Mikä on nikkelijohtimen ominaisvastus. Kuparijohtimen sähköisen resistiivisyyden käsite

Kuten Ohmin laista tiedämme, virta piiriosassa on seuraavassa suhteessa: I=U/R. Laki johdettiin saksalaisen fyysikon Georg Ohmin 1800-luvulla suorittamien kokeiden tuloksena. Hän huomasi kuvion: virran voimakkuus missä tahansa piirin osassa riippuu suoraan tähän osaan syötetystä jännitteestä ja päinvastoin - sen resistanssista.

Myöhemmin havaittiin, että osan vastus riippuu sen geometrisista ominaisuuksista seuraavasti: R = ρl/S,

missä l on johtimen pituus, S on sen poikkileikkauksen pinta-ala ja ρ on tietty suhteellisuuskerroin.

Siten resistanssi määräytyy johtimen geometrian sekä sellaisen parametrin kuin resistanssin (jäljempänä c.s.) mukaan - näin tätä kerrointa kutsuttiin. Jos otat kaksi johdinta, joilla on sama poikkileikkaus ja pituus, ja laitat ne vuorotellen piiriin, mittaamalla virran voimakkuus ja vastus, voit nähdä, että kahdessa tapauksessa nämä indikaattorit ovat erilaisia. Tarkkaa siis sähkövastus- tämä on ominaisuus materiaalille, josta johdin on tehty, ja vielä tarkemmin sanottuna aineelle.

Johtavuus ja vastus

W.s. ilmaisee aineen kyvyn estää virran kulun. Mutta fysiikassa on myös käänteinen arvo - johtavuus. Se osoittaa kykyä sähköä. Se näyttää tältä:

σ=1/ρ, missä ρ on aineen ominaisvastus.

Jos puhumme johtavuudesta, niin sen määräävät tämän aineen varauksenkuljettajien ominaisuudet. Joten metalleissa on vapaita elektroneja. Niitä ei ole ulkokuoressa enempää kuin kolme, ja atomin on kannattavampaa "antaa" ne pois, mikä tapahtuu, kun kemialliset reaktiot aineilla jaksollisen taulukon oikealta puolelta. Tilanteessa, jossa meillä on puhdasta metallia, se on kristallirakenne, jossa nämä ulkoiset elektronit jaetaan. Niissä on varaus, jos metalliin kohdistetaan sähkökenttä.

Liuoksissa varauksen kantajat ovat ioneja.

Jos puhumme sellaisista aineista kuin pii, niin ominaisuuksiensa perusteella se on puolijohde ja toimii hieman eri tavalla, mutta siitä lisää myöhemmin. Selvitetään sillä välin, miten tällaiset aineluokat eroavat toisistaan, kuten:

1. johtimet;
2. puolijohteet;
3. Dielektriset.

Johtimet ja eristeet

On aineita, jotka melkein eivät johda virtaa. Niitä kutsutaan dielektreiksi. Tällaiset aineet pystyvät polarisoitumaan sisään sähkökenttä, eli niiden molekyylit voivat pyöriä tässä kentässä riippuen siitä, kuinka ne jakautuvat niissä elektroneja. Mutta koska nämä elektronit eivät ole vapaita, vaan toimivat atomien välisenä sidoksena, ne eivät johda virtaa.

Eristeiden johtavuus on lähes nolla, vaikka niiden joukossa ei ole ihanteellisia (tämä on sama abstraktio kuin täysin musta kappale tai ihanteellinen kaasu).

"Johtimen" käsitteen ehdollinen raja on ρ<10^-5 Ом, а нижний порог такового у диэлектрика - 10^8 Ом.

Näiden kahden luokan välissä on aineita, joita kutsutaan puolijohteiksi. Mutta niiden valinta erilliseen aineryhmään ei liity niinkään niiden välitilaan "johtavuus - vastus" -rivillä, vaan tämän johtavuuden ominaisuuksiin eri olosuhteissa.

Riippuvuus ympäristötekijöistä

Johtavuus ei ole aivan vakio. Taulukoiden tiedot, joista ρ on otettu laskelmia varten, ovat olemassa normaaleille ympäristöolosuhteille eli 20 asteen lämpötilalle. Todellisuudessa on vaikea löytää sellaisia ​​ihanteellisia olosuhteita piirin toiminnalle; itse asiassa u.s. (ja siten johtavuus) riippuvat seuraavista tekijöistä:

1. lämpötila;
2. paine;
3. magneettikenttien läsnäolo;
4. valo;
5. aggregaation tila.

Eri aineilla on omat aikataulunsa tämän parametrin muutoksille eri olosuhteissa. Joten ferromagneetit (rauta ja nikkeli) lisäävät sitä, kun virran suunta on sama kuin magneettikenttälinjojen suunta. Mitä tulee lämpötilaan, riippuvuus tässä on melkein lineaarinen (on jopa käsite lämpötilavastuskertoimesta, ja tämä on myös taulukkoarvo). Mutta tämän riippuvuuden suunta on erilainen: metallien kohdalla se kasvaa lämpötilan noustessa, kun taas harvinaisten maametallien ja elektrolyyttiliuosten kohdalla se kasvaa - ja tämä on samassa aggregaatiotilassa.

