. Kamerlingh Onnes i 1911. Han afkølede kviksølvtråden til 4K og fandt ud af, at dens modstand faldt til nul. Ændringen i resistivitetsindekset for nogle legeringer og metaller under lave temperaturforhold kaldes af fysikeren superledning.

Superledere går i en tilstand af superledning, når de afkøles, og deres optiske og strukturelle karakteristika ændres ikke. Hovedopdagelsen er, at elektriske og magnetiske egenskaber metaller i superledende tilstand er meget forskellige fra deres egenskaber i normaltilstanden, samt fra egenskaberne af andre metaller, der ikke kan overgå til denne tilstand, når temperaturen falder.
Brugen af superledere udføres hovedsageligt for at opnå superstærke magnetisk felt, hvis kraft når 107 A/m. Superledende kraftledningssystemer er også under udvikling.

Lignende materialer.

Konstantan (58,8 Cu, 40 Ni, 1,2 Mn)
Manganin (85 Cu, 12 Mn, 3 Ni)
Nikkelsølv (65 Cu, 20 Zn, 15 Ni)
Nickelin (54 Cu, 20 Zn, 26 Ni)
Nichrome (67,5 Ni, 15 Cr, 16 Fe, 1,5 Mn)
Rheonat (84 Cu, 12 Mn, 4 Zn)
Fechral (80 Fe, 14 Cr, 6 Al)

Nichrome resistivitet

Ethvert legeme, hvorigennem en elektrisk strøm ledes, udviser automatisk en vis modstand mod det. En leders egenskab til at modstå elektrisk strøm kaldes elektrisk modstand.

Lad os overveje den elektroniske teori om dette fænomen. Når de bevæger sig langs en leder, støder frie elektroner konstant på andre elektroner og atomer på deres vej. Ved at interagere med dem mister en fri elektron en del af sin ladning. Elektronerne møder således modstand fra ledermaterialet. Hver krop har sin egen atomare struktur, som giver forskellig modstand mod elektrisk strøm. Modstandsenheden anses for at være Ohm. Materialernes modstand er betegnet R eller r.

Jo lavere modstanden af lederen er, jo lettere er det for elektrisk strøm at passere gennem denne krop. Og omvendt: Jo højere modstand, jo dårligere leder kroppen elektrisk strøm.

Modstanden for hver enkelt leder afhænger af egenskaberne af det materiale, hvorfra den er lavet. For nøjagtigt at karakterisere den elektriske modstand af et bestemt materiale blev begrebet resistivitet (nichrom, aluminium osv.) introduceret. Specifik modstand anses for at være modstanden af en leder op til 1 m lang, hvis tværsnit er 1 kvadratmeter. mm. Denne indikator er angivet med bogstavet p. Hvert materiale, der bruges i produktionen af en leder, har sin egen resistivitet. Overvej for eksempel resistiviteten af nichrome og fechral (mere end 3 mm):

Х15Н60 — 1,13 Ohm*mm/m
Х23У5Т — 1,39 Ohm*mm/m
Х20Н80 — 1,12 Ohm*mm/m
ХН70У — 1,30 Ohm*mm/m
ХН20УС — 1,02 Ohm*mm/m

Resistiviteten af nichrome og fechral angiver deres hovedanvendelsesområde: fremstilling af enheder termisk virkning, husholdningsapparater og el varmeelementer industrielle ovne.

Da nichrome og fechral hovedsageligt bruges til produktion af varmeelementer, er de mest almindelige produkter nichrome tråd, tape, strip X15N60 og X20N80 samt fechral wire X23Yu5T.

Når lukket elektriske kredsløb, ved de terminaler, hvor der er en potentialforskel, opstår der en elektrisk strøm. 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 kinetisk 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 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 man passerer elektrisk strøm gennem lederen opvarmes sidstnævnte.

Elektrisk modstand

Den elektriske modstand af en leder, som er betegnet 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, der 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 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 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 udpeget græsk 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.

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.

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 lederens længde, modstand og tværsnit.

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.

Baseret på resistivitetstabellen finder vi, at bly har denne 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 lidt ændrer deres modstand 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 modstand af en leder, når den opvarmes pr. 1 ohm startmodstand og pr. 1° temperatur kaldes modstandstemperaturkoefficient 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 foruden modstand (forhindring) også evnen til at lede elektrisk strøm, det vil sige ledningsevne.

