Hva er ledningsevne? Kobberresistivitet

Når en elektrisk krets er lukket, ved terminalene som det er en potensialforskjell, oppstår en elektrisk strøm. Frie elektroner, under påvirkning av elektriske feltkrefter, beveger seg langs lederen. I deres bevegelse kolliderer frie elektroner med atomene til lederen og gir dem deres reserve kinetisk energi.

Dermed møter elektroner som passerer gjennom en leder motstand mot deres bevegelse. Når elektrisk strøm går gjennom en leder, varmes denne opp.

Den elektriske motstanden til lederen (den er utpekt latinsk bokstav r) fenomenet med konvertering av elektrisk energi til termisk energi når en elektrisk strøm passerer gjennom en leder er forårsaket. På diagrammene elektrisk motstand angitt som vist i fig. 18.

Motstandsenheten antas å være 1 ohm. Om er ofte representert med den greske store bokstaven Ω (omega). Derfor, i stedet for å skrive: "Motstanden til lederen er 15 ohm," kan du ganske enkelt skrive: r = 15 Ω.

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

1 000 000 ohm kalles 1 megohm (1 mg ohm, eller 1 MΩ).

enhet, har variabel elektrisk motstand og tjener til å endre strømmen i kretsen kalles en reostat. I diagrammene er reostater utpekt som vist i fig. 18. Som regel er en reostat laget av en ledning av en eller annen motstand, viklet på en isolerende base. Skyve- eller reostatspaken er plassert i en bestemt posisjon, som et resultat av at den nødvendige motstanden blir introdusert i kretsen.

En lang leder med lite tverrsnitt skaper stor motstand mot strøm. Korte ledere med stort tverrsnitt gir liten motstand mot strøm.

Hvis vi tar to konduktører fra forskjellige materialer, men samme lengde og tverrsnitt, da vil lederne lede strømmen annerledes. Dette viser at motstanden til en leder avhenger av materialet til selve lederen.

Temperaturen på lederen påvirker også motstanden. Når temperaturen øker, øker motstanden til metaller, og motstanden til væsker og kull avtar. Bare noen spesielle metalllegeringer (manganin, konstantan, nikkel, etc.) endrer nesten ikke motstanden med økende temperatur.

Så vi ser at den elektriske motstanden til en leder avhenger av lengden på lederen, lederens tverrsnitt, lederens materiale og temperaturen til lederen.

Når man sammenligner motstanden til ledere fra ulike materialer Det er nødvendig å ta en viss lengde og tverrsnitt for hver prøve. Så kan vi vurdere hvilket materiale som leder bedre eller dårligere elektrisk strøm.

Motstanden (i ohm) til en leder 1 m lang, med et tverrsnitt på 1 mm 2 kalles resistivitet og er betegnet Gresk bokstavρ (rho).

Ledermotstanden kan bestemmes av formelen

hvor r er ledermotstanden, ohm;

ρ - lederresistivitet;

l- lederlengde, m;

S - ledertverrsnitt, mm2.

Fra denne formelen får vi dimensjonen for resistivitet

I tabellen 1 viser resistiviteten til noen ledere.

Tabellen viser at en jerntråd med en lengde på 1 m og et tverrsnitt på 1 mm2 har en motstand på 0,13 ohm. For å få 1 ohm motstand, må du ta 7,7 m slik ledning. Sølv har den laveste resistiviteten - 1 ohm motstand kan oppnås hvis du tar 62,5 m sølvtråd med et tverrsnitt på 1 mm 2. Sølv er den beste lederen, men den høye prisen på sølv utelukker muligheten for massebruk. Etter sølv i tabellen kommer kobber: 1 m kobbertråd med et tverrsnitt på 1 mm har en motstand på 0,0175 ohm For å få en motstand på 1 ohm, må du ta 57 m slik ledning.

Kjemisk rent kobber, oppnådd ved raffinering, har funnet utbredt bruk i elektroteknikk for fremstilling av ledninger, kabler, viklinger av elektriske maskiner og enheter. Aluminium og jern er også mye brukt som ledere.

Detaljerte egenskaper for metaller og legeringer er gitt i tabellen. 2.

Eksempel 1. Bestem motstanden til 200 m jerntråd med et tverrsnitt på 5 mm 2:

Eksempel 2. Beregn motstanden til 2 km aluminiumtråd med et tverrsnitt på 2,5 mm2:

Fra motstandsformelen kan du enkelt bestemme lengden, resistiviteten og tverrsnittet til lederen.