Puolijohteiden riippuvuus lämpötilasta ei ole lineaarista, vaan hyperbolista ja käänteistä: lämpötilan noustessa niiden johtavuus kasvaa. Tämä erottaa laadullisesti johtimet puolijohteista. Tältä näyttää ρ:n riippuvuus johtimien lämpötilasta:

Tässä ovat kuparin, platinan ja raudan ominaisvastus. Hieman erilainen kaavio joillekin metalleille, esimerkiksi elohopealle - kun lämpötila putoaa 4 K:iin, se menettää sen melkein kokonaan (tätä ilmiötä kutsutaan suprajohtavuudeksi).

Ja puolijohteille tämä riippuvuus on jotain tällaista:

Nestemäiseen tilaan siirtymisen aikana metallin ρ kasvaa, mutta sitten ne kaikki käyttäytyvät eri tavalla. Esimerkiksi sulassa vismutissa se on alhaisempi kuin huoneenlämpötilassa ja kuparissa 10 kertaa normaalia korkeampi. Nikkeli poistuu viivakaaviosta 400 asteen kulmassa, minkä jälkeen ρ laskee.

Mutta volframissa lämpötilariippuvuus on niin suuri, että se saa hehkulamput palamaan. Kun virta on kytketty päälle, virta lämmittää kelan ja sen vastus kasvaa useita kertoja.

Myös klo. Kanssa. lejeeringit riippuu niiden valmistustekniikasta. Joten jos kyseessä on yksinkertainen mekaaninen seos, niin tällaisen aineen kestävyys voidaan laskea keskimäärin, mutta se on sama korvaavalle seokselle (tämä on, kun kaksi tai useampia alkuaineita lisätään yhteen kidehilaan) on erilainen, yleensä paljon suurempi. Esimerkiksi nikromilla, josta valmistetaan sähköliesien spiraaleja, on tälle parametrille sellainen luku, että tämä johdin, kun se on kytketty piiriin, lämpenee punaiseksi (siksi itse asiassa sitä käytetään).

Tässä on hiiliterästen ominaisuus ρ:

Kuten voidaan nähdä, sulamislämpötilaa lähestyttäessä se stabiloituu.

Erilaisten johtimien resistanssi

Oli miten oli, ρ:tä käytetään laskelmissa normaaleissa olosuhteissa. Tässä on taulukko, jonka avulla voit verrata tätä ominaisuutta eri metalleille:

Kuten taulukosta näkyy, paras johdin on hopea. Ja vain sen hinta estää sen massiivisen käytön kaapelituotannossa. W.s. alumiini on myös pieni, mutta vähemmän kuin kulta. Taulukosta käy selväksi, miksi talojen johdotus on joko kuparia tai alumiinia.

Taulukko ei sisällä nikkeliä, jolla, kuten olemme jo todenneet, on hieman epätavallinen y-käyrä. Kanssa. lämpötilasta. Nikkelin ominaisvastus lämpötilan nostamisen jälkeen 400 asteeseen ei ala kasvaa, vaan laskee. Se käyttäytyy mielenkiintoisesti myös muissa korvaavissa seoksissa. Näin kuparin ja nikkelin seos käyttäytyy molempien prosenttiosuudesta riippuen:

Ja tämä mielenkiintoinen kaavio näyttää sinkki-magnesiumseosten kestävyyden:

Korkean vastuksen metalliseoksia käytetään materiaaleina reostaattien valmistukseen, tässä ovat niiden ominaisuudet:

Nämä ovat monimutkaisia ​​seoksia, jotka koostuvat raudasta, alumiinista, kromista, mangaanista, nikkelistä.

Mitä tulee hiiliteräksiin, se on noin 1,7 * 10 ^ -7 Ohm m.

Ero u. Kanssa. eri johtimet määräävät niiden sovelluksen. Siten kuparia ja alumiinia käytetään laajalti kaapeleiden valmistuksessa, ja kultaa ja hopeaa käytetään koskettimina useissa radiotekniikan tuotteissa. Suuriresistanssiset johtimet ovat löytäneet paikkansa sähkölaitteiden valmistajien joukossa (tarkemmin sanottuna ne on luotu tätä varten).

Tämän parametrin vaihtelevuus ympäristöolosuhteista riippuen muodosti perustan sellaisille laitteille, kuten magneettikenttäanturit, termistorit, venymämittarit ja valovastukset.

Huolimatta siitä, että tämä aihe saattaa tuntua melko banaalilta, vastaan ​​siinä yhteen erittäin tärkeään kysymykseen, joka koskee jännitehäviön laskemista ja oikosulkuvirtojen laskemista. Luulen, että tämä on monille teistä yhtä suuri ilmestys kuin minulle.

Äskettäin opiskelin yhtä erittäin mielenkiintoista GOST:ia:

GOST R 50571.5.52-2011 Pienjännitesähköasennukset. Osa 5-52. Sähkölaitteiden valinta ja asennus. Johdotus.

Tämä asiakirja tarjoaa kaavan jännitehäviön laskemiseen ja toteaa:

p on johtimien ominaisvastus normaaleissa olosuhteissa, joka on yhtä suuri kuin ominaisvastus lämpötilassa normaaleissa olosuhteissa, toisin sanoen 1,25 resistiivisyys 20 ° C:ssa tai 0,0225 ohm mm 2 / m kuparille ja 0,036 ohm mm 2 / m alumiinille;

En ymmärtänyt mitään =) Ilmeisesti jännitehäviöitä laskettaessa ja oikosulkuvirtoja laskettaessa on otettava huomioon johtimien resistanssi, kuten normaaleissa olosuhteissa.