Jo mere modstand en leder har, jo mindre ledningsevne har den, jo dårligere leder den elektrisk strøm, og omvendt, jo lavere modstand en leder har, jo mere ledningsevne den har, 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 angivet 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)

Ethvert stof er i stand til at lede strøm varierende grader, denne værdi påvirkes af materialets modstand. Resistiviteten af kobber, aluminium, stål og ethvert andet element er angivet med bogstavet græsk alfabetρ. Denne værdi afhænger ikke af lederens egenskaber som størrelse, form og fysisk tilstand, almindelig elektrisk modstand tager højde for disse parametre. Resistivitet måles i ohm ganget med mm² og divideret med meter.

Kategorier og deres beskrivelser

Ethvert materiale er i stand til at udvise to typer modstand afhængigt af den elektricitet, der leveres til det. Strømmen kan være variabel eller konstant, hvilket væsentligt påvirker stoffets tekniske ydeevne. Så der er sådanne modstande:

Ohmisk. Vises under påvirkning af jævnstrøm. Karakteriserer friktion, som skabes ved bevægelse af elektrisk ladede partikler i en leder.
Aktiv. Det bestemmes efter samme princip, men er skabt under påvirkning af vekselstrøm.

I denne forbindelse er der også to definitioner af specifik værdi. For jævnstrøm er den lig med modstanden, der udøves af en enhedslængde af ledende materiale af et enhedsfast tværsnitsareal. Det potentielle elektriske felt påvirker alle ledere, såvel som halvledere og løsninger, der er i stand til at lede ioner. Denne værdi bestemmer selve materialets ledende egenskaber. Lederens form og dens dimensioner tages ikke i betragtning, så det kan kaldes grundlæggende i elektroteknik og materialevidenskab.

Under betingelsen om at passere vekselstrøm beregnes den specifikke værdi under hensyntagen til tykkelsen af det ledende materiale. Her opstår påvirkningen af ikke kun potentiale, men også hvirvelstrøm, og derudover tages der højde for frekvensen af elektriske felter. Resistiviteten af denne type er større end ved jævnstrøm, da der her tages hensyn til den positive værdi af modstanden mod hvirvelfeltet. Denne værdi afhænger også af selve lederens form og størrelse. Det er disse parametre, der bestemmer arten af vortexbevægelsen af ladede partikler.

Vekselstrøm forårsager visse elektromagnetiske fænomener i ledere. De er meget vigtige for det ledende materiales elektriske egenskaber:

Hudeffekten er karakteriseret ved en svækkelse af det elektromagnetiske felt, jo mere det trænger ind i lederens medium. Dette fænomen kaldes også overfladeeffekten.
Nærhedseffekten reducerer strømtætheden på grund af nærheden af tilstødende ledninger og deres indflydelse.

Disse effekter er meget vigtige ved beregning af lederens optimale tykkelse, da når du bruger en ledning, hvis radius er større end dybden af strømpenetration i materialet, vil resten af dens masse forblive ubrugt, og derfor vil denne tilgang være ineffektiv. I overensstemmelse med de udførte beregninger vil den effektive diameter af det ledende materiale i nogle situationer være som følger:

for en strøm på 50 Hz - 2,8 mm;
400 Hz - 1 mm;
40 kHz - 0,1 mm.

I lyset af dette bruges brugen af flade flerkernekabler, der består af mange tynde ledninger, aktivt til højfrekvente strømme.

Karakteristika af metaller

Specifikke indikatorer for metalledere er indeholdt i specielle tabeller. Ved hjælp af disse data kan du foretage de nødvendige yderligere beregninger. Et eksempel på en sådan resistivitetstabel kan ses på billedet.

Tabellen viser, at sølv har den største ledningsevne - det er en ideel leder blandt alle eksisterende metaller og legeringer. Hvis du beregner, hvor meget ledning fra dette materiale, der kræves for at opnå en modstand på 1 ohm, vil du få 62,5 m jerntråd for samme værdi vil kræve så meget som 7,7 m.

Uanset hvor vidunderlige egenskaber sølv måtte have, er det derfor for dyrt et materiale til massebrug i elektriske netværk bred anvendelse Jeg fandt kobber i hverdagen og industrien. Med hensyn til specifik indikator er den på andenpladsen efter sølv, og med hensyn til udbredelse og nem udvinding er den meget bedre end den. Kobber har andre fordele, der har gjort det muligt at blive den mest almindelige leder. Disse omfatter:

Til brug i elektroteknik anvendes raffineret kobber, som efter smeltning fra sulfidmalm går gennem processerne med ristning og blæsning og derefter nødvendigvis gennemgår elektrolytisk rensning. Efter en sådan forarbejdning er det muligt at opnå et materiale, der er meget høj kvalitet(kvalitet M1 og M0), som vil indeholde fra 0,1 til 0,05 % urenheder. En vigtig nuance er tilstedeværelsen af ilt i ekstremt små mængder, da det negativt påvirker kobbers mekaniske egenskaber.

