Otpornost metala je njihova sposobnost da se odupru električnoj struji koja prolazi kroz njih. Jedinica mjerenja ove vrijednosti je Ohm * m (Ohm-metar). Grčko slovo ρ (rho) se koristi kao simbol. Visoka otpornost znači lošu provodljivost električnog naboja od strane određenog materijala.
Specifikacije čelika
Prije detaljnog razmatranja otpornosti čelika, trebali biste se upoznati s njegovim osnovnim fizičkim i mehaničkim svojstvima. Zbog svojih kvaliteta ovaj materijal ima široku primenu u proizvodnom sektoru i drugim oblastima života i delatnosti ljudi.
Čelik je legura željeza i ugljika, sadržana u količini koja ne prelazi 1,7%. Osim ugljika, čelik sadrži i određenu količinu nečistoća - silicijum, mangan, sumpor i fosfor. Po svojim kvalitetima mnogo je bolji od livenog gvožđa, lako se kaljuje, kouje, valja i druge vrste obrade. Sve vrste čelika odlikuju se visokom čvrstoćom i duktilnošću.
Čelik se prema namjeni dijeli na konstrukcijski, alatni, a također i sa posebnim fizičkim svojstvima. Svaki od njih sadrži različitu količinu ugljika, zbog čega materijal stječe određene specifične kvalitete, na primjer, otpornost na toplinu, otpornost na toplinu, otpornost na hrđu i koroziju.
Posebno mjesto zauzimaju električni čelici proizvedeni u formatu lima i koji se koriste u proizvodnji električnih proizvoda. Da bi se dobio ovaj materijal, vrši se dopiranje silicijumom koji može poboljšati njegova magnetska i električna svojstva.
Da bi električni čelik stekao potrebne karakteristike, moraju biti ispunjeni određeni zahtjevi i uvjeti. Materijal treba lako magnetizirati i remagnetizirati, odnosno imati visoku magnetnu permeabilnost. Takvi čelici imaju dobre rezultate, a njihovo okretanje magnetizacije vrši se uz minimalne gubitke.
Dimenzije i masa magnetnih jezgara i namotaja, kao i efikasnost transformatora i njihova radna temperatura zavise od ispunjavanja ovih zahtjeva. Na ispunjenje uslova utiču mnogi faktori, uključujući otpornost čelika.
Otpornost i drugi pokazatelji
Vrijednost električne otpornosti je omjer jakosti električnog polja u metalu i gustine struje koja teče u njemu. Za praktične proračune koristi se formula: u kojoj ρ je otpornost metala (Ohm * m), E- jačina električnog polja (V/m), i J- gustina električne struje u metalu (A / m 2). Uz vrlo veliku jačinu električnog polja i nisku gustinu struje, otpornost metala će biti visoka.
Postoji još jedna veličina koja se zove električna provodljivost, inverzna otpornosti, koja ukazuje na stepen provodljivosti električne struje određenog materijala. Određuje se formulom i izražava se u jedinicama Sm / m - Siemens po metru.
Otpornost je usko povezana s električnim otporom. Međutim, oni imaju razlike među sobom. U prvom slučaju se radi o svojstvu materijala, uključujući čelik, au drugom slučaju se utvrđuje svojstvo cijelog objekta. Na kvalitet otpornika utiče kombinacija više faktora, prvenstveno oblika i otpornosti materijala od kojeg je napravljen. Na primjer, ako je za izradu žičanog otpornika korištena tanka i duga žica, tada će njen otpor biti veći od otpornika napravljenog od debele i kratke žice od istog metala.
Drugi primjer su žičani otpornici istog promjera i dužine. Međutim, ako u jednom od njih materijal ima visoku otpornost, a u drugom nisku, tada će, shodno tome, električni otpor u prvom otporniku biti veći nego u drugom.