On syytä huomata, että kaikki taulukkoarvot on annettu 20 asteen lämpötilassa.

Mitkä ovat normaalit olosuhteet? Luulin 30 astetta.

Muistetaan fysiikka ja lasketaan missä lämpötilassa kuparin (alumiinin) vastus kasvaa 1,25-kertaiseksi.

R1 = R0

R0 - vastus 20 celsiusasteessa;

R1 - vastus T1 Celsius-asteessa;

T0 - 20 celsiusastetta;

α \u003d 0,004 celsiusastetta kohden (kupari ja alumiini ovat melkein samat);

1,25 = 1+α (T1-T0)

Т1=(1.25-1)/α+Т0=(1.25-1)/0.004+20=82.5 celsiusastetta.

Kuten näette, se ei ole ollenkaan 30 astetta. Ilmeisesti kaikki laskelmat on suoritettava sallituissa kaapelilämpötiloissa. Kaapelin maksimi käyttölämpötila on 70-90 astetta eristystyypistä riippuen.

Rehellisesti sanottuna en ole samaa mieltä tästä, koska. tämä lämpötila vastaa lähes sähköasennuksen hätätilaa.

Ohjelmissani asetin kuparin ominaisvastuksen - 0,0175 ohm mm 2 / m ja alumiinille - 0,028 ohm mm 2 / m.

Jos muistat, kirjoitin, että oikosulkuvirtojen laskentaohjelmassani tulos on noin 30% pienempi kuin taulukkoarvot. Siellä vaihe-nolla-silmukan resistanssi lasketaan automaattisesti. Yritin etsiä vikaa, mutta en löytänyt. Ilmeisesti laskennan epätarkkuus piilee resistiivisessä, jota ohjelmassa käytetään. Ja kaikki voivat kysyä resistiivisyyttä, joten ohjelmalle ei pitäisi tulla kysymyksiä, jos määrität resistiivisyyden yllä olevasta dokumentista.

Mutta joudun todennäköisesti tekemään muutoksia jännitehäviöiden laskentaohjelmiin. Tämä kasvattaa laskentatuloksia 25 %. Vaikka ELECTRIC-ohjelmassa, jännitehäviöt ovat melkein samat kuin minulla.

Jos olet ensimmäistä kertaa tässä blogissa, voit tutustua kaikkiin ohjelmiini sivulla

Mitä mieltä olette, missä lämpötilassa jännitehäviöt tulisi ottaa huomioon: 30 tai 70-90 asteessa? Onko olemassa sääntöjä, jotka vastaavat tähän kysymykseen?

Jokaiselle johtimelle on oma resistiivisyyden käsite. Tämä arvo koostuu ohmeista, kerrottuna neliömillimetrillä, edelleen jaettuna yhdellä metrillä. Toisin sanoen tämä on johtimen resistanssi, jonka pituus on 1 metri ja poikkileikkaus 1 mm 2. Sama pätee kuparin, ainutlaatuisen metallin, jota käytetään laajalti sähkö- ja energiatekniikassa, ominaisvastus.

kuparin ominaisuudet

Ominaisuuksiensa vuoksi tämä metalli oli yksi ensimmäisistä, joita käytettiin sähkön alalla. Ensinnäkin kupari on muokattava ja sitkeä materiaali, jolla on erinomaiset sähkönjohtavuusominaisuudet. Toistaiseksi tälle johtimelle ei ole vastaavaa korvaavaa energia-alalla.

Erityisen korkean puhtauden elektrolyyttisen kuparin ominaisuuksia arvostetaan. Tämä materiaali mahdollisti lankojen valmistamisen, joiden paksuus oli vähintään 10 mikronia.

Korkean sähkönjohtavuuden lisäksi kupari soveltuu erittäin hyvin tinaukseen ja muuhun käsittelyyn.

Kupari ja sen ominaisvastus

Mikä tahansa johdin vastustaa, kun sähkövirta kulkee sen läpi. Arvo riippuu johtimen pituudesta ja sen poikkileikkauksesta sekä tiettyjen lämpötilojen vaikutuksesta. Siksi johtimien ominaisvastus ei riipu pelkästään materiaalista, vaan myös sen ominaispituudesta ja poikkipinta-alasta. Mitä helpommin materiaali siirtää varauksen itsensä läpi, sitä pienempi on sen vastus. Kuparin ominaisvastusindeksi on 0,0171 ohm x 1 mm 2 /1 m ja se on vain hieman huonompi kuin hopea. Hopean käyttö teollisessa mittakaavassa ei kuitenkaan ole taloudellisesti kannattavaa, joten kupari on paras energiassa käytettävä johdin.

Kuparin ominaisresistanssi liittyy myös sen korkeaan johtavuuteen. Nämä arvot ovat suoraan vastakkaisia ​​toisiaan vastaan. Kuparin ominaisuudet johtimena riippuvat myös resistanssin lämpötilakertoimesta. Tämä koskee erityisesti vastusta, johon johtimen lämpötila vaikuttaa.

Siten kupari on ominaisuuksiensa vuoksi yleistynyt paitsi johtimena. Tätä metallia käytetään useimmissa laitteissa, laitteissa ja kokoonpanoissa, joiden toiminta liittyy sähkövirtaan.