Ofte erstattes dette metal af billigere materialer - aluminium og jern samt forskellige bronzer (legeringer med silicium, beryllium, magnesium, tin, cadmium, krom og fosfor). Sådanne sammensætninger har højere styrke sammenlignet med rent kobber, selvom de har lavere ledningsevne.

Fordele ved aluminium

Selvom aluminium har større modstand og er mere skrøbeligt, skyldes dets udbredte anvendelse, at det ikke er så sparsomt som kobber og derfor koster mindre. Aluminium har en resistivitet på 0,028 og dens lave massefylde gør det 3,5 gange lettere end kobber.

Til elektrisk arbejde anvendes renset aluminium A1, der ikke indeholder mere end 0,5% urenheder. Den højere kvalitet AB00 bruges til fremstilling af elektrolytiske kondensatorer, elektroder og aluminiumsfolie. Urenhedsindholdet i dette aluminium er ikke mere end 0,03%. Der er også rent metal AB0000, inklusive ikke mere end 0,004 % tilsætningsstoffer. Selve urenhederne har også betydning: nikkel, silicium og zink har en lille effekt på aluminiums ledningsevne, og indholdet af kobber, sølv og magnesium i dette metal har en mærkbar effekt. Thallium og mangan reducerer ledningsevnen mest.

Aluminium har gode anti-korrosionsegenskaber. Ved kontakt med luft bliver den dækket af en tynd oxidfilm, som beskytter den mod yderligere ødelæggelse. At forbedre mekaniske egenskaber metallet er legeret med andre grundstoffer.

Indikatorer af stål og jern

Jerns resistivitet sammenlignet med kobber og aluminium er meget høj, men på grund af dets tilgængelighed, styrke og modstandsdygtighed over for deformation er materialet meget brugt i elektrisk produktion.

Selvom jern og stål, hvis resistivitet er endnu højere, har betydelige ulemper, har producenter af ledermaterialer fundet metoder til at kompensere for dem. Især lav korrosionsbestandighed overvindes ved at belægge ståltråden med zink eller kobber.

Natriums egenskaber

Natriummetal er også meget lovende i lederproduktion. Med hensyn til modstand overstiger det kobber betydeligt, men har en densitet 9 gange mindre end det. Dette gør det muligt at bruge materialet til fremstilling af ultralette ledninger.

Natriummetal er meget blødt og fuldstændig ustabilt over for enhver form for deformation, hvilket gør brugen problematisk - en ledning lavet af dette metal skal dækkes med en meget stærk kappe med ekstremt lille fleksibilitet. Skallen skal forsegles, da natrium udviser stærk kemisk aktivitet under de mest neutrale forhold. Det oxiderer øjeblikkeligt i luften og udstiller voldsom reaktion med vand, inklusive det, der er indeholdt i luften.

En anden fordel ved at bruge natrium er tilgængeligheden. Det kan opnås gennem elektrolyse af smeltet natriumchlorid, som der er en ubegrænset mængde af i verden. Andre metaller er klart ringere i denne henseende.

For at beregne ydeevnen af en specifik leder er det nødvendigt at dividere produktet af det specifikke antal og længden af ledningen med dets tværsnitsareal. Resultatet vil være modstandsværdien i ohm. For for eksempel at bestemme modstanden af 200 m jerntråd med et nominelt tværsnit på 5 mm², skal du gange 0,13 med 200 og dividere resultatet med 5. Svaret er 5,2 Ohm.

Regler og funktioner for beregning

Mikroohmmetere bruges til at måle modstanden af metalliske medier. I dag produceres de i en digital version, så de målinger, der er taget med deres hjælp, er nøjagtige. Det kan forklares med, at metaller har højt niveau ledningsevne og har ekstremt lav modstand. For eksempel har den nedre tærskel for måleinstrumenter en værdi på 10 -7 ohm.

Ved hjælp af mikroohmmetere kan du hurtigt bestemme, hvor god kontakten er, og hvilken modstand der udvises af viklingerne på generatorer, elmotorer og transformere samt elektriske busser. Det er muligt at beregne tilstedeværelsen af indeslutninger af et andet metal i barren. For eksempel udviser et stykke wolfram belagt med guld halvdelen af ledningsevnen af alt guld. Samme metode kan bruges til at bestemme indvendige defekter og hulrum i lederen.