Poznavajući osnovna svojstva materijala, možete koristiti otpornost čelika za određivanje vrijednosti otpora čeličnog vodiča. Za proračune, osim električne otpornosti, bit će potrebni promjer i dužina same žice. Proračuni se vrše prema sljedećoj formuli: , u kojoj R je (Ohm), ρ - otpornost čelika (Ohm * m), L- odgovara dužini žice, ALI- površina njegovog poprečnog presjeka.
Postoji ovisnost otpornosti čelika i drugih metala o temperaturi. U većini proračuna koristi se sobna temperatura - 20 0 C. Sve promjene pod utjecajem ovog faktora uzimaju se u obzir pomoću temperaturnog koeficijenta.
Otpor bakra se mijenja s temperaturom, ali prvo treba odlučiti da li mislimo na električnu otpornost provodnika (omski otpor) koja je važna za napajanje preko Etherneta korištenjem jednosmjerne struje, ili je riječ o signalima u mrežama podataka, a onda govorimo o insercionom gubitku pri širenju elektromagnetnog talasa u mediju upredene parice i zavisnosti slabljenja od temperature (i frekvencije, što nije manje važno).
Otpornost bakra
U međunarodnom SI sistemu, otpornost provodnika se mjeri u Ohm∙m. U oblasti informacionih tehnologija češće se koristi vansistemska dimenzija Ohm∙mm 2 /m, što je pogodnije za proračune, jer su poprečni presjeci vodiča obično naznačeni u mm 2. Vrijednost 1 Ohm∙mm 2 /m je milion puta manja od 1 Ohm∙m i karakterizira specifičan otpor tvari čiji je homogeni provodnik dugačak 1 m i površine poprečnog presjeka od 1 mm 2 daje otpor od 1 Ohm.
Otpornost čistog električnog bakra na 20°C je 0,0172 Ohm∙mm2/m. U raznim izvorima možete pronaći vrijednosti do 0,018 Ohm ∙ mm 2 / m, što se može primijeniti i na električni bakar. Vrijednosti variraju ovisno o obradi kojoj je materijal podvrgnut. Na primjer, žarenje nakon izvlačenja ("izvlačenje") žice smanjuje otpornost bakra za nekoliko posto, iako se provodi prvenstveno radi promjene mehaničkih, a ne električnih svojstava.
Otpornost bakra ima direktan uticaj na power-over-Ethernet aplikacije. Samo dio originalne istosmjerne struje primijenjene na provodnik će doći do udaljenog kraja provodnika - neki gubitak na tom putu je neizbježan. Na primjer, PoE tip 1 potrebno je najmanje 12,95 vati od 15,4 vati koje napaja izvor da bi se došlo do uređaja koji se napaja na udaljenom kraju.
Otpornost bakra se mijenja s temperaturom, ali za IT temperature te promjene su male. Promjena otpornosti se izračunava po formulama:
ΔR = α R ΔT
R 2 \u003d R 1 (1 + α (T 2 - T 1))
gdje je ΔR promjena otpornosti, R je otpornost na temperaturi koja se uzima kao bazna linija (obično 20°C), ΔT je temperaturni gradijent, α je temperaturni koeficijent otpornosti za dati materijal (dimenzija °C -1) . U rasponu od 0°C do 100°C za bakar, usvojen je temperaturni koeficijent od 0,004 °C -1. Izračunajte otpornost bakra na 60°C.
R 60°S = R 20°S (1 + α (60°S - 20°S)) = 0,0172 (1 + 0,004 40) ≈ 0,02 Ohm∙mm2/m
Otpornost je porasla za 16% s porastom temperature za 40°C. Prilikom rada kablovskih sistema, naravno, upredena parica ne bi trebalo da bude na visokim temperaturama, to ne bi trebalo dozvoliti. Uz pravilno dizajniran i instaliran sistem, temperatura kablova se malo razlikuje od uobičajenih 20°C, a tada će promjena otpora biti mala. Prema zahtjevima telekomunikacijskih standarda, otpor bakrenog vodiča dužine 100 m u upredenom paru kategorije 5e ili 6 ne bi trebao biti veći od 9,38 oma na 20 °C. U praksi, proizvođači odgovaraju ovoj vrijednosti s marginom, tako da čak i na temperaturama od 25 ° C ÷ 30 ° C, otpor bakrenog vodiča ne prelazi ovu vrijednost.