14.04.2018

Sähköasennuksissa johtavina osina käytetään kuparista, alumiinista, niiden seoksista ja raudasta (teräksestä) valmistettuja johtimia.

Kupari on yksi parhaista johtavista materiaaleista. Kuparin tiheys 20 °C:ssa on 8,95 g / cm 3, sulamispiste 1083 °C. Kupari on kemiallisesti hieman aktiivista, mutta liukenee helposti typpihappoon ja liukenee laimeaan suola- ja rikkihappoon vain hapettavan aineen läsnä ollessa. aineet (happi). Ilmassa kupari peittyy nopeasti ohuella kerroksella tummaa oksidia, mutta tämä hapettuminen ei tunkeudu syvälle metalliin ja toimii suojana lisäkorroosiota vastaan. Kupari soveltuu hyvin takomiseen ja valssaukseen ilman kuumennusta.

Käytetään valmistukseen elektrolyyttinen kupari 99,93 % puhdasta kuparia sisältävissä harkoissa.

Kuparin sähkönjohtavuus riippuu voimakkaasti epäpuhtauksien määrästä ja tyypistä sekä vähäisemmässä määrin mekaanisesta ja lämpökäsittelystä. 20 °C:ssa on 0,0172-0,018 ohm x mm2 / m.

Johtimien valmistukseen käytetään pehmeää, puolikovaa tai kovaa kuparia, joiden ominaispaino on vastaavasti 8,9, 8,95 ja 8,96 g / cm 3.

Virtaa kuljettavien osien osien valmistukseen käytetään laajalti kupari seoksissa muiden metallien kanssa. Yleisimmin käytetyt seokset ovat:

Messinki on kuparin ja sinkin seos, jonka seoksessa on vähintään 50 % kuparia, johon on lisätty muita metalleja. messinki 0,031 - 0,079 ohm x mm2/m. On messinki-tompak, jonka kuparipitoisuus on yli 72% (sillä on korkea sitkeys, korroosionesto- ja kitka-ominaisuudet) ja erikoismessingit, joihin on lisätty alumiinia, tinaa, lyijyä tai mangaania.

Messinkikontakti

Pronssit ovat kuparin ja tinan seos eri metallien lisäaineella. Seoksen pääkomponentin pitoisuudesta riippuen pronssia kutsutaan tinaksi, alumiiniksi, piiksi, fosforiksi ja kadmiumiksi. Pronssin resistanssi 0,021 - 0,052 ohm x mm 2 /m.

Messingillä ja pronssilla on hyvät mekaaniset ja fysikaalis-kemialliset ominaisuudet. Ne on helppo käsitellä valamalla ja paineella, kestävät ilmakehän korroosiota.

Alumiini - ominaisuuksiensa puolesta toinen johtava materiaali kuparin jälkeen. Sulamispiste 659,8 ° C. Alumiinin tiheys lämpötilassa 20 ° - 2,7 g / cm 3. Alumiini on helppo valaa ja hyvin koneistettu. 100 - 150 ° C lämpötilassa alumiini on taottu ja sitkeä (se voidaan rullata levyiksi, joiden paksuus on enintään 0,01 mm).

Alumiinin sähkönjohtavuus riippuu suuresti epäpuhtauksista ja vähän mekaanisesta ja lämpökäsittelystä. Mitä puhtaampi alumiinin koostumus, sitä korkeampi sen sähkönjohtavuus ja parempi kestävyys kemiallisia vaikutuksia vastaan. Koneistus, valssaus ja hehkutus vaikuttavat merkittävästi alumiinin mekaaniseen lujuuteen. Kylmätyöstö alumiini lisää sen kovuutta, elastisuutta ja vetolujuutta. Alumiinin resistanssi 20 °C:ssa 0,026 - 0,029 ohm x mm 2 / m.

Kun kupari korvataan alumiinilla, johtimen poikkileikkausta tulee kasvattaa johtavuuksilla, eli 1,63-kertaiseksi.

Samalla johtavuudella alumiinijohdin on 2 kertaa kevyempi kuin kuparijohdin.

Johtimien valmistukseen käytetään alumiinia, joka sisältää vähintään 98% puhdasta alumiinia, piitä enintään 0,3%, rautaa enintään 0,2%

Käytä virtaa kuljettavien osien osien valmistukseen alumiiniseokset muiden metallien kanssa, esimerkiksi: Duralumiini - alumiiniseos kuparin ja mangaanin kanssa.

Silumin on kevytvalettu alumiiniseos, johon on sekoitettu piitä, magnesiumia, mangaania.

Alumiiniseoksilla on hyvät valuominaisuudet ja korkea mekaaninen lujuus.

Sähkötekniikassa yleisimmin käytetyt ovat seuraavat alumiiniseokset:

Taottu alumiiniseos luokka AD, jonka alumiini on vähintään 98,8 ja muita epäpuhtauksia enintään 1,2.

Taottu alumiiniseos merkki AD1, jossa alumiinia vähintään 99,3 n muita epäpuhtauksia enintään 0,7.

Taottu alumiiniseosmerkki AD31, alumiini 97,35 - 98,15 ja muita epäpuhtauksia 1,85 - 2,65.

Luokkien AD ja AD1 metalliseoksia käytetään metallipuristimien koteloiden ja muottien valmistukseen. Sähköjohtimissa käytettävät profiilit ja renkaat on valmistettu AD31-luokan metalliseoksesta.