Eksempel 3. For en radiomottaker er det nødvendig å vikle en 30 ohm motstand fra nikkeltråd med et tverrsnitt på 0,21 mm2. Bestem ønsket ledningslengde:

Eksempel 4. Bestem tverrsnittet til en nikromtråd med en lengde på 20 F, hvis motstanden er 25 ohm:

Eksempel 5. En ledning med et tverrsnitt på 0,5 mm2 og en lengde på 40 m har en motstand på 16 ohm. Bestem trådmaterialet.

Lederens materiale karakteriserer dens resistivitet

Basert på resistivitetstabellen finner vi at bly har denne motstanden.

Det ble tidligere uttalt at motstanden til ledere avhenger av temperatur. La oss gjøre følgende eksperiment. La oss vikle flere meter tynn metalltråd i form av en spiral og koble denne spiralen til batterikretsen. For å måle strøm er et amperemeter inkludert i kretsen. Når spolen varmes opp i brennerflammen, vil du merke at amperemeteravlesningene vil avta. Dette viser at motstanden til en metalltråd øker med oppvarming.

For noen metaller, når de varmes opp med 100°, øker motstanden med 40-50%. Det er legeringer som endrer motstanden litt med oppvarming. Noen spesiallegeringer viser praktisk talt ingen endring i motstand når temperaturen endres. Motstanden til metallledere øker med økende temperatur, mens motstanden til elektrolytter (væskeledere), kull og noen faste stoffer, tvert imot, avtar.

Metallers evne til å endre motstanden med endringer i temperaturen brukes til å konstruere motstandstermometre. Dette termometeret er en platinatråd viklet på en glimmerramme. Ved å plassere et termometer for eksempel i en ovn og måle motstanden til platinatråden før og etter oppvarming, kan temperaturen i ovnen bestemmes.

Endringen i motstanden til en leder når den varmes opp per 1 ohm startmotstand og per 1 0 temperatur kalles temperaturkoeffisient for motstand og er betegnet med bokstaven α (alfa).

Hvis motstanden til lederen ved temperatur t 0 er lik r 0, og ved temperatur t er lik r t, så er motstandens temperaturkoeffisient

Elektrisk ledningsevne karakteriserer kroppens evne til å lede elektrisk strøm. Konduktivitet - motstandsverdi. I formelen er den omvendt proporsjonal med elektrisk motstand, og de brukes faktisk til å betegne de samme egenskapene til materialet. Konduktivitet måles i Siemens: [Sm]=.

Typer elektrisk ledningsevne:

— Elektronisk ledningsevne, hvor ladningsbærerne er elektroner. Denne ledningsevnen er først og fremst karakteristisk for metaller, men er tilstede i en eller annen grad i nesten alle materialer. Når temperaturen øker, reduseres elektronisk ledningsevne.

— Ioneledningsevne. Finnes i gassformige og flytende medier hvor det er frie ioner som også bærer ladninger, som beveger seg gjennom volumet av mediet under påvirkning av et elektromagnetisk felt eller annet ytre påvirkning. Brukes i elektrolytter. Med økende temperatur øker ionisk ledningsevne, siden flere ioner med høy energi, og viskositeten til mediet reduseres.

— Hullledningsevne. Denne ledningsevnen er forårsaket av mangel på elektroner i krystallgitteret til materialet. Faktisk bærer elektroner igjen ladningen her, men de ser ut til å bevege seg langs gitteret og okkuperer sekvensielt ledige seter i den, i motsetning til den fysiske bevegelsen av elektroner i metaller. Dette prinsippet brukes i halvledere, sammen med elektronisk ledningsevne.

De aller første materialene som begynte å bli brukt i elektroteknikk var historisk metaller og dielektriske stoffer (isolatorer som har lav elektrisk ledningsevne). Nå mottatt bred applikasjon i elektroniske halvledere. De inntar en mellomposisjon mellom ledere og dielektrikum og kjennetegnes ved at mengden elektrisk ledningsevne i halvledere kan reguleres av ulike påvirkninger. De fleste moderne ledere er laget av silisium, germanium og karbon. I tillegg kan andre stoffer brukes til å lage PP, men de brukes mye sjeldnere.

Strømoverføring med minimale tap er viktig. I denne forbindelse spiller metaller med høy elektrisk ledningsevne og følgelig lav elektrisk motstand en viktig rolle. Det beste i denne forbindelse er sølv (62.500.000 S/m), etterfulgt av kobber (58.100.000 S/m), gull (45.500.000 S/m), aluminium (37.000.000 S/m). I samsvar med økonomisk gjennomførbarhet brukes aluminium og kobber oftest, mens kobber er litt dårligere i ledningsevne enn sølv. Alle andre metaller har ingen industriell betydning for produksjon av ledere.

Når lukket elektrisk krets, ved terminalene som det er en potensiell forskjell på, vises. Frie elektroner, under påvirkning av elektriske feltkrefter, beveger seg langs lederen. I deres bevegelse kolliderer elektroner med atomene i lederen og gir dem tilførsel av kinetisk energi. Hastigheten til elektroner endres kontinuerlig: når elektroner kolliderer med atomer, molekyler og andre elektroner, avtar den, deretter under påvirkning elektrisk feltøker og avtar igjen ved en ny kollisjon. Som et resultat er lederen installert jevn bevegelse strøm av elektroner med en hastighet på flere brøkdeler av en centimeter per sekund. Følgelig møter elektroner som passerer gjennom en leder alltid motstand mot deres bevegelse fra sin side. Når elektrisk strøm går gjennom en leder, varmes denne opp.

Elektrisk motstand

Den elektriske motstanden til en leder, som er betegnet med en latinsk bokstav r, er egenskapen til en kropp eller et medium for å transformere elektrisk energi til varme når en elektrisk strøm går gjennom den.

I diagrammene er elektrisk motstand indikert som vist i figur 1, EN.

Variabel elektrisk motstand som tjener til å endre strømmen i en krets kalles reostat. I diagrammene er reostater betegnet som vist i figur 1, b. I generelt syn En reostat er laget av en ledning av en eller annen motstand, viklet på en isolerende base. Skyve- eller reostatspaken er plassert i en bestemt posisjon, som et resultat av at den nødvendige motstanden blir introdusert i kretsen.

En lang leder med lite tverrsnitt skaper stor motstand mot strøm. Korte ledere med stort tverrsnitt gir liten motstand mot strøm.

Hvis du tar to ledere fra forskjellige materialer, men samme lengde og tverrsnitt, vil lederne lede strøm ulikt. Dette viser at motstanden til en leder avhenger av materialet til selve lederen.

Temperaturen på lederen påvirker også motstanden. Når temperaturen øker, øker motstanden til metaller, og motstanden til væsker og kull avtar. Bare noen spesielle metalllegeringer (manganin, konstantan, nikkel og andre) endrer knapt motstanden med økende temperatur.

Så vi ser at den elektriske motstanden til en leder avhenger av: 1) lengden på lederen, 2) lederens tverrsnitt, 3) lederens materiale, 4) lederens temperatur.

Motstandsenheten er en ohm. Om er ofte representert med den greske store bokstaven Ω (omega). Derfor, i stedet for å skrive "Ledermotstanden er 15 ohm", kan du ganske enkelt skrive: r= 15 Ω.
1000 ohm kalles 1 kiloohm(1kOhm eller 1kΩ),
1 000 000 ohm kalles 1 megaohm(1 mOhm eller 1 MΩ).

Når du sammenligner motstanden til ledere fra forskjellige materialer, er det nødvendig å ta en viss lengde og tverrsnitt for hver prøve. Da vil vi kunne bedømme hvilket materiale som leder elektrisk strøm bedre eller dårligere.

Video 1. Ledermotstand

Elektrisk resistivitet

Motstanden i ohm til en leder 1 m lang, med et tverrsnitt på 1 mm² kalles resistivitet og er betegnet med den greske bokstaven ρ (ro).

Tabell 1 viser resistivitetene til noen ledere.

Tabell 1

Resistiviteter til forskjellige ledere

Tabellen viser at en jerntråd med en lengde på 1 m og et tverrsnitt på 1 mm² har en motstand på 0,13 Ohm. For å få 1 Ohm motstand må du ta 7,7 m slik ledning. Sølv har den laveste resistiviteten. 1 Ohm motstand kan oppnås ved å ta 62,5 m sølvtråd med et tverrsnitt på 1 mm². Sølv er den beste lederen, men prisen på sølv utelukker muligheten for massebruk. Etter sølv i tabellen kommer kobber: 1 m kobbertråd med et tverrsnitt på 1 mm² har en motstand på 0,0175 Ohm. For å få en motstand på 1 ohm, må du ta 57 m av en slik ledning.

Kjemisk rent kobber, oppnådd ved raffinering, har funnet utbredt bruk i elektroteknikk for fremstilling av ledninger, kabler, viklinger av elektriske maskiner og enheter. Jern er også mye brukt som ledere.

Ledermotstanden kan bestemmes av formelen:

Hvor r– ledermotstand i ohm; ρ - spesifikk motstand til lederen; l– lederlengde i m; S– ledertverrsnitt i mm².

Eksempel 1. Bestem motstanden til 200 m jerntråd med et tverrsnitt på 5 mm².

Eksempel 2. Beregn motstanden til 2 km aluminiumtråd med et tverrsnitt på 2,5 mm².

Fra motstandsformelen kan du enkelt bestemme lengden, resistiviteten og tverrsnittet til lederen.

Eksempel 3. For en radiomottaker er det nødvendig å vikle en 30 Ohm motstand fra nikkeltråd med et tverrsnitt på 0,21 mm². Bestem ønsket ledningslengde.

Eksempel 4. Bestem tverrsnittet av 20 m nikromtråd hvis motstanden er 25 ohm.

Eksempel 5. En ledning med et tverrsnitt på 0,5 mm² og en lengde på 40 m har en motstand på 16 ohm. Bestem trådmaterialet.

Lederens materiale karakteriserer dens resistivitet.

I følge tabellen over resistiviteter finner vi at den har en slik motstand.

Det ble nevnt ovenfor at motstanden til ledere avhenger av temperatur. La oss gjøre følgende eksperiment. La oss vikle flere meter tynn metalltråd i form av en spiral og koble denne spiralen til batterikretsen. For å måle strøm kobler vi et amperemeter til kretsen. Når spolen varmes opp i brennerflammen, vil du merke at amperemeteravlesningene vil avta. Dette viser at motstanden til en metalltråd øker med oppvarming.

For noen metaller, når de varmes opp med 100°, øker motstanden med 40–50 %. Det er legeringer som endrer motstanden litt med oppvarming. Noen spesiallegeringer viser praktisk talt ingen endring i motstand når temperaturen endres. Motstanden øker med økende temperatur, motstanden til elektrolytter (flytende ledere), kull og noen faste stoffer, tvert imot, reduseres.

Endringen i motstanden til en leder når den varmes opp per 1 ohm startmotstand og per 1° temperatur kalles temperaturkoeffisient for motstand og er betegnet med bokstaven α.

Hvis ved temperatur t 0 ledermotstand er r 0 , og ved temperatur t lik r t, deretter temperaturkoeffisienten for motstand

Note. Beregning med denne formelen kan bare gjøres i et visst temperaturområde (opptil ca. 200°C).

Vi presenterer verdiene for temperaturkoeffisienten for motstand α for noen metaller (tabell 2).

Tabell 2

Temperaturkoeffisientverdier for noen metaller

Fra formelen for temperaturkoeffisienten av motstand bestemmer vi r t:

r t = r 0 .

Eksempel 6. Bestem motstanden til en jerntråd oppvarmet til 200 °C hvis motstanden ved 0 °C var 100 ohm.

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

Eksempel 7. Et motstandstermometer laget av platinatråd hadde en motstand på 20 ohm i et rom ved 15°C. Termometeret ble plassert i ovnen og etter en tid ble motstanden målt. Det viste seg å være lik 29,6 Ohm. Bestem temperaturen i ovnen.

Elektrisk ledningsevne

Så langt har vi betraktet motstanden til en leder som hindringen som lederen gir for den elektriske strømmen. Men likevel flyter strømmen gjennom lederen. Derfor, i tillegg til motstand (hinder), har lederen også evnen til å lede elektrisk strøm, det vil si ledningsevne.

Jo mer motstand en leder har, jo mindre ledningsevne har den, jo dårligere leder den elektrisk strøm, og omvendt, jo lavere motstand en leder har, jo mer ledningsevne den har, jo lettere er det for strøm å passere gjennom lederen. Derfor er motstanden og ledningsevnen til en leder gjensidige størrelser.