Slabljenje upredenog para / Gubitak umetanja
Kada se elektromagnetski val širi kroz bakreni medij s upredenom parom, dio njegove energije se rasipa duž putanje od bližeg do udaljenog kraja. Što je temperatura kabla viša, signal se više slabi. Na visokim frekvencijama, slabljenje je jače nego na niskim frekvencijama, a za više kategorije, granice testiranja gubitka umetanja su strože. U ovom slučaju, sve granične vrijednosti su postavljene na temperaturu od 20°C. Ako je na 20°C originalni signal stigao na krajnji kraj 100 m dugog segmenta sa nivoom snage P, tada će se na povišenim temperaturama takva snaga signala primijetiti na manjim udaljenostima. Ako je potrebno osigurati istu jačinu signala na izlazu segmenta, onda ćete morati ili ugraditi kraći kabel (što nije uvijek moguće) ili odabrati marke kablova sa manjim prigušenjem.
- Za zaštićene kablove na temperaturama iznad 20°C, promena temperature od 1 stepen dovodi do promene slabljenja od 0,2%
- Za sve vrste kablova i bilo koje frekvencije na temperaturama do 40°C, promjena temperature za 1 stepen dovodi do promjene slabljenja za 0,4%
- Za sve vrste kablova i bilo koje frekvencije na temperaturama od 40°C do 60°C, promena temperature za 1 stepen dovodi do promene slabljenja za 0,6%
- Kablovi kategorije 3 mogu imati varijaciju slabljenja od 1,5% po stepenu Celzijusa
Već početkom 2000. TIA/EIA-568-B.2 preporučuje da se smanji maksimalna dozvoljena dužina trajne veze/kanala kategorije 6 ako je kabl instaliran na povišenim temperaturama, a što je temperatura viša, segment bi trebao biti kraći.
S obzirom da je gornja granica frekvencije u kategoriji 6A dvostruko veća od kategorije 6, ograničenja temperature za takve sisteme će biti još stroža.
Do danas, prilikom implementacije aplikacija PoE govorimo o maksimalnoj brzini od 1 gigabita. Kada koristite 10 Gigabit aplikacije, Power over Ethernet se ne koristi, barem ne još. Dakle, ovisno o vašim potrebama, kada mijenjate temperaturu, morate uzeti u obzir ili promjenu otpornosti bakra ili promjenu slabljenja. Najrazumnije je u oba slučaja osigurati da kablovi budu na temperaturi blizu 20°C.
sadržaj:
U elektrotehnici, jedan od glavnih elemenata električnih kola su žice. Njihov zadatak je propuštanje električne struje uz minimalne gubitke. Eksperimentalno je odavno utvrđeno da je, kako bi se smanjili gubici snage, žice najbolje napraviti od srebra. Upravo ovaj metal daje svojstva vodiča s minimalnim otporom u omima. Ali pošto je ovaj plemeniti metal skup, njegova upotreba u industriji je vrlo ograničena.
A glavni metali za žice su aluminijum i bakar. Nažalost, otpor gvožđa kao provodnika struje je prevelik da bi se od njega napravila dobra žica. Unatoč nižoj cijeni, koristi se samo kao nosač za žice dalekovoda.