Resistivitetsformlen er som følger: ρ = Ohm mm 2 /m. Med ord kan det beskrives som modstanden på 1 meter leder, med et tværsnitsareal på 1 mm². Temperaturen antages at være standard - 20 °C.

Effekt af temperatur på måling

Opvarmning eller afkøling af nogle ledere har en betydelig effekt på måleinstrumenternes ydeevne. Et eksempel er følgende eksperiment: det er nødvendigt at forbinde en spiralviklet ledning til batteriet og forbinde et amperemeter til kredsløbet.

Jo mere lederen varmes op, jo lavere bliver aflæsningerne på enheden. Strømstyrken er omvendt proportional med modstanden. Derfor kan vi konkludere, at metallets ledningsevne falder som følge af opvarmning. I større eller mindre grad opfører alle metaller sig sådan, men i nogle legeringer er der praktisk talt ingen ændring i ledningsevnen.

Det er bemærkelsesværdigt, at flydende ledere og nogle faste ikke-metaller har en tendens til at mindske deres modstand, når temperaturen stiger. Men videnskabsmænd har også vendt denne evne af metaller til deres fordel. Ved at kende temperaturkoefficienten for modstand (α) ved opvarmning af nogle materialer, er det muligt at bestemme den ydre temperatur. For eksempel placeres en platintråd placeret på en glimmerramme i en ovn, og modstanden måles. Alt efter hvor meget den har ændret sig, drages der en konklusion om temperaturen i ovnen. Dette design kaldes et modstandstermometer.

Hvis ved temperatur t 0 ledermodstand er r 0, og ved temperatur t lig med rt, så er modstandens temperaturkoefficient lig med

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

Elektrisk strøm I i ethvert stof skabes ved bevægelse af ladede partikler i en bestemt retning på grund af anvendelsen af ekstern energi (potentialforskel U). Hvert stof har individuelle egenskaber, der forskelligt påvirker passagen af strøm i det. Disse egenskaber vurderes ved elektrisk modstand R.

Georg Ohm bestemte empirisk de faktorer, der påvirker den elektriske modstand af et stof og udledte det fra spænding og strøm, som er opkaldt efter ham. Modstandsenhed i internationalt system SI er opkaldt efter ham. 1 Ohm er modstandsværdien målt ved en temperatur på 0 ° C for en homogen kviksølv 106,3 cm lang med et tværsnitsareal på 1 mm 2.

Definition

At evaluere og omsætte materialer til fremstilling af elektriske apparater, udtrykket "lederresistivitet". Det tilføjede adjektive "specifik" angiver faktoren for at bruge referencevolumenværdien, der er vedtaget for det pågældende stof. Dette gør det muligt at evaluere de elektriske parametre for forskellige materialer.

Det tages i betragtning, at lederens modstand stiger med øget længde og faldende tværsnit. SI-systemet bruger et volumen af en homogen leder med en længde på 1 meter og et tværsnit på 1 m 2. I tekniske beregninger bruges en forældet, men praktisk ikke-systemvolumenenhed, bestående af en længde på 1 meter og et areal på 1 mm 2. Formlen for resistivitet ρ er vist på figuren.

For at bestemme de elektriske egenskaber af stoffer blev en anden karakteristik introduceret - specifik ledningsevne b. Den er omvendt proportional med resistivitetsværdien og bestemmer materialets evne til at lede elektrisk strøm: b = 1/ρ.

Hvordan afhænger resistiviteten af temperaturen?

Et materiales ledningsevne påvirkes af dets temperatur. Forskellige grupper af stoffer opfører sig forskelligt, når de opvarmes eller afkøles. Denne egenskab tages i betragtning i elektriske ledninger, der fungerer udendørs i varmt og koldt vejr.

Trådens materiale og resistivitet vælges under hensyntagen til dens driftsbetingelser.

Stigningen i lederes modstand mod passage af strøm ved opvarmning forklares af det faktum, at når temperaturen af metallet stiger, øges intensiteten af bevægelse af atomer og bærere i det elektriske ladninger i alle retninger, hvilket skaber unødvendige hindringer for bevægelsen af ladede partikler i én retning og reducerer størrelsen af deres strømning.

Hvis du reducerer metallets temperatur, forbedres betingelserne for passage af strøm. Når de afkøles til en kritisk temperatur, udviser mange metaller fænomenet superledning, når deres elektriske modstand praktisk talt er nul. Denne egenskab er meget udbredt i kraftige elektromagneter.

Effekten af temperatur på metals ledningsevne bruges af den elektriske industri til fremstilling af almindelige glødelamper. Når en strøm passerer gennem dem, varmes den op til en sådan tilstand, at den udsender en lysstrøm. Under normale forhold er resistiviteten af nichrom omkring 1,05÷1,4 (ohm ∙mm 2)/m.

Når pæren tændes, går der en stor strøm gennem glødetråden, som meget hurtigt varmer metallet op. Samtidig øges modstanden af det elektriske kredsløb, hvilket begrænser startstrømmen til den nominelle værdi, der kræves for at opnå belysning. På denne måde reguleres strømstyrken nemt gennem en nichrome spiral, hvilket eliminerer behovet for at bruge komplekse forkoblinger, der bruges i LED og lysstofkilder.

Hvordan er resistiviteten af materialer, der bruges i teknologi?

Ikke-jernholdige ædelmetaller har bedste egenskaber elektrisk ledningsevne. Derfor er kritiske kontakter i elektriske enheder lavet af sølv. Men dette øger de endelige omkostninger for hele produktet. Den mest acceptable mulighed er at bruge billigere metaller. For eksempel er resistiviteten af kobber lig med 0,0175 (ohm ∙mm 2)/m ret egnet til sådanne formål.

Ædelmetaller- guld, sølv, platin, palladium, iridium, rhodium, ruthenium og osmium, navngivet hovedsageligt på grund af deres høje kemiske resistens og smukke udseende i smykker. Derudover har guld, sølv og platin høj duktilitet, og metaller platin gruppe- ildfasthed og ligesom guld kemisk inerthed. Disse fordele ædelmetaller forene.

Kobberlegeringer, som har god ledningsevne, bruges til at lave shunts, der begrænser strømmen af store strømme gennem målehovedet på højeffekt amperemetre.

Resistiviteten af aluminium 0,026÷0,029 (ohm ∙mm 2)/m er lidt højere end kobbers, men produktionen og omkostningerne ved dette metal er lavere. Derudover er den lettere. Dette forklarer dens udbredte anvendelse i energisektoren til fremstilling af udendørs ledninger og kabelkerner.

Resistiviteten af jern 0,13 (ohm ∙mm2)/m tillader også dets brug til at overføre elektrisk strøm, men dette resulterer i større effekttab. Stållegeringer har øget styrke. Derfor er ståltråde vævet ind i aluminiums luftledninger på højspændingsledninger, som er designet til at modstå trækbelastninger.

Dette gælder især, når der dannes is på ledninger eller kraftige vindstød.

Nogle legeringer, for eksempel konstantin og nikkel, har termisk stabile resistive egenskaber i et vist område. Nikkels elektriske resistivitet forbliver stort set uændret fra 0 til 100 grader Celsius. Derfor er spiraler til reostater lavet af nikkel.

I måleinstrumenter Egenskaben til strengt at ændre platins resistivitetsværdier afhængigt af dets temperatur er meget udbredt. Hvis en elektrisk strøm fra en stabiliseret spændingskilde føres gennem en platinleder, og modstandsværdien beregnes, vil det angive platinets temperatur. Dette gør det muligt at graduere skalaen i grader svarende til Ohm-værdier. Denne metode giver dig mulighed for at måle temperatur med en nøjagtighed på fraktioner af grader.

Nogle gange skal du kende til praktiske problemer kabelimpedans eller specifik modstand. Til dette formål giver opslagsbøger for kabelprodukter værdierne for induktiv og aktiv modstand af en kerne for hver tværsnitsværdi. Med deres hjælp beregnes tilladte belastninger og genereret varme, acceptable driftsforhold bestemmes, og effektiv beskyttelse vælges.

På ledningsevne metaller påvirkes af den måde, de behandles på. Brug af tryk til at forårsage plastisk deformation bryder strukturen krystalgitter, øger antallet af defekter og øger modstanden. For at reducere det, anvendes omkrystallisationsudglødning.

Strækning eller komprimering af metaller forårsager elastisk deformation i dem, hvorfra amplituderne af termiske vibrationer af elektroner falder, og modstanden falder noget.

Ved design af jordingssystemer er det nødvendigt at tage hensyn. Den adskiller sig i definition fra ovenstående metode og måles i SI-enheder - Ohm∙meter. Det bruges til at evaluere kvaliteten af strømmen af elektrisk strøm inde i jorden.

Jordens ledningsevne påvirkes af mange faktorer, herunder jordfugtighed, tæthed, partikelstørrelse, temperatur og koncentrationen af salte, syrer og baser.