Ko sauc par pretestību. Tērauda elektriskā pretestība dažādās temperatūrās

Tāpēc ir svarīgi zināt visu izmantoto elementu un materiālu parametrus. Un ne tikai elektriskā, bet arī mehāniskā. Un jūsu rīcībā ir daži ērti atsauces materiāli, ļaujot salīdzināt raksturlielumus dažādi materiāli un izvēlēties projektēšanai un darbam tieši to, kas būs optimāls konkrētajā situācijā.
Energopārvades līnijās, kur mērķis ir piegādāt enerģiju patērētājam maksimāli produktīvā veidā, tas ir, ar augstu efektivitāti, tiek ņemta vērā gan zudumu ekonomija, gan pašu līniju mehānika. Gala rezultāts ir atkarīgs no mehānikas - tas ir, vadītāju, izolatoru, balstu, pakāpju/pakāpju transformatoru ierīces un izvietojuma, visu konstrukciju svara un izturības, ieskaitot lielos attālumos izstieptus vadus, kā arī materiāli, kas izvēlēti katram konstrukcijas elementam. ekonomiskā efektivitāte līnija, tās ekspluatācija un ekspluatācijas izmaksas. Turklāt elektroenerģiju pārvadošajās līnijās ir augstākas prasības gan pašu līniju, gan visa apkārtējā, kur tās iet, drošības nodrošināšanai. Un tas palielina izmaksas gan elektrības vadu nodrošināšanai, gan visu konstrukciju papildu drošības rezervei.

Salīdzinājumam dati parasti tiek reducēti līdz vienai, salīdzināmai formai. Bieži vien šādām pazīmēm tiek pievienots epitets “specifisks”, un pašas nozīmes tiek aplūkotas uz kāda vienota pamata. fizikālie parametri standartiem. Piemēram, specifisks elektriskā pretestība- tā ir no kāda metāla (vara, alumīnija, tērauda, ​​volframa, zelta) izgatavota vadītāja pretestība (omi), kam ir vienības garums un vienības šķērsgriezums izmantotajā mērvienību sistēmā (parasti SI) . Turklāt ir norādīta temperatūra, jo, sildot, vadītāju pretestība var izturēties atšķirīgi. Par pamatu tiek ņemti parastie vidējie darbības apstākļi - pie 20 grādiem pēc Celsija. Un tur, kur īpašības ir svarīgas, mainot vides parametrus (temperatūra, spiediens), tiek ieviesti koeficienti un tiek sastādītas papildu tabulas un atkarību grafiki.

Pretestības veidi

Tā kā notiek pretestība:

• aktīvs vai omisks, rezistīvs, kas rodas no elektrības patēriņa, lai sildītu vadītāju (metālu), kad tas iet caur to elektriskā strāva, Un
• reaktīvs - kapacitatīvs vai induktīvs - kas rodas no neizbēgamiem zaudējumiem, kas rodas, radot jebkādas izmaiņas strāvā, kas iet caur elektrisko lauku vadītāju, tad vadītāja pretestība ir divu veidu:

1. Īpatnējā elektriskā pretestība līdzstrāvai (ar pretestību) un
2. Īpatnējā elektriskā pretestība pret maiņstrāvu (ar reaktīvu raksturu).

Šeit 2. tipa pretestība ir sarežģīta vērtība, tā sastāv no diviem TC komponentiem - aktīvās un reaktīvās, jo pretestība vienmēr pastāv, kad strāva iet, neatkarīgi no tās rakstura, un reaktīvā pretestība notiek tikai ar jebkādām strāvas izmaiņām ķēdēs. Līdzstrāvas ķēdēs pretestība notiek tikai pārejas procesos, kas saistīti ar strāvas ieslēgšanu (strāvas maiņa no 0 uz nominālo) vai izslēgšanos (atšķirība no nominālās uz 0). Un tos parasti ņem vērā tikai projektējot aizsardzību pret pārslodzi.

Maiņstrāvas ķēdēs ar pretestību saistītās parādības ir daudz daudzveidīgākas. Tie ir atkarīgi ne tikai no faktiskās strāvas pārejas caur noteiktu šķērsgriezumu, bet arī no vadītāja formas, un atkarība nav lineāra.