Tako različiti otpori
Otpor se mjeri u omima. Ali za žice, ova vrijednost je vrlo mala. Ako pokušate mjeriti testerom u načinu mjerenja otpora, bit će teško dobiti ispravan rezultat. Štaviše, bez obzira koju žicu uzmemo, rezultat na instrument tabli malo će se razlikovati. Ali to ne znači da će zapravo električni otpor ovih žica jednako utjecati na gubitak električne energije. Da biste to potvrdili, potrebno je analizirati formulu po kojoj se izračunava otpor:
Ova formula koristi količine kao što su:
Ispostavilo se da otpor određuje otpor. Postoji otpor izračunat po formuli koristeći drugi otpor. Ovaj specifični električni otpor ρ (grčko slovo ro) samo određuje prednost određenog metala kao električnog provodnika:
Stoga, ako se bakar, željezo, srebro ili bilo koji drugi materijal koristi za izradu identičnih žica ili vodiča posebnog dizajna, to je materijal koji će igrati glavnu ulogu u njegovim električnim svojstvima.
Ali u stvari, situacija s otporom je složenija od pukih proračuna korištenjem gornjih formula. Ove formule ne uzimaju u obzir temperaturu i oblik prečnika vodiča. A s povećanjem temperature, otpornost bakra, kao i svakog drugog metala, postaje veća. Vrlo jasan primjer za to bi bila sijalica sa žarnom niti. Otpor njegove spirale možete izmjeriti testerom. Zatim, mjerenjem struje u kolu sa ovom lampom, prema Ohmovom zakonu, izračunajte njen otpor u stanju sjaja. Rezultat će biti mnogo veći nego kod mjerenja otpora testerom.
Slično, bakar neće dati očekivanu efikasnost pri velikoj struji, ako zanemarimo oblik poprečnog presjeka vodiča. Skin efekat, koji se očituje direktno proporcionalno povećanju struje, čini vodiče okruglog presjeka neefikasnim, čak i ako se koristi srebro ili bakar. Iz tog razloga, otpor okrugle bakrene žice pri velikoj struji može biti veći od otpora ravne aluminijske žice.
Štaviše, čak i ako su njihove površine poprečnog presjeka iste. Kod naizmjenične struje manifestira se i skin efekat koji se povećava kako se frekvencija struje povećava. Skin efekat znači da struja teži da teče bliže površini provodnika. Iz tog razloga, u nekim slučajevima je povoljnije koristiti srebrnu prevlaku žica. Čak i neznatno smanjenje površinskog otpora posrebrenog bakrenog provodnika značajno smanjuje gubitak signala.
Generalizacija koncepta otpornosti
Kao iu svakom drugom slučaju koji je povezan sa prikazom dimenzija, otpornost se izražava u različitim sistemima jedinica. SI (Međunarodni sistem jedinica) koristi ohm m, ali je također prihvatljivo koristiti ohm*kV mm/m (ovo je nesistemska jedinica otpornosti). Ali u stvarnom provodniku, vrijednost otpora nije konstantna. Kako se svi materijali odlikuju određenom čistoćom, koja može varirati od tačke do tačke, bilo je potrebno napraviti odgovarajući prikaz otpora u stvarnom materijalu. Omov zakon u diferencijalnom obliku postao je takva manifestacija:
Ovaj zakon se najvjerovatnije neće primjenjivati na obračune domaćinstava. Ali u toku dizajniranja raznih elektronskih komponenti, na primjer, otpornika, kristalnih elemenata, sigurno se koristi. Pošto vam omogućava da izvršite proračune na osnovu date tačke, za koju postoji gustina struje i jačina električnog polja. I odgovarajuću otpornost. Formula se primjenjuje na nehomogene izotropne i anizotropne tvari (kristali, plinsko pražnjenje, itd.).
Kako se dobija čisti bakar?
Da bi se minimizirali gubici u žicama i kabelskim jezgrama od bakra, mora biti posebno čista. To se postiže posebnim tehnološkim procesima:
- na bazi elektronskog snopa, kao i zonskog topljenja;
- ponovljeno čišćenje elektrolizom.