Alumiinilejeeringeistä valmistetut tuotteet saavuttavat lämpökäsittelyn seurauksena suuren vetolujuuden ja tuoton (virumisen).

Rauta - sulamispiste 1539°C. Raudan tiheys on 7,87. Rauta liukenee happoihin, hapettuu halogeenien ja hapen kanssa.

Sähkötekniikassa käytetään eri laatuisia teräksiä, esimerkiksi:

Hiiliteräkset ovat muokattavia raudan seoksia hiilen ja muiden metallurgisten epäpuhtauksien kanssa.

Hiiliterästen ominaisvastus on 0,103 - 0,204 ohm x mm 2 /m.

Seosteräkset ovat seoksia, joihin on lisätty kromia, nikkeliä ja muita hiiliteräkseen lisättyjä alkuaineita.

Teräkset ovat hyviä.

Seosten lisäaineina sekä juotteiden valmistukseen ja johtavien metallien toteuttamiseen käytetään laajalti seuraavia:

Kadmium on muokattava metalli. Kadmiumin sulamispiste on 321 °C. Resistiivisyys 0,1 ohm x mm 2 /m. Sähkötekniikassa kadmiumia käytetään matalassa lämpötilassa sulavien juotteiden valmistukseen ja metallipintojen suojapinnoitteisiin (kadmium). Korroosionestoominaisuuksiltaan kadmium on lähellä sinkkiä, mutta kadmiumpinnoitteet ovat vähemmän huokoisia ja niitä levitetään ohuempana kerroksena kuin sinkki.

Nikkeli - sulamispiste 1455°C. Nikkelin ominaisvastus on 0,068 - 0,072 ohm x mm 2 /m. Normaaleissa lämpötiloissa se ei hapetu ilmakehän hapen vaikutuksesta. Nikkeliä käytetään metalliseoksissa ja metallipintojen suojapinnoittamiseen (nikkelointiin).

Tina - sulamispiste 231,9 °C. Tinan ominaisvastus on 0,124 - 0,116 ohm x mm 2 /m. Tinaa käytetään metallien suojaavan pinnoitteen (tinauksen) juottamiseen puhtaassa muodossaan ja seosten muodossa muiden metallien kanssa.

Lyijy - sulamispiste 327,4°C. Resistiivisyys 0,217 - 0,227 ohm x mm 2 /m. Lyijyä käytetään seoksissa muiden metallien kanssa haponkestävänä materiaalina. Sitä lisätään juotosseoksiin (juotteisiin).

Hopea on erittäin muokattava, muokattava metalli. Hopean sulamispiste on 960,5°C. Hopea on paras lämmön- ja sähkövirran johde. Hopean ominaisvastus on 0,015 - 0,016 ohm x mm 2 / m. Hopeaa käytetään metallipintojen suojapinnoitukseen (hopeaukseen).

Antimoni on kiiltävä hauras metalli, sulamispiste 631°C. Antimonia käytetään lisäaineina juotosseoksissa (juotteissa).

Kromi on kova, kiiltävä metalli. Sulamispiste 1830 °C. Se ei muutu ilmassa normaalilämpötilassa. Kromin ominaisresistanssi on 0,026 ohm x mm 2 /m. Kromia käytetään metalliseoksissa ja metallipintojen suojapinnoittamiseen (kromaukseen).

Sinkki - sulamispiste 419,4 °C. Sinkin ominaisvastus 0,053 - 0,062 ohm x mm 2 /m. Kosteassa ilmassa sinkki hapettuu ja peittyy oksidikerroksella, joka suojaa myöhemmiltä kemiallisilta vaikutuksilta. Sähkötekniikassa sinkkiä käytetään lisäaineena metalliseoksissa ja juotoksissa sekä metalliosien pintojen suojaamiseen (sinkitykseen).

Heti kun sähkö lähti tutkijoiden laboratorioista ja sitä alettiin ottaa laajalti käyttöön jokapäiväisessä elämässä, heräsi kysymys materiaalien löytämisestä, joilla on tietyt, joskus täysin päinvastaiset ominaisuudet suhteessa sähkövirran virtaukseen niiden läpi.

Esimerkiksi siirrettäessä sähköenergiaa pitkän matkan päähän johtojen materiaalille asetettiin vaatimuksia minimoida Joule-kuumenemisen aiheuttamat häviöt yhdessä kevyiden painoominaisuuksien kanssa. Esimerkkinä tästä ovat tutut korkeajännitteiset voimajohdot, jotka on valmistettu alumiinilangoista, joissa on teräsydin.

Tai päinvastoin kompaktien putkimaisten sähkölämmittimien luomiseen vaadittiin materiaaleja, joilla on suhteellisen korkea sähkövastus ja korkea lämpöstabiilisuus. Yksinkertaisin esimerkki laitteesta, jossa käytetään samanlaisia ​​materiaaleja, on tavallisen keittiön sähköliesi poltin.

Biologiassa ja lääketieteessä elektrodeina, antureina ja antureina käytettävät johtimet vaativat korkeaa kemiallista kestävyyttä ja yhteensopivuutta biomateriaalien kanssa yhdistettynä alhaiseen kosketusresistanssiin.

Kokonainen galaksi keksijöitä eri maista: Englannista, Venäjältä, Saksasta, Unkarista ja Yhdysvalloista panostivat sellaisen laitteen kehittämiseen, joka on nyt kaikille tuttu hehkulamppuna. Thomas Edison, suoritettuaan yli tuhat koetta filamenttien rooliin soveltuvien materiaalien ominaisuuksien testaamiseksi, loi lampun, jossa oli platinaspiraali. Edison-lamput, vaikka niillä oli pitkä käyttöikä, eivät olleet käytännöllisiä lähdemateriaalin korkeiden kustannusten vuoksi.

Venäläisen keksijän Lodyginin myöhempi työ, joka ehdotti suhteellisen halvan tulenkestävän volframin ja molybdeenin käyttöä kierremateriaaleina, löysi käytännön sovelluksen. Lisäksi Lodygin ehdotti ilman pumppaamista pois hehkulampuista korvaamalla se inertillä tai jalokaasulla, mikä johti nykyaikaisten hehkulamppujen luomiseen. Edullisten ja kestävien sähkölamppujen massatuotannon edelläkävijä oli General Electric, jolle Lodygin luovutti oikeudet patentteihinsa ja työskenteli sitten menestyksekkäästi yrityksen laboratorioissa pitkään.

Tätä listaa voidaan jatkaa, sillä utelias ihmismieli on niin kekseliäs, että joskus tietyn teknisen ongelman ratkaisemiseksi se tarvitsee materiaaleja, joilla on tähän asti tuntemattomia ominaisuuksia tai näiden ominaisuuksien uskomattomia yhdistelmiä. Luonto ei enää pysy ruokahalumme tahdissa, ja tutkijat kaikkialta maailmasta ovat osallistuneet kilpailuun luodakseen materiaaleja, joilla ei ole luonnollisia analogeja.

Se on sähkökotelon tai kotelon tarkoituksellinen liittäminen suojamaadoituslaitteeseen. Yleensä maadoitus suoritetaan yli 2,5 metrin syvyyteen maahan upotettuina teräs- tai kuparinauhojen, putkien, tankojen tai kulmien muodossa, jotka onnettomuuden sattuessa varmistavat virran kulkemisen piiriä pitkin laite - kotelo tai kotelo - maadoitus - vaihtovirtalähteen nollajohto. Tämän piirin resistanssi ei saa olla yli 4 ohmia. Tässä tapauksessa hätälaitteen rungon jännite lasketaan arvoihin, jotka ovat turvallisia ihmisille, ja automaattiset laitteet sähköpiirin suojaamiseksi tavalla tai toisella sammuttavat hätälaitteen.

Suojamaadoituselementtejä laskettaessa on tärkeä rooli maaperän resistiivisuuden tuntemuksella, joka voi vaihdella laajalla alueella.

Viitetaulukoiden tietojen mukaan maadoituslaitteen pinta-ala valitaan, maadoituselementtien lukumäärä ja koko laitteen todellinen rakenne lasketaan siitä. Suojamaadoituslaitteen rakenneosien kytkentä suoritetaan hitsaamalla.

Elektrotomografia

Sähköinen etsintä tutkii maanläheistä geologista ympäristöä, sitä käytetään malmin ja ei-metallisten mineraalien ja muiden esineiden etsimiseen perustuen erilaisten keinotekoisten sähkö- ja sähkömagneettisten kenttien tutkimukseen. Sähkötutkimuksen erikoistapaus on sähköresistanssitomografia - menetelmä kivien ominaisuuksien määrittämiseksi niiden resistiivisuuden perusteella.

Menetelmän ydin piilee siinä, että sähkökenttälähteen tietyssä kohdassa tehdään jännitemittauksia erilaisilla antureilla, sitten kenttälähde siirretään toiseen paikkaan tai vaihdetaan toiseen lähteeseen ja mittaukset toistetaan. Kenttälähteet ja kenttävastaanotinanturit sijoitetaan pinnalle ja kaivoihin.

Sitten vastaanotettu data käsitellään ja tulkitaan nykyaikaisilla tietokonekäsittelymenetelmillä, jotka mahdollistavat tiedon visualisoinnin kaksi- ja kolmiulotteisten kuvien muodossa.

Koska elektrotomografia on erittäin tarkka hakumenetelmä, se tarjoaa korvaamatonta apua geologeille, arkeologeille ja paleotsoologeille.

Mineraaliesiintymien esiintymismuodon ja niiden leviämisen rajojen määrittäminen (ääriviivat) mahdollistaa mineraaliesiintymien esiintymisen tunnistamisen, mikä vähentää merkittävästi niiden myöhemmän kehittämisen kustannuksia.

Arkeologeille tämä hakumenetelmä tarjoaa arvokasta tietoa muinaisten hautausten sijainnista ja niissä olevista esineistä, mikä vähentää louhintakustannuksia.

Paleozoologit käyttävät sähkötomografiaa etsiäkseen muinaisten eläinten kivettyneet jäänteet; heidän työnsä tulokset ovat nähtävissä luonnontieteellisissä museoissa esihistoriallisen megafaunan luurankojen hämmästyttävinä rekonstruktioina.

Lisäksi sähköistä tomografiaa käytetään teknisten rakenteiden rakentamisessa ja myöhemmässä käytössä: korkeat rakennukset, padot, padot, penkerit ja muut.