Fakts ir tāds, ka maiņstrāva inducē elektrisko lauku gan ap vadītāju, caur kuru tā plūst, gan pašā vadītājā. Un no šī lauka rodas virpuļstrāvas, kas rada faktiskās galvenās lādiņu kustības “izstumšanas” efektu no visa vadītāja šķērsgriezuma dziļumiem uz tā virsmu, tā saukto “ādas efektu” (no plkst. āda - āda). Izrādās, ka virpuļstrāvas, šķiet, “nozog” tā šķērsgriezumu no vadītāja. Strāva plūst noteiktā slānī tuvu virsmai, atlikušais vadītāja biezums paliek neizmantots, tas nesamazina tā pretestību, un vienkārši nav jēgas palielināt vadītāju biezumu. Īpaši augstās frekvencēs. Tāpēc maiņstrāvai pretestību mēra tādos vadītāju posmos, kur visu tās posmu var uzskatīt par tuvu virsmai. Šādu vadu sauc par plānu, tā biezums ir vienāds ar divkāršu šī virsmas slāņa dziļumu, kur virpuļstrāvas izspiež vadītājā plūstošo lietderīgo galveno strāvu.

Protams, vadu biezuma samazināšana ar apaļu šķērsgriezumu neaprobežojas ar efektīva īstenošana AC. Vadu var atšķaidīt, bet tajā pašā laikā izgatavot plakanu lentes formā, tad šķērsgriezums būs lielāks nekā apaļajam vadam, un attiecīgi arī pretestība būs mazāka. Turklāt, vienkārši palielinot virsmas laukumu, tiks palielināts efektīvais šķērsgriezums. To pašu var panākt, izmantojot savītu vadu, nevis viendzīslu, turklāt savītais vads ir elastīgāks nekā viendzīslas vads, kas bieži vien ir vērtīgs. Savukārt, ņemot vērā mizas efektu vados, vadus iespējams veidot kompozītus, veidojot serdi no metāla, kuram ir labas stiprības īpašības, piemēram, tērauda, ​​bet zemas elektriskās īpašības. Šajā gadījumā virs tērauda tiek izgatavots alumīnija pinums, kuram ir mazāka pretestība.

Papildus ādas efektam maiņstrāvas plūsmu vadītājos ietekmē virpuļstrāvas ierosme apkārtējos vadītājos. Šādas strāvas sauc par indukcijas strāvām, un tās tiek inducētas gan metālos, kas nepilda elektroinstalācijas lomu (nesošie konstrukcijas elementi), gan visa vadošā kompleksa vados - spēlējot citu fāžu vadu lomu, neitrāla. , zemējums.

Visi uzskaitītajām parādībām atrodams visās elektriskās konstrukcijās, tas vēl vairāk pastiprina to, cik svarīgi ir, lai jūsu rīcībā būtu kopsavilkums fona informācija uz dažādiem materiāliem.

Pretestība vadītājiem to mēra ar ļoti jutīgiem un precīziem instrumentiem, jo ​​elektroinstalācijai tiek izvēlēti metāli ar viszemāko pretestību - omi * 10 -6 uz garuma metru un kv. mm. sadaļas. Lai izmērītu izolācijas pretestību, jums ir nepieciešami instrumenti, gluži pretēji, ar ļoti lielu pretestības vērtību diapazonu - parasti megaomi. Ir skaidrs, ka vadītājiem ir jāvada labi, un izolatoriem ir labi jāizolē.

Tabula

Vadītāju (metālu un sakausējumu) pretestības tabula
Diriģenta materiāls	Sastāvs (sakausējumiem)	Pretestība ρ mΩ × mm 2/m
	varš, cinks, alva, niķelis, svins, mangāns, dzelzs utt.
Alumīnijs
Volframs
Molibdēns
	varš, alva, alumīnijs, silīcijs, berilijs, svins utt. (izņemot cinku)
	dzelzs, ogleklis
	varš, niķelis, cinks
Manganīns	varš, niķelis, mangāns
Konstantāna	varš, niķelis, alumīnijs
	niķelis, hroms, dzelzs, mangāns
	dzelzs, hroms, alumīnijs, silīcijs, mangāns

Dzelzs kā vadītājs elektrotehnikā

Dzelzs ir visizplatītākais metāls dabā un tehnoloģijā (pēc ūdeņraža, kas arī ir metāls). Tas ir lētākais un ar izcilām izturības īpašībām, tāpēc to visur izmanto kā stiprības pamatu. dažādi dizaini.

Elektrotehnikā dzelzi izmanto kā vadītāju elastīgu tērauda stiepļu veidā, kur nepieciešama fiziskā izturība un elastība, un nepieciešamo pretestību var sasniegt ar atbilstošu šķērsgriezumu.

Izmantojot dažādu metālu un sakausējumu pretestību tabulu, varat aprēķināt no dažādiem vadītājiem izgatavotu vadu šķērsgriezumus.

Kā piemēru mēģināsim atrast elektriski līdzvērtīgu šķērsgriezumu vadītājiem, kas izgatavoti no dažādiem materiāliem: vara, volframa, niķeļa un dzelzs stieples. Par sākotnējo ņemsim alumīnija stiepli ar šķērsgriezumu 2,5 mm.

Mums ir nepieciešams, lai 1 m garumā stieples, kas izgatavota no visiem šiem metāliem, pretestība būtu vienāda ar sākotnējās pretestību. Alumīnija pretestība uz 1 m garumu un 2,5 mm sekciju būs vienāda ar

Kur R- pretestība, ρ - metāla pretestība no galda, S- šķērsgriezuma laukums, L- garums.

Aizstājot sākotnējās vērtības, iegūstam metru gara alumīnija stieples gabala pretestību omos.

Pēc tam atrisināsim formulu S

Mēs aizstāsim vērtības no tabulas un iegūsim šķērsgriezuma laukumus dažādiem metāliem.

Tā kā īpatnējā pretestība tabulā ir mērīta uz 1 m garas stieples, mikroohos uz 1 mm 2 sekciju, tad mēs to ieguvām mikroohos. Lai to iegūtu omos, vērtība jāreizina ar 10 -6. Bet mums nav obligāti jāiegūst skaitlis omi ar 6 nullēm aiz komata, jo mēs joprojām atrodam gala rezultātu mm2.

Kā redzat, dzelzs pretestība ir diezgan augsta, stieple ir bieza.

Bet ir materiāli, kuriem tas ir vēl lielāks, piemēram, niķelis vai konstantāns.

Metāli ir mērs, kas nosaka to spēju pretoties elektriskās strāvas pārejai. Šo vērtību izsaka ommetros (Ohm⋅m).

Simbols, kas apzīmē pretestību, ir grieķu vēstuleρ (rho). Augsta pretestība nozīmē, ka materiāls slikti vada elektrisko lādiņu.

Elektrisko pretestību definē kā attiecību starp elektriskā lauka stiprumu metālā un strāvas blīvumu tajā:

Kur:
ρ — metāla pretestība (Ohm⋅m),
E - elektriskā lauka stiprums (V/m),
J ir elektriskās strāvas blīvuma vērtība metālā (A/m2)

Ja metāla elektriskā lauka stiprums (E) ir ļoti augsts un strāvas blīvums (J) ir ļoti mazs, tas nozīmē, ka metālam ir augsta pretestība.

Pretestības apgrieztā vērtība ir elektriskā vadītspēja, kas norāda, cik labi materiāls vada elektrisko strāvu:

σ ir materiāla vadītspēja, kas izteikta sīmens uz metru (S/m).

Elektrisko pretestību, kas ir viena no Ohma likuma sastāvdaļām, izsaka omos (Omos). Jāņem vērā, ka elektriskā pretestība un pretestība nav viens un tas pats. Pretestība ir materiāla īpašība, savukārt elektriskā pretestība ir objekta īpašība.

Rezistora elektrisko pretestību nosaka tā formas un materiāla, no kura tas ir izgatavots, pretestības kombinācija.

Piemēram, stieples rezistoram, kas izgatavots no garas un plānas stieples, ir lielāka pretestība nekā rezistoram, kas izgatavots no īsas un biezas tā paša metāla stieples.

Tajā pašā laikā stieples rezistoram, kas izgatavots no materiāla ar augstu pretestību, ir lielāka elektriskā pretestība nekā rezistoram, kas izgatavots no materiāla ar zemu pretestību. Un tas viss neskatoties uz to, ka abi rezistori ir izgatavoti no tāda paša garuma un diametra stieples.

Lai to ilustrētu, mēs varam izdarīt analoģiju ar hidraulisko sistēmu, kur ūdens tiek sūknēts pa caurulēm.

• Jo garāka un plānāka caurule, jo lielāka ir ūdens izturība.
• Caurule, kas piepildīta ar smiltīm, izturēs ūdeni vairāk nekā caurule bez smiltīm.

Stieples pretestības lielums ir atkarīgs no trim parametriem: metāla pretestības, paša stieples garuma un diametra. Formula stieples pretestības aprēķināšanai:

Kur:
R — stieples pretestība (omi)
ρ — metāla pretestība (om.m)
L — stieples garums (m)
A - stieples šķērsgriezuma laukums (m2)

Piemēram, apsveriet nihroma stiepļu rezistoru ar pretestību 1,10 × 10-6 Ohm.m. Stieples garums ir 1500 mm un diametrs 0,5 mm. Pamatojoties uz šiem trim parametriem, mēs aprēķinām nihroma stieples pretestību:

R = 1,1 * 10 -6 * (1,5/0,000000196) = 8,4 omi

Nihroms un konstantāns bieži tiek izmantoti kā pretestības materiāli. Zemāk tabulā varat redzēt dažu visbiežāk izmantoto metālu pretestību.

Virsmas pretestības vērtību aprēķina tāpat kā stieples pretestību. Šajā gadījumā šķērsgriezuma laukumu var attēlot kā w un t reizinājumu: Dažiem materiāliem, piemēram, plānām kārtiņām, attiecības starp pretestību un plēves biezumu sauc par lokšņu loksnes pretestību RS:

kur RS mēra omos. Šim aprēķinam plēves biezumam jābūt nemainīgam.

Bieži vien rezistoru ražotāji plēvē izgriež sliedes, lai palielinātu pretestību un palielinātu elektriskās strāvas ceļu.

Rezistīvo materiālu īpašības

Metāla pretestība ir atkarīga no temperatūras. To vērtības parasti ir norādītas istabas temperatūrai (20°C). Pretestības izmaiņas temperatūras izmaiņu rezultātā raksturo temperatūras koeficients.

Piemēram, termistori (termistori) izmanto šo īpašību temperatūras mērīšanai. No otras puses, precīzajā elektronikā tas ir diezgan nevēlams efekts.
Metāla plēves rezistoriem ir lieliskas temperatūras stabilitātes īpašības. Tas tiek panākts ne tikai materiāla zemās pretestības dēļ, bet arī paša rezistora mehāniskās konstrukcijas dēļ.

Rezistoru ražošanā tiek izmantoti daudzi dažādi materiāli un sakausējumi. Nihroms (niķeļa un hroma sakausējums), pateicoties tā augstajai pretestībai un izturībai pret oksidēšanu augstas temperatūras, bieži tiek izmantots kā materiāls stiepļu rezistoru ražošanai. Tā trūkums ir tas, ka to nevar pielodēt. Cits populārs materiāls Constantan ir viegli lodējams un tam ir zemāks temperatūras koeficients.

Elektriskā strāva rodas, aizverot ķēdi ar potenciālu starpību starp spailēm. Lauka spēki iedarbojas uz brīvajiem elektroniem, un tie pārvietojas pa vadītāju. Šī ceļojuma laikā elektroni satiekas ar atomiem un nodod tiem daļu savas uzkrātās enerģijas. Rezultātā to ātrums samazinās. Bet elektriskā lauka ietekmes dēļ tas atkal uzņem apgriezienus. Tādējādi elektroni pastāvīgi izjūt pretestību, tāpēc elektriskā strāva uzsilst.

Vielas īpašība pārveidot elektroenerģiju siltumā, ja tā tiek pakļauta strāvai, ir elektriskā pretestība un tiek apzīmēta ar R, tās mērvienība ir omi. Pretestības lielums galvenokārt ir atkarīgs no dažādu materiālu spējas vadīt strāvu.
Pirmo reizi par pretestību runāja vācu pētnieks G. Oma.

Lai noskaidrotu strāvas atkarību no pretestības, slavenais fiziķis veica daudzus eksperimentus. Eksperimentiem viņš izmantoja dažādus vadītājus un ieguva dažādus rādītājus.
Pirmais, ko G. Oma noteica, bija tas, ka pretestība ir atkarīga no vadītāja garuma. Tas ir, ja palielinājās vadītāja garums, pieauga arī pretestība. Rezultātā šīs attiecības tika noteiktas kā tieši proporcionālas.

Otrā saistība ir šķērsgriezuma laukums. To var noteikt pēc vadītāja šķērsgriezuma. Uz griezuma izveidotās figūras laukums ir šķērsgriezuma laukums. Šeit attiecības ir apgriezti proporcionālas. Tas ir, jo lielāks šķērsgriezuma laukums, jo zemāka kļuva vadītāja pretestība.

Un trešais svarīgais lielums, no kura ir atkarīga pretestība, ir materiāls. Tā rezultātā, ko Om izmantoja eksperimentos dažādi materiāli, viņš atklāja dažādas pretestības īpašības. Visi šie eksperimenti un rādītāji tika apkopoti tabulā, no kuras to var redzēt atšķirīga nozīme dažādu vielu specifiskā pretestība.

Ir zināms, ka labākie vadītāji ir metāli. Kuri metāli ir labākie vadītāji? Tabulā redzams, ka vara un sudraba pretestība ir vismazākā. Varš tiek izmantots biežāk tā zemāko izmaksu dēļ, un sudrabs tiek izmantots vissvarīgākajās un svarīgākajās ierīcēs.

Vielas ar augstu pretestību tabulā slikti vada elektrību, kas nozīmē, ka tās var būt lieliski izolācijas materiāli. Vielas, kurām šī īpašība ir vislielākā mērā, ir porcelāns un ebonīts.

Kopumā elektriskā pretestība ir ļoti liela svarīgs faktors, galu galā, nosakot tā indikatoru, mēs varam uzzināt, no kādas vielas ir izgatavots vadītājs. Lai to izdarītu, jums jāizmēra šķērsgriezuma laukums, jānoskaidro strāva, izmantojot voltmetru un ampērmetru, kā arī jāizmēra spriegums. Tādā veidā mēs uzzināsim pretestības vērtību un, izmantojot tabulu, varam viegli identificēt vielu. Izrādās, ka pretestība ir kā vielas pirkstu nospiedums. Turklāt pretestība ir svarīga, plānojot garas elektriskās ķēdes: mums ir jāzina šis rādītājs, lai saglabātu līdzsvaru starp garumu un laukumu.

Ir formula, kas nosaka, ka pretestība ir 1 oms, ja pie sprieguma 1V tā strāva ir 1A. Tas ir, laukuma vienības un garuma vienības pretestība, kas izgatavota no noteiktas vielas, ir īpatnējā pretestība.

Jāņem vērā arī tas, ka pretestības indikators ir tieši atkarīgs no vielas biežuma. Tas ir, vai tajā ir piemaisījumi. Tomēr, pievienojot tikai vienu procentu mangāna, visvairāk vadošās vielas, vara, pretestība palielinās trīs reizes.

Šajā tabulā parādīta dažu vielu elektriskā pretestība.

Materiāli ar augstu vadītspēju

Varš
Kā jau teicām, varš visbiežāk tiek izmantots kā vadītājs. Tas izskaidrojams ne tikai ar tā zemo pretestību. Vara priekšrocības ir augsta izturība, izturība pret koroziju, ērta lietošana un laba apstrādājamība. Labi zīmoli varš tiek uzskatīts par M0 un M1. Piemaisījumu daudzums tajos nepārsniedz 0,1%.

Metāla augstās izmaksas un tā pārsvars pēdējā laikā trūkums mudina ražotājus izmantot alumīniju kā vadītāju. Tiek izmantoti arī vara sakausējumi ar dažādiem metāliem.
Alumīnijs
Šis metāls ir daudz vieglāks par varu, bet alumīnijam ir lielas vērtības siltuma jauda un kušanas temperatūra. Šajā sakarā, lai to nogādātu izkausētā stāvoklī, ir nepieciešams vairāk enerģijas nekā varš. Tomēr jāņem vērā vara deficīta fakts.
Elektrisko izstrādājumu ražošanā parasti tiek izmantots A1 klases alumīnijs. Tas satur ne vairāk kā 0,5% piemaisījumu. Un metāls augstākā frekvence- šī ir alumīnija klase AB0000.
Dzelzs
Dzelzs lētumu un pieejamību aizēno tā augstā pretestība. Turklāt tas ātri sarūsē. Šī iemesla dēļ tērauda vadītāji bieži tiek pārklāti ar cinku. Plaši tiek izmantots tā sauktais bimetāls - tas ir tērauds, kas aizsardzībai pārklāts ar varu.
Nātrijs
Nātrijs ir arī pieejams un daudzsološs materiāls, taču tā izturība ir gandrīz trīs reizes lielāka nekā vara. Turklāt metāliskajam nātrijam ir augsta ķīmiskā aktivitāte, tādēļ šāds vadītājs ir jāpārklāj ar hermētiski noslēgtu aizsardzību. Tam vajadzētu arī aizsargāt vadītāju no mehāniskiem bojājumiem, jo ​​nātrijs ir ļoti mīksts un diezgan trausls materiāls.

Supravadītspēja
Zemāk esošajā tabulā parādīta vielu pretestība 20 grādu temperatūrā. Temperatūras norāde nav nejauša, jo pretestība ir tieši atkarīga no šī indikatora. Tas izskaidrojams ar to, ka karsējot palielinās arī atomu ātrums, kas nozīmē, ka palielināsies arī iespēja, ka tie tiksies ar elektroniem.

Interesanti, kas notiek ar pretestību dzesēšanas apstākļos. Pirmo reizi atomu uzvedība pie ļoti zemas temperatūras atzīmēja G. Kamerlings Onness 1911. gadā. Viņš atdzesēja dzīvsudraba vadu līdz 4K un konstatēja, ka tā pretestība nokritās līdz nullei. Dažu sakausējumu un metālu pretestības indeksa izmaiņas zemas temperatūras apstākļos fiziķis sauc par supravadītspēju.

Atdzesējot supravadītāji nonāk supravadītspējas stāvoklī, un to optiskie un strukturālie raksturlielumi nemainās. Galvenais atklājums ir tas, ka elektriskās un magnētiskās īpašības metāli supravadītāja stāvoklī ļoti atšķiras no to īpašībām normālā stāvoklī, kā arī no citu metālu īpašībām, kas nevar pāriet uz šo stāvokli, temperatūrai pazeminoties.
Supravadītāju izmantošana galvenokārt tiek veikta, lai iegūtu īpaši spēcīgus magnētiskais lauks, kura spēks sasniedz 107 A/m. Tiek izstrādātas arī supravadošu elektropārvades līniju sistēmas.

Līdzīgi materiāli.

Or elektriskā ķēde elektriskā strāva.

Elektrisko pretestību definē kā proporcionalitātes koeficientu R starp spriegumu U un līdzstrāvas jauda es Ohma likumā ķēdes posmam.

Pretestības mērvienību sauc ohm(Ohm) par godu vācu zinātniekam G.Omam, kurš ieviesa šo jēdzienu fizikā. Viens oms (1 oms) ir tāda vadītāja pretestība, kurā pie sprieguma 1 IN strāva ir vienāda ar 1 A.

Pretestība.

Pastāvīga šķērsgriezuma viendabīga vadītāja pretestība ir atkarīga no vadītāja materiāla, tā garuma l un šķērsgriezums S un to var noteikt pēc formulas:

Kur ρ - vielas, no kuras izgatavots vadītājs, īpatnējā pretestība.

Vielas īpatnējā pretestība- tas ir fizikāls lielums, kas parāda, kāda pretestība ir vadītājam, kas izgatavots no šīs vielas ar vienības garumu un vienību šķērsgriezuma laukumu.

No formulas izriet, ka

Savstarpēja vērtība ρ , zvanīja vadītspēja σ :

Tā kā SI pretestības vienība ir 1 omi. laukuma vienība ir 1 m2 un garuma mērvienība ir 1 m, tad pretestības SI vienība ir 1 omi · m 2 /m vai 1 Ohm m. Vadītspējas SI mērvienība ir omi -1 m -1.

Praksē plāno vadu šķērsgriezuma laukums bieži tiek izteikts kvadrātmilimetros (mm2). Šajā gadījumā ērtāka pretestības mērvienība ir Ohm mm 2 /m. Tā kā 1 mm 2 = 0,000001 m 2, tad 1 Ohm mm 2 /m = 10 -6 Ohm m. Metāliem ir ļoti zema pretestība - apmēram (1·10 -2) Ohm·mm 2 /m, dielektriķiem - 10 15 -10 20 lielāka.

Pretestības atkarība no temperatūras.

Paaugstinoties temperatūrai, palielinās metālu pretestība. Tomēr ir sakausējumi, kuru pretestība gandrīz nemainās, palielinoties temperatūrai (piemēram, konstantāns, manganīns utt.). Paaugstinoties temperatūrai, elektrolītu pretestība samazinās.

Temperatūras pretestības koeficients vadītāja pretestības izmaiņu attiecība, kad tas tiek uzkarsēts par 1 °C, pret tā pretestības vērtību 0 °C temperatūrā:

.

Vadītāju pretestības atkarību no temperatūras izsaka ar formulu:

.

Vispār α ir atkarīgs no temperatūras, bet, ja temperatūras diapazons ir mazs, tad temperatūras koeficientu var uzskatīt par nemainīgu. Tīriem metāliem α = (1/273) K -1. Elektrolītu šķīdumiem α < 0 . Piemēram, 10% galda sāls šķīdumam α = -0,02 K -1. Konstantānam (vara-niķeļa sakausējums) α = 10 -5 K -1.

Tiek izmantota vadītāja pretestības atkarība no temperatūras pretestības termometri.

• vadītāji;
• dielektriķi (ar izolācijas īpašībām);
• pusvadītāji.

Elektroni un strāva

Mūsdienu elektriskās strāvas koncepcija ir balstīta uz pieņēmumu, ka tā sastāv no materiāla daļiņām - lādiņiem. Bet dažādas fiziskās un ķīmiskie eksperimenti dod pamatu apgalvot, ka šie lādiņa nesēji var būt dažādi veidi tajā pašā diriģentā. Un šī daļiņu neviendabība ietekmē strāvas blīvumu. Aprēķiniem, kas saistīti ar elektriskās strāvas parametriem, tiek izmantoti noteikti fizikālie lielumi. Starp tiem svarīgu vietu ieņem vadītspēja un pretestība.

• Vadītspēja ir saistīta ar pretestību savstarpēji apgrieztā attiecībā.

Ir zināms, ka tad, kad elektriskajai ķēdei tiek pielikts noteikts spriegums, tajā parādās elektriskā strāva, kuras lielums ir saistīts ar šīs ķēdes vadītspēju. Šo fundamentālo atklājumu savulaik veica vācu fiziķis Georgs Omas. Kopš tā laika tiek izmantots likums, ko sauc par Oma likumu. Tas pastāv priekš dažādas iespējasķēdes. Tāpēc to formulas var atšķirties viena no otras, jo tās atbilst pilnīgi atšķirīgiem nosacījumiem.

Katrai elektriskajai ķēdei ir vadītājs. Ja tajā ir viena veida lādiņnesēja daļiņas, strāva vadītājā ir līdzīga šķidruma plūsmai, kurai ir noteikts blīvums. To nosaka pēc šādas formulas:

Lielākā daļa metālu atbilst viena veida lādētām daļiņām, pateicoties kurām pastāv elektriskā strāva. Metāliem īpatnējo elektrovadītspēju aprēķina, izmantojot šādu formulu:

Tā kā vadītspēju var aprēķināt, elektriskās pretestības noteikšana tagad ir vienkārša. Iepriekš jau tika minēts, ka vadītāja pretestība ir vadītspējas apgrieztā vērtība. Tāpēc

Šajā formulā burts Grieķu alfabētsρ (rho) izmanto, lai norādītu elektrisko pretestību. Šis apzīmējums visbiežāk tiek izmantots tehniskajā literatūrā. Tomēr jūs varat atrast arī nedaudz atšķirīgas formulas, ko var izmantot, lai aprēķinātu vadītāju pretestību. Ja aprēķiniem izmanto klasisko metālu un elektroniskās vadītspējas teoriju tajos, pretestību aprēķina pēc šādas formulas:

Tomēr ir viens “bet”. Atomu stāvokli metāla vadītājā ietekmē veiktā jonizācijas procesa ilgums elektriskais lauks. Ar vienu jonizējošu efektu uz vadītāju, tajā esošie atomi saņems vienu jonizāciju, kas radīs līdzsvaru starp atomu un brīvo elektronu koncentrāciju. Un šo koncentrāciju vērtības būs vienādas. Šajā gadījumā notiek šādas atkarības un formulas:

Vadītspējas un pretestības novirzes

Tālāk apskatīsim, no kā tas ir atkarīgs vadītspēja, kas ir apgriezti saistīts ar pretestību. Vielas īpatnējā pretestība ir diezgan abstrakta fiziskais daudzums. Katrs vadītājs pastāv noteikta parauga veidā. To raksturo dažādu piemaisījumu un defektu klātbūtne iekšējā struktūra. Tie tiek ņemti vērā kā atsevišķi termini izteiksmē, kas nosaka pretestību saskaņā ar Matīsena likumu. Šis noteikums ņem vērā arī kustīgas elektronu plūsmas izkliedi mezglos, kas svārstās atkarībā no temperatūras kristāla režģis paraugs.

Arī iekšējo defektu klātbūtne, piemēram, dažādu piemaisījumu ieslēgumi un mikroskopiski tukšumi, palielina pretestību. Lai noteiktu piemaisījumu daudzumu paraugos, materiālu pretestību mēra divām parauga materiāla temperatūrām. Viena temperatūras vērtība ir istabas temperatūra, bet otra atbilst šķidrajam hēlijam. Saistībā ar mērījumu rezultātu plkst istabas temperatūra rezultātam šķidrā hēlija temperatūrā tiek iegūts koeficients, kas ilustrē materiāla strukturālo pilnību un tā ķīmisko tīrību. Koeficientu apzīmē ar burtu β.

Ja metāla sakausējumu ar cietu šķīduma struktūru, kas ir nesakārtota, uzskata par elektriskās strāvas vadītāju, atlikušās pretestības vērtība var būt ievērojami lielāka par pretestību. Uz šo divu komponentu metālu sakausējumu īpašību, kas nav saistītas ar retzemju elementiem, kā arī ar pārejas elementiem, attiecas īpašs likums. To sauc par Nordheimas likumu.

Mūsdienu tehnoloģijas elektronikā arvien vairāk virzās uz miniaturizāciju. Un tik ļoti, ka drīzumā mikroshēmas vietā parādīsies vārds “nanoshēma”. Vadītāji šādās ierīcēs ir tik plāni, ka būtu pareizi tos saukt par metāla plēvēm. Ir pilnīgi skaidrs, ka plēves paraugs ar savu pretestību vairāk atšķirsies no lielāka vadītāja. Mazais metāla biezums plēvē izraisa pusvadītāju īpašību parādīšanos tajā.

Sāk parādīties proporcionalitāte starp metāla biezumu un brīvo elektronu ceļu šajā materiālā. Elektronu kustībai ir maz vietas. Tāpēc viņi sāk kārtīgi traucēt viens otra kustību, kā rezultātā palielinās pretestība. Metāla plēvēm pretestību aprēķina, izmantojot īpašu formulu, kas iegūta, pamatojoties uz eksperimentiem. Formula ir nosaukta Fuksa, zinātnieka, kurš pētīja filmu pretestību, vārdā.

Plēves ir ļoti specifiski veidojumi, kurus ir grūti atkārtot, lai vairāku paraugu īpašības būtu vienādas. Pieņemamai precizitātei plēvju novērtēšanā tiek izmantots īpašs parametrs - īpatnējā virsmas pretestība.

Rezistori tiek veidoti no metāla plēvēm uz mikroshēmu pamatnes. Šī iemesla dēļ pretestības aprēķini ir ļoti pieprasīts uzdevums mikroelektronikā. Pretestības vērtību acīmredzami ietekmē temperatūra un ar to saistīta tieša proporcionalitāte. Lielākajai daļai metālu šai atkarībai ir zināma lineāra daļa noteiktā temperatūras diapazonā. Šajā gadījumā pretestību nosaka pēc formulas:

Metālos elektriskā strāva rodas sakarā ar liels skaits brīvie elektroni, kuru koncentrācija ir salīdzinoši augsta. Turklāt elektroni nosaka arī lielāku metālu siltumvadītspēju. Šī iemesla dēļ ar īpašu likumu ir izveidota saikne starp elektrovadītspēju un siltumvadītspēju, kas tika eksperimentāli pamatota. Šo Vīdemaņa-Franca likumu raksturo šādas formulas:

Vilinošas supravadītspējas izredzes

Tomēr pārsteidzošākie procesi notiek pie minimālās tehniski sasniedzamās šķidrā hēlija temperatūras. Šādos dzesēšanas apstākļos visi metāli praktiski zaudē savu pretestību. Vara stieples, kas atdzesētas līdz šķidrā hēlija temperatūrai, spēj vadīt daudzkārt lielākas strāvas nekā parastos apstākļos. Ja tas kļūtu iespējams praksē, ekonomiskais efekts būtu nenovērtējams.

Vēl pārsteidzošāks bija augstas temperatūras vadītāju atklāšana. Normālos apstākļos šāda veida keramikas pretestība bija ļoti tālu no metāliem. Bet temperatūrā, kas bija aptuveni trīs desmiti grādu virs šķidrā hēlija, tie kļuva par supravadītājiem. Šīs nemetālisko materiālu uzvedības atklāšana ir kļuvusi par spēcīgu stimulu pētniecībai. Lielāko dēļ ekonomiskās sekas praktisks pielietojums Supravadītspējai šajā virzienā tika veltīti ļoti ievērojami finanšu resursi, un sākās liela mēroga pētījumi.

Bet pagaidām, kā saka, “lietas vēl ir”... Keramikas materiāli izrādījās praktiskai lietošanai nepiemēroti. Apstākļi supravadītspējas stāvokļa uzturēšanai prasīja tik lielus izdevumus, ka visi ieguvumi no tā izmantošanas tika iznīcināti. Taču eksperimenti ar supravadītspēju turpinās. Ir progress. Supravadītspēja jau ir sasniegta 165 grādu Kelvina temperatūrā, bet tas prasa augsts asinsspiediens. Šādu īpašu nosacījumu radīšana un uzturēšana atkal liedz to komerciāli izmantot tehniskais risinājums.

Papildu ietekmējošie faktori

Šobrīd viss turpina ritēt savu gaitu, un vara, alumīnija un dažiem citiem metāliem pretestība turpina nodrošināt to rūpniecisko izmantošanu vadu un kabeļu ražošanā. Noslēgumā ir vērts pievienot nedaudz vairāk informācijas, ka ne tikai vadītāja materiāla pretestība un temperatūra vidi ietekmēt tajā esošos zudumus elektriskās strāvas pārejas laikā. Vadītāja ģeometrija ir ļoti nozīmīga, ja to izmanto augstsprieguma frekvencēs un kad liels spēks strāva

Šādos apstākļos elektroni mēdz koncentrēties netālu no stieples virsmas, un tā kā vadītāja biezums zaudē nozīmi. Tāpēc ir iespējams pamatoti samazināt vara daudzumu vadā, no tā veidojot tikai vadītāja ārējo daļu. Vēl viens faktors, kas palielina vadītāja pretestību, ir deformācija. Tāpēc, neskatoties uz dažu elektriski vadošu materiālu augsto veiktspēju, noteiktos apstākļos tie var neparādīties. Konkrētu uzdevumu veikšanai jāizvēlas pareizie vadītāji. Tālāk redzamās tabulas palīdzēs šajā jautājumā.