Kada se zatvori električni krug, na čijim stezaljkama postoji razlika potencijala, nastaje električna struja. Slobodni elektroni se pod uticajem sila električnog polja kreću duž provodnika. U svom kretanju, elektroni se sudaraju s atomima provodnika i daju im rezervu svoje kinetičke energije. Brzina kretanja elektrona se stalno mijenja: kada se elektroni sudaraju s atomima, molekulama i drugim elektronima, ona se smanjuje, zatim povećava pod utjecajem električnog polja i opet opada s novim sudarom. Kao rezultat toga, u vodiču se uspostavlja ravnomjeran tok elektrona brzinom od nekoliko djelića centimetra u sekundi. Posljedično, elektroni koji prolaze kroz provodnik uvijek nailaze na otpor sa njegove strane svom kretanju. Kada električna struja prođe kroz provodnik, potonji se zagrijava.
Električni otpor
Električni otpor vodiča, koji je označen latiničnim slovom r, je svojstvo tijela ili medija da pretvara električnu energiju u toplinsku energiju kada električna struja prolazi kroz njega.
Na dijagramima je električni otpor prikazan kao što je prikazano na slici 1, ali.
Promjenljivi električni otpor, koji služi za promjenu struje u kolu, naziva se reostat. Na dijagramima su reostati označeni kao što je prikazano na slici 1, b. Općenito, reostat se izrađuje od žice jednog ili drugog otpora, namotane na izolacijsku podlogu. Klizač ili poluga reostata postavlja se u određeni položaj, zbog čega se željeni otpor uvodi u krug.
Dugačak provodnik malog poprečnog presjeka stvara visok otpor struje. Kratki provodnici velikog poprečnog presjeka imaju malu otpornost na struju.
Ako uzmemo dva vodiča od različitih materijala, ali iste dužine i presjeka, onda će vodiči provoditi struju na različite načine. Ovo pokazuje da otpor provodnika zavisi od materijala samog vodiča.
Temperatura provodnika takođe utiče na njegov otpor. Kako temperatura raste, otpor metala raste, a otpor tekućina i uglja opada. Samo neke specijalne legure metala (manganin, konstantan, niklin i druge) gotovo ne mijenjaju svoju otpornost s povećanjem temperature.
Dakle, vidimo da električni otpor provodnika zavisi od: 1) dužine provodnika, 2) poprečnog preseka provodnika, 3) materijala provodnika, 4) temperature provodnika.
Jedinica otpora je jedan ohm. Om se često označava grčkim velikim slovom Ω (omega). Dakle, umjesto da napišete "Otpor provodnika je 15 oma", možete jednostavno napisati: r= 15Ω.
1000 oma se zove 1 kiloohm(1kΩ ili 1kΩ),
1.000.000 oma se naziva 1 megaohm(1mgOhm, ili 1MΩ).
Prilikom upoređivanja otpora vodiča iz različitih materijala potrebno je uzeti određenu dužinu i presjek za svaki uzorak. Tada ćemo moći procijeniti koji materijal provodi električnu struju bolje ili lošije.
Video 1. Otpor provodnika
Specifični električni otpor
Otpor u omima provodnika dužine 1 m, poprečnog presjeka od 1 mm² naziva se otpornost i označava se grčkim slovom ρ (ro).
Tabela 1 daje specifične otpore nekih vodiča.
Tabela 1
Otpornost različitih provodnika
Tabela pokazuje da željezna žica dužine 1 m i poprečnog presjeka od 1 mm² ima otpor od 0,13 oma. Da biste dobili otpor od 1 oma, potrebno je uzeti 7,7 m takve žice. Srebro ima najmanju otpornost. Otpor od 1 oma može se dobiti uzimanjem 62,5 m srebrne žice poprečnog presjeka od 1 mm². Srebro je najbolji provodnik, ali cijena srebra onemogućuje njegovu široku upotrebu. Nakon srebra u tabeli dolazi bakar: 1 m bakarne žice poprečnog presjeka 1 mm² ima otpor od 0,0175 oma. Da biste dobili otpor od 1 ohma, potrebno je uzeti 57 m takve žice.