Fra matematikk er det kjent at inversen til 5 er 1/5 og omvendt er inversen av 1/7 7. Derfor, hvis motstanden til en leder er angitt med bokstaven r, da er ledningsevnen definert som 1/ r. Konduktivitet er vanligvis symbolisert med bokstaven g.

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

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

Hvis r= 20 Ohm, altså

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

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

Fysisk natur av elektrisk motstand. Når frie elektroner beveger seg i en leder, kolliderer de på sin vei med positive ioner 2 (se fig. 10, a), atomer og molekyler av stoffet som lederen er laget av, og overfører deler av energien deres til dem. I dette tilfellet frigjøres energien til bevegelige elektroner som et resultat av deres kollisjon med atomer og molekyler delvis og spres i form av varme, som oppvarmer lederen. På grunn av det faktum at elektroner, som kolliderer med partikler av en leder, overvinner en viss motstand mot bevegelse, er det vanlig å si at ledere har elektrisk motstand. Hvis motstanden til lederen er lav, blir den relativt svakt oppvarmet av strømmen; hvis motstanden er høy, kan lederen bli varm. Ledningene som leverer elektrisk strøm til den elektriske ovnen varmes nesten ikke opp, siden motstanden deres er lav, og ovnens spiral, som har høy motstand, blir rødglødende. Glødetråden til den elektriske lampen varmes opp enda mer.
Enheten for motstand er ohm. En leder har en motstand på 1 Ohm som en strøm på 1 A passerer gjennom med en potensialforskjell i endene (spenning) lik 1 V. Resistansstandarden på 1 Ohm er en søyle av kvikksølv 106,3 cm lang og en kryss- snittareal på 1 mm2 ved en temperatur på 0°C. I praksis måles motstand ofte i tusenvis av ohm - kiloohm (kOhm) eller millioner av ohm - megaohm (MOhm). Motstand er betegnet med bokstaven R (r).
Konduktivitet. Enhver leder kan karakteriseres ikke bare av motstanden, men også av den såkalte ledningsevnen - evnen til å lede elektrisk strøm. Konduktivitet er det gjensidige av motstand. Enheten for ledningsevne kalles siemens (Sm). 1 cm er lik 1/1 ohm. Konduktivitet er betegnet med bokstaven G (g). Derfor,

G=1/R(4)

Elektrisk resistivitet og ledningsevne. Atomer forskjellige stoffer gi ulik motstand mot passering av elektrisk strøm. Evnen til individuelle stoffer til å lede elektrisk strøm kan bedømmes ut fra deres elektriske resistivitet s. Verdien som karakteriserer resistivitet er vanligvis motstanden til en kube med en kant på 1 m Elektrisk resistivitet måles i Ohm*m. For å bedømme den elektriske ledningsevnen til materialer, brukes også begrepet spesifikk elektrisk ledningsevne? Spesifikk elektrisk ledningsevne måles i siemens per meter (S/m) (ledningsevne til en kube med en kant på 1 m). Elektrisk resistivitet uttrykkes ofte i ohm-centimeter (Ohm*cm), og elektrisk ledningsevne i siemens per centimeter (S/cm). Samtidig 1 Ohm*cm = 10 -2 Ohm*m, og 1 S/cm = 102 S/m.

Ledermaterialer brukes hovedsakelig i form av ledninger, stenger eller bånd, hvis tverrsnittsareal vanligvis uttrykkes i kvadratmillimeter og lengden i meter. Derfor, for den elektriske resistiviteten til slike materialer og den elektriske ledningsevnen, har andre måleenheter blitt introdusert: ? målt i Ohm * mm 2 / m (motstanden til en leder 1 m lang og tverrsnittsareal 1 mm 2), ikke sant? - i Sm*m/mm2 (ledningsevne til en leder med en lengde på 1 m og et tverrsnittsareal på 1 mm2).

Av metaller har sølv og kobber den høyeste elektriske ledningsevnen, siden strukturen til deres atomer gjør at frie elektroner lett kan bevege seg, etterfulgt av gull, krom, aluminium, mangan, wolfram, etc. Jern og stål leder strømmen dårligere.

Rene metaller leder alltid elektrisitet bedre enn deres legeringer. Derfor, i elektroteknikk, brukes hovedsakelig veldig rent kobber, som inneholder bare 0,05 % urenheter. Og omvendt, i tilfeller der et materiale med høy motstand er nødvendig (for forskjellige oppvarmingsenheter, reostater, etc.), brukes spesielle legeringer: konstantan, manganin, nikrom, fechral.

Det skal bemerkes at i teknologi, i tillegg til metalliske ledere, brukes også ikke-metalliske. Slike ledere inkluderer for eksempel kull, som børster av elektriske maskiner, elektroder for spotlights, etc. er laget av. Ledere av elektrisk strøm er tykkelsen på jorden, levende vev av planter, dyr og mennesker. Fuktig tre og mange andre isolasjonsmaterialer leder strøm når det er vått.
Den elektriske motstanden til en leder avhenger ikke bare av materialet til lederen, men også av dens lengde l og tverrsnittsareal s. (Elektrisk motstand er lik motstanden som tilbys mot bevegelse av vann i et rør, som avhenger av rørets tverrsnittsareal og lengden.)
Rett ledermotstand

R= ? l/s (5)

Hvis resistivitet? uttrykt i Ohm*mm/m, for å oppnå motstanden til lederen i ohm, må lengden erstattes med formel (5) i meter, og tverrsnittsarealet i kvadratmillimeter.

Avhengighet av motstand på temperatur. Den elektriske ledningsevnen til alle materialer avhenger av deres temperatur. I metallledere, når de oppvarmes, øker vibrasjonsområdet og hastigheten til atomer i metallets krystallgitter, som et resultat av at motstanden de gir mot strømmen av elektroner også øker. Ved avkjøling oppstår det motsatte fenomenet: uordnet oscillerende bevegelse atomer ved noder krystallgitter avtar, deres motstand mot strømmen av elektroner avtar og lederens elektriske ledningsevne øker.

I naturen er det imidlertid noen legeringer: fechral, constantan, manganin, etc., der den elektriske motstanden endres relativt lite i et visst temperaturområde. Slike legeringer brukes i teknologi for fremstilling av forskjellige motstander som brukes i elektriske måleinstrumenter og noen enheter for å kompensere for effekten av temperatur på deres drift.

Graden av endring i motstanden til ledere med temperaturendringer bedømmes av den såkalte temperaturkoeffisienten av motstand a. Denne koeffisienten representerer den relative økningen i motstanden til lederen når temperaturen øker med 1 °C. I tabellen Tabell 1 viser verdiene av for de mest brukte ledermaterialene.

Motstand til en metallleder R t ved enhver temperatur t

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

hvor R 0 er motstanden til lederen ved en viss starttemperatur t 0 (vanligvis ved + 20 ° C), som kan beregnes ved hjelp av formel (5);

t- t 0 - temperaturendring.

Egenskapen til metallledere for å øke motstanden ved oppvarming brukes ofte i moderne teknologi for å måle temperatur. For eksempel, når du tester trekkmotorer etter reparasjon, bestemmes oppvarmingstemperaturen til viklingene deres ved å måle motstanden deres i kald tilstand og etter drift under belastning i en spesifisert periode (vanligvis 1 time).

Mens de studerte egenskapene til metaller under dyp (veldig sterk) avkjøling, oppdaget forskere et bemerkelsesverdig fenomen: nær absolutt null (-273,16 °C), mister noen metaller nesten fullstendig elektrisk motstand. De blir ideelle guider, dyktige lang tid sende strøm gjennom en lukket krets uten påvirkning fra en elektrisk energikilde. Dette fenomenet kalles superledning. For øyeblikket opprettet prototyper kraftledninger og elektriske maskiner som bruker fenomenet superledning. Slike maskiner har betydelig mindre vekt og totaldimensjoner sammenlignet med maskiner for generell bruk og opererer med svært høy effektivitet. I dette tilfellet kan kraftledninger være laget av ledninger med et veldig lite tverrsnittsareal. I fremtiden vil dette fenomenet bli brukt mer og mer innen elektroteknikk.

Når en elektrisk krets er lukket, ved terminalene som det er en potensialforskjell, oppstår en spenning. Frie elektroner, under påvirkning av elektriske feltkrefter, beveger seg langs lederen. I deres bevegelse kolliderer elektroner med atomene i lederen og gir dem tilførsel av kinetisk energi. Hastigheten på elektronbevegelsen endres kontinuerlig: når elektroner kolliderer med atomer, molekyler og andre elektroner, avtar den, og under påvirkning av et elektrisk felt øker den og avtar igjen under en ny kollisjon. Som et resultat etableres en jevn strøm av elektroner i lederen med en hastighet på flere brøkdeler av en centimeter per sekund. Følgelig møter elektroner som passerer gjennom en leder alltid motstand mot deres bevegelse fra sin side. Når elektrisk strøm går gjennom en leder, varmes denne opp.

Elektrisk motstand

Den elektriske motstanden til en leder, som er betegnet med en latinsk bokstav r, er egenskapen til et legeme eller medium til å konvertere elektrisk energi til termisk energi når en elektrisk strøm passerer gjennom den.

I diagrammene er elektrisk motstand indikert som vist i figur 1, EN.

Variabel elektrisk motstand som tjener til å endre strømmen i en krets kalles reostat. I diagrammene er reostater betegnet som vist i figur 1, b. Generelt er en reostat laget av en ledning med en eller annen motstand, viklet på en isolerende base. Skyve- eller reostatspaken er plassert i en bestemt posisjon, som et resultat av at den nødvendige motstanden blir introdusert i kretsen.

En lang leder med lite tverrsnitt skaper stor motstand mot strøm. Korte ledere med stort tverrsnitt gir liten motstand mot strøm.

Hvis du tar to ledere fra forskjellige materialer, men samme lengde og tverrsnitt, vil lederne lede strøm ulikt. Dette viser at motstanden til en leder avhenger av materialet til selve lederen.

Temperaturen på lederen påvirker også motstanden. Når temperaturen øker, øker motstanden til metaller, og motstanden til væsker og kull avtar. Bare noen spesielle metalllegeringer (manganin, konstantan, nikkel og andre) endrer knapt motstanden med økende temperatur.

Så vi ser at den elektriske motstanden til en leder avhenger av: 1) lengden på lederen, 2) lederens tverrsnitt, 3) lederens materiale, 4) lederens temperatur.

Video 1. Ledermotstand

Elektrisk resistivitet

Motstanden i ohm til en leder 1 m lang, med et tverrsnitt på 1 mm² kalles resistivitet og er betegnet med den greske bokstaven ρ (ro).

Tabell 1 viser resistivitetene til noen ledere.

Tabell 1

Resistiviteter til forskjellige ledere

Ledermotstanden kan bestemmes av formelen:

Hvor r– ledermotstand i ohm; ρ - spesifikk motstand til lederen; l– lederlengde i m; S– ledertverrsnitt i mm².

Eksempel 1. Bestem motstanden til 200 m jerntråd med et tverrsnitt på 5 mm².

Eksempel 2. Beregn motstanden til 2 km aluminiumtråd med et tverrsnitt på 2,5 mm².

Fra motstandsformelen kan du enkelt bestemme lengden, resistiviteten og tverrsnittet til lederen.

Eksempel 3. For en radiomottaker er det nødvendig å vikle en 30 Ohm motstand fra nikkeltråd med et tverrsnitt på 0,21 mm². Bestem ønsket ledningslengde.

Eksempel 4. Bestem tverrsnittet av 20 m nikromtråd hvis motstanden er 25 ohm.

Eksempel 5. En ledning med et tverrsnitt på 0,5 mm² og en lengde på 40 m har en motstand på 16 ohm. Bestem trådmaterialet.

Lederens materiale karakteriserer dens resistivitet.

I følge tabellen over resistiviteter finner vi at den har en slik motstand.

Endringen i motstanden til en leder når den varmes opp per 1 ohm startmotstand og per 1° temperatur kalles temperaturkoeffisient for motstand og er betegnet med bokstaven α.

Hvis ved temperatur t 0 ledermotstand er r 0 , og ved temperatur t lik r t, deretter temperaturkoeffisienten for motstand

Note. Beregning med denne formelen kan bare gjøres i et visst temperaturområde (opptil ca. 200°C).

Vi presenterer verdiene for temperaturkoeffisienten for motstand α for noen metaller (tabell 2).

Tabell 2

Temperaturkoeffisientverdier for noen metaller

Fra formelen for temperaturkoeffisienten av motstand bestemmer vi r t:

r t = r 0 .

Eksempel 6. Bestem motstanden til en jerntråd oppvarmet til 200 °C hvis motstanden ved 0 °C var 100 ohm.

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