Resistiivisyyden määritelmät käytännössä

Joskus käytännön ongelmien ratkaisemiseksi saatamme kohdata tehtävän määrittää aineen koostumus, esimerkiksi polystyreenivaahtoleikkurin lanka. Meillä on kaksi halkaisijaltaan sopivaa lankakelaa erilaisista meille tuntemattomista materiaaleista. Ongelman ratkaisemiseksi on tarpeen löytää niiden sähkövastus ja määrittää sitten langan materiaali käyttämällä löydettyjen arvojen eroa tai käyttämällä vertailutaulukkoa.

Mittaamme mittanauhalla ja katkaisemme jokaisesta näytteestä 2 metriä lankaa. Määritetään langan halkaisijat d₁ ja d2 mikrometrillä. Kytkemällä yleismittari päälle resistanssimittauksen alarajaan, mittaamme näytteen R1 resistanssin. Toistamme menettelyn toiselle näytteelle ja mittaamme myös sen resistanssin R₂.

Otamme huomioon, että johtojen poikkileikkausala lasketaan kaavalla

S \u003d π ∙ d 2/4

Nyt kaava sähköisen vastuksen laskemiseksi näyttää tältä:

ρ = R ∙ π ∙ d 2 /4 ∙ L

Korvaamalla saadut arvot L, d₁ ja R₁ yllä olevassa artikkelissa annettuun resistanssin laskentakaavaan, laskemme ρ₁:n arvon ensimmäiselle näytteelle.

ρ 1 \u003d 0,12 ohm mm 2 / m

Korvaamalla saadut arvot L, d₂ ja R₂ kaavaan, laskemme ρ₂:n arvon toiselle näytteelle.

ρ 2 \u003d 1,2 ohm mm 2 / m

Vertaamalla ρ₁:n ja ρ₂:n arvoja yllä olevan taulukon 2 vertailutietoihin päättelemme, että ensimmäisen näytteen materiaali on terästä ja toisen näytteen materiaali on nikromia, josta teemme leikkurin.

Metallin kykyä siirtää varautunut virta itsensä läpi kutsutaan. Vastus puolestaan ​​on yksi materiaalin ominaisuuksista. Mitä suurempi sähkövastus tietyllä jännitteellä on, sitä pienempi se on.Se luonnehtii johtimen vastusvoimaa sitä pitkin suuntautuneelle varautuneiden elektronien liikkeelle. Koska sähkön siirtoominaisuus on vastuksen käänteisluku, se tarkoittaa, että se ilmaistaan ​​kaavojen muodossa suhteessa 1 / R.

Resistanssi riippuu aina laitteiden valmistuksessa käytetyn materiaalin laadusta. Se mitataan johtimen parametrien perusteella, jonka pituus on 1 metri ja poikkipinta-ala 1 neliömillimetri. Esimerkiksi kuparin ominaisresistanssin ominaisuus on aina 0,0175 ohmia, alumiinilla - 0,029, raudalla - 0,135, konstantaanilla - 0,48, nikromilla - 1-1,1. Teräksen ominaisvastus on yhtä suuri kuin luku 2 * 10-7 Ohm.m

Virran vastus on suoraan verrannollinen sen johtimen pituuteen, jota pitkin se liikkuu. Mitä pidempi laite, sitä suurempi vastus. On helpompi oppia tämä riippuvuus, jos kuvittelet kahden kuvitteellisen suoniparin kommunikoivan keskenään. Anna liitosputken olla toisella laiteparilla ohuempi ja toisessa paksumpi. Kun molemmat parit on täytetty vedellä, nesteen siirtyminen paksuun putkeen on paljon nopeampaa, koska sillä on vähemmän vastustuskykyä veden virtaukselle. Tämän analogian mukaan hänen on helpompi kulkea paksua johdinta pitkin kuin ohutta.

Resistanssi SI-yksikkönä mitataan ohmeina. Johtavuus riippuu varautuneiden hiukkasten keskimääräisestä vapaasta reitistä, jolle on ominaista materiaalin rakenne. Epäpuhtauksilla olevilla metalleilla, joissa oikealla on alhaisimmat vastavaikutusarvot. Sitä vastoin epäpuhtaudet vääristävät hilaa, mikä lisää sen suorituskykyä. Metallien ominaisvastus sijaitsee kapealla arvoalueella normaalilämpötilassa: hopeasta 0,016 - 10 μOhm.m (raudan ja kromin seokset alumiinin kanssa).

Ladatun liikkeen ominaisuuksista

Lämpötila vaikuttaa johtimessa oleviin elektroneihin, koska sen noustessa olemassa olevien ionien ja atomien aaltovärähtelyjen amplitudi kasvaa. Tämän seurauksena elektroneilla on vähemmän vapaata tilaa normaalille liikkeelle kidehilassa. Ja tämä tarkoittaa, että este säännölliselle liikkumiselle kasvaa. Minkä tahansa johtimen ominaisvastus, kuten tavallista, kasvaa lineaarisesti lämpötilan noustessa. Ja puolijohteille päinvastoin on ominaista väheneminen asteiden kasvaessa, koska tämän vuoksi vapautuu monia varauksia, jotka luovat tasaisen sähkövirran.

Joidenkin metallijohtimien jäähdytys haluttuun lämpötilaan tuo niiden resistanssin hyppymäiseen tilaan ja putoaa nollaan. Tämä ilmiö löydettiin vuonna 1911, ja sitä kutsuttiin suprajohtavuudeksi.

Sisältö:

Metallien ominaisvastus on niiden kyky vastustaa niiden läpi kulkevaa sähkövirtaa. Tämän arvon mittayksikkö on Ohm * m (Ohm-meter). Symbolina käytetään kreikkalaista kirjainta ρ (rho). Suuri resistiivisyys tarkoittaa tietyn materiaalin huonoa sähkövarauksen johtumista.

Teräksen tekniset tiedot

Ennen kuin harkitset yksityiskohtaisesti teräksen ominaisvastusta, sinun tulee tutustua sen fysikaalisiin ja mekaanisiin perusominaisuuksiin. Ominaisuuksiensa ansiosta tätä materiaalia käytetään laajasti teollisuudessa ja muilla ihmisten elämän ja toiminnan alueilla.

Teräs on raudan ja hiilen seos, jonka määrä on enintään 1,7%. Hiilen lisäksi teräs sisältää tietyn määrän epäpuhtauksia - piitä, mangaania, rikkiä ja fosforia. Ominaisuuksiensa suhteen se on paljon parempi kuin valurauta, se on helposti karkaistu, taottu, valssattu ja muun tyyppinen käsittely. Kaikille terästyypeille on ominaista korkea lujuus ja sitkeys.

Tarkoituksensa mukaan teräs jaetaan rakenteelliseen, työkaluun ja myös erityisiin fysikaalisiin ominaisuuksiin. Jokainen niistä sisältää erilaisen määrän hiiltä, ​​minkä ansiosta materiaali saa tiettyjä erityisominaisuuksia, esimerkiksi lämmönkestävyyden, lämmönkestävyyden, ruosteen- ja korroosionkestävyyden.

Erityisen paikan ovat levymuodossa valmistetut sähköteräkset, joita käytetään sähkötuotteiden valmistuksessa. Tämän materiaalin saamiseksi suoritetaan seostus piillä, mikä voi parantaa sen magneettisia ja sähköisiä ominaisuuksia.

Jotta sähköteräs saavuttaisi tarvittavat ominaisuudet, tietyt vaatimukset ja ehdot on täytettävä. Materiaalin tulee olla helposti magnetoituvaa ja uudelleenmagnetoituvaa, eli sillä on oltava korkea magneettinen läpäisevyys. Tällaisilla teräksillä on hyvät ominaisuudet, ja niiden magnetoinnin käännös tapahtuu minimaalisilla häviöillä.

Näiden vaatimusten täyttymisestä riippuvat magneettisydämien ja käämien mitat ja massa sekä muuntajien hyötysuhde ja käyttölämpötila. Ehtojen täyttymiseen vaikuttavat monet tekijät, mukaan lukien teräksen ominaisvastus.

Resistanssi ja muut indikaattorit

Sähkövastusarvo on metallin sähkökentän voimakkuuden ja siinä virtaavan virrantiheyden suhde. Käytännön laskelmiin käytetään kaavaa: jossa ρ on metallin ominaisvastus (Ohm * m), E- sähkökentän voimakkuus (V/m) ja J- sähkövirran tiheys metallissa (A / m 2). Erittäin suurella sähkökentän voimakkuudella ja alhaisella virrantiheydellä metallin ominaisvastus on korkea.

On olemassa toinen suure, nimeltään sähkönjohtavuus, resistiivisyyden käänteisarvo, joka osoittaa tietyn materiaalin sähkövirran johtavuusasteen. Se määritetään kaavalla ja ilmaistaan ​​yksiköissä Sm / m - Siemens per metri.

Resistanssi liittyy läheisesti sähkövastukseen. Heillä on kuitenkin eroja keskenään. Ensimmäisessä tapauksessa tämä on materiaalin ominaisuus, mukaan lukien teräs, ja toisessa tapauksessa määritetään koko esineen ominaisuus. Vastuksen laatuun vaikuttaa useiden tekijöiden yhdistelmä, ensisijaisesti sen materiaalin muoto ja ominaisvastus, josta se on valmistettu. Jos esimerkiksi lankavastuksen valmistukseen käytettiin ohutta ja pitkää lankaa, sen vastus on suurempi kuin saman metallin paksusta ja lyhyestä langasta tehdyn vastuksen.

Toinen esimerkki ovat lankavastukset, joilla on sama halkaisija ja pituus. Kuitenkin, jos yhdessä niistä materiaalilla on korkea resistanssi ja toisessa se on pieni, niin ensimmäisen vastuksen sähkövastus on vastaavasti suurempi kuin toisessa.

Kun tiedät materiaalin perusominaisuudet, voit käyttää teräksen ominaisvastusta määrittämään teräsjohtimen resistanssiarvon. Laskelmia varten tarvitaan sähkövastuksen lisäksi itse langan halkaisija ja pituus. Laskelmat suoritetaan seuraavan kaavan mukaan: , jossa R on (ohm), ρ - teräksen ominaisvastus (Ohm * m), L- vastaa langan pituutta, MUTTA- sen poikkileikkauksen pinta-ala.

Teräksen ja muiden metallien ominaisvastus on riippuvainen lämpötilasta. Useimmissa laskelmissa käytetään huoneen lämpötilaa - 20 0 C. Kaikki tämän tekijän vaikutuksen alaiset muutokset otetaan huomioon lämpötilakertoimella.