Hemijski čist, dobijen rafiniranjem, bakar je našao široku upotrebu u elektrotehnici za proizvodnju žica, kablova, namotaja električnih mašina i aparata. Aluminij i željezo se također široko koriste kao provodnici.
Otpor provodnika može se odrediti formulom:
gdje r- otpor provodnika u omima; ρ - specifični otpor provodnika; l je dužina provodnika u m; S– poprečni presjek provodnika u mm².
Primjer 1 Odrediti otpor 200 m željezne žice poprečnog presjeka 5 mm².
Primjer 2 Izračunajte otpor 2 km aluminijske žice poprečnog presjeka 2,5 mm².
Iz formule otpora možete lako odrediti dužinu, otpornost i poprečni presjek vodiča.
Primjer 3 Za radio prijemnik potrebno je namotati otpor od 30 oma od nikalne žice poprečnog presjeka od 0,21 mm². Odredite potrebnu dužinu žice.
Primjer 4 Odrediti poprečni presjek 20 m nihrom žice ako je njen otpor 25 oma.
Primjer 5Žica poprečnog presjeka od 0,5 mm² i dužine 40 m ima otpor od 16 oma. Odredite materijal žice.
Materijal vodiča karakteriše njegovu otpornost.
Prema tabeli otpornosti nalazimo da olovo ima takav otpor.
Gore je navedeno da otpor provodnika zavisi od temperature. Hajde da uradimo sledeći eksperiment. Namotamo nekoliko metara tanke metalne žice u obliku spirale i ovu spiralu pretvaramo u baterijsko kolo. Da biste izmjerili struju u krugu, uključite ampermetar. Prilikom zagrijavanja spirale u plamenu plamenika, možete vidjeti da će se očitanja ampermetra smanjiti. Ovo pokazuje da otpor metalne žice raste sa zagrijavanjem.
Za neke metale, kada se zagriju za 100 °, otpor se povećava za 40 - 50%. Postoje legure koje neznatno mijenjaju svoju otpornost s toplinom. Neke specijalne legure jedva mijenjaju otpor s temperaturom. Otpor metalnih vodiča raste s porastom temperature, otpor elektrolita (tečnih vodiča), uglja i nekih čvrstih tvari, naprotiv, opada.
Sposobnost metala da mijenjaju svoj otpor s promjenama temperature koristi se za konstruiranje otpornih termometara. Takav termometar je platinasta žica namotana na okvir od liskuna. Postavljanjem termometra, na primjer, u peć i mjerenjem otpora platinaste žice prije i nakon zagrijavanja, može se odrediti temperatura u peći.
Promjena otpora provodnika kada se zagrije, na 1 om početnog otpora i 1° temperature, naziva se temperaturni koeficijent otpora i označava se slovom α.
Ako na temperaturi t 0 otpor provodnika je r 0 i na temperaturi t jednaki r t, zatim temperaturni koeficijent otpora
Bilješka. Ova formula se može izračunati samo unutar određenog temperaturnog raspona (do oko 200°C).
Dajemo vrijednosti temperaturnog koeficijenta otpora α za neke metale (tabela 2).
tabela 2
Vrijednosti temperaturnog koeficijenta za neke metale
Iz formule za temperaturni koeficijent otpora određujemo r t:
r t = r 0 .
Primjer 6 Odredite otpor željezne žice zagrijane na 200°C ako je njen otpor na 0°C bio 100 oma.
r t = r 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 oma.
Primjer 7 Otporni termometar napravljen od platinaste žice u prostoriji sa temperaturom od 15°C imao je otpor od 20 oma. Termometar je stavljen u peć i nakon nekog vremena izmjeren mu je otpor. Ispostavilo se da je jednako 29,6 oma. Odredite temperaturu u pećnici.
električna provodljivost
Do sada smo otpor provodnika smatrali preprekom koju provodnik pruža električnoj struji. Međutim, struja teče kroz provodnik. Dakle, osim otpora (prepreke), provodnik ima i sposobnost da provodi električnu struju, odnosno provodljivost.
Što veći otpor ima vodič, to ima manju vodljivost, lošije provodi električnu struju, i obrnuto, što je manji otpor provodnika, što ima veću provodljivost, struja lakše prolazi kroz provodnik. Dakle, otpor i provodljivost provodnika su recipročne veličine.
Iz matematike je poznato da je recipročna vrijednost 5 1/5 i obrnuto, recipročna vrijednost 1/7 je 7. Dakle, ako je otpor provodnika označen slovom r, tada je provodljivost definirana kao 1/ r. Provodljivost se obično označava slovom g.
Električna provodljivost se mjeri u (1/ohm) ili simensu.
Primjer 8 Otpor provodnika je 20 oma. Odredite njegovu provodljivost.
Ako r= 20 Ohm, dakle
Primjer 9 Provodljivost provodnika je 0,1 (1/ohm). Odredite njegov otpor
Ako je g \u003d 0,1 (1 / Ohm), onda r= 1 / 0,1 = 10 (ohm)
Kao što znamo iz Ohmovog zakona, struja u dijelu strujnog kola je u sljedećem odnosu: I=U/R. Zakon je izveden kao rezultat serije eksperimenata njemačkog fizičara Georga Ohma u 19. vijeku. Primijetio je obrazac: jačina struje u bilo kojem dijelu kruga izravno ovisi o naponu koji se primjenjuje na ovaj dio, i obrnuto - o njegovom otporu.
Kasnije je utvrđeno da otpor presjeka ovisi o njegovim geometrijskim karakteristikama na sljedeći način: R=ρl/S,
gdje je l dužina vodiča, S je površina njegovog poprečnog presjeka, a ρ je određeni koeficijent proporcionalnosti.
Dakle, otpor je određen geometrijom vodiča, kao i parametrom kao što je otpornost (u daljnjem tekstu c.s.) - tako se zvao ovaj koeficijent. Ako uzmete dva vodiča istog poprečnog presjeka i dužine i stavite ih u krug zauzvrat, tada mjerenjem jačine struje i otpora možete vidjeti da će u dva slučaja ovi pokazatelji biti različiti. Dakle, specifično električni otpor- ovo je karakteristika materijala od kojeg je napravljen provodnik, a da budemo precizniji, supstance.
Provodljivost i otpor
W.s. ukazuje na sposobnost supstance da blokira prolaz struje. Ali u fizici postoji i inverzna vrijednost - provodljivost. Pokazuje sposobnost provođenja struje. izgleda ovako:
σ=1/ρ, gdje je ρ otpornost tvari.
Ako govorimo o vodljivosti, onda je ona određena karakteristikama nosilaca naboja u ovoj tvari. Dakle, u metalima postoje slobodni elektroni. Na spoljnoj ljusci ih nema više od tri, a atomu je isplativije da ih "pokloni", što se dešava kada hemijske reakcije sa supstancama sa desne strane periodnog sistema. U situaciji kada imamo čisti metal, on ima kristalnu strukturu u kojoj su ovi vanjski elektroni uobičajeni. Oni nose naelektrisanje ako se na metal primeni električno polje.
U rastvorima, nosioci naboja su joni.
Ako govorimo o supstancama kao što je silicijum, onda po svojim svojstvima jeste poluprovodnik i radi na malo drugačiji način, ali o tome kasnije. U međuvremenu, hajde da shvatimo kako se razlikuju takve klase supstanci, kao što su:
- provodnici;
- poluvodiči;
- Dielektrici.
Provodnici i dielektrici
Postoje tvari koje gotovo ne provode struju. Zovu se dielektrici. Takve tvari mogu se polarizirati u električnom polju, odnosno njihove molekule mogu rotirati u tom polju, ovisno o tome kako su raspoređene u njima. elektrona. Ali pošto ti elektroni nisu slobodni, već služe za vezu između atoma, oni ne provode struju.
Vodljivost dielektrika je gotovo nula, iako među njima nema idealnih (ovo je ista apstrakcija kao apsolutno crno tijelo ili idealni plin).
Uslovna granica koncepta "provodnika" je ρ<10^-5 Ом, а нижний порог такового у диэлектрика - 10^8 Ом.
Između ove dvije klase nalaze se tvari koje se nazivaju poluvodiči. Ali njihov odabir u zasebnu grupu supstanci povezan je ne toliko s njihovim međustanjem u liniji "vodljivost - otpor", već sa karakteristikama ove provodljivosti pod različitim uvjetima.
Ovisnost o faktorima okoline
Provodljivost nije baš konstantna. Podaci u tabelama, odakle se za proračune uzima ρ, postoje za normalne uslove sredine, odnosno za temperaturu od 20 stepeni. U stvarnosti, teško je naći tako idealne uslove za rad kola; zapravo u.s. (a samim tim i provodljivost) zavise od sljedećih faktora:
- temperatura;
- pritisak;
- prisustvo magnetnih polja;
- svjetlo;
- stanje agregacije.
Različite supstance imaju svoj raspored promjena ovog parametra pod različitim uslovima. Dakle, feromagneti (gvožđe i nikl) ga povećavaju kada se smjer struje poklopi sa smjerom linija magnetskog polja. Što se tiče temperature, ovisnost je ovdje gotovo linearna (postoji čak i koncept temperaturnog koeficijenta otpora, a to je i tabela). Ali smjer ove ovisnosti je drugačiji: za metale se povećava s povećanjem temperature, dok za rijetke zemlje i otopine elektrolita raste - i to je unutar istog agregacijskog stanja.
Za poluvodiče, ovisnost o temperaturi nije linearna, već hiperbolična i inverzna: kako temperatura raste, njihova provodljivost raste. Ovo kvalitativno razlikuje provodnike od poluvodiča. Ovako izgleda zavisnost ρ od temperature provodnika:
Evo otpornosti bakra, platine i gvožđa. Nešto drugačiji grafikon za neke metale, na primjer, živu - kada temperatura padne na 4 K, ona je gotovo potpuno gubi (ovaj fenomen se naziva supravodljivost).
A za poluprovodnike, ova zavisnost će biti otprilike ovako:
Tokom prelaska u tečno stanje, ρ metala raste, ali se tada svi ponašaju drugačije. Na primjer, u rastopljenom bizmutu je niži nego na sobnoj temperaturi, a u bakru je 10 puta veći od normalnog. Nikl izlazi iz linijskog grafikona na 400 stepeni, nakon čega ρ pada.
Ali kod volframa je temperaturna ovisnost toliko visoka da uzrokuje da žarulje sa žarnom niti pregore. Kada se uključi, struja zagrijava zavojnicu, a njegov otpor se povećava nekoliko puta.
Također na. od. legure zavisi od tehnologije njihove proizvodnje. Dakle, ako imamo posla s jednostavnom mehaničkom smjesom, onda se otpor takve tvari može izračunati prosječno, ali isto je i za supstitucijsku leguru (ovo je kada se dva ili više elemenata dodaju u jednu kristalnu rešetku) će biti drugačiji, po pravilu, mnogo veći. Na primjer, nihrom, od kojeg se izrađuju spirale za električne peći, ima takvu cifru za ovaj parametar da se ovaj vodič, kada je spojen na krug, zagrijava do crvenila (zbog čega se, zapravo, koristi).
Ovdje je karakteristika ρ ugljičnih čelika:
Kao što se može vidjeti, kada se približi temperaturi topljenja, stabilizira se.
Otpornost različitih provodnika
Bilo kako bilo, ρ se koristi u proračunima u normalnim uslovima. Evo tabele pomoću koje možete uporediti ovu karakteristiku za različite metale:
Kao što se vidi iz tabele, najbolji provodnik je srebrni. I samo njegova cijena sprječava njegovu masovnu upotrebu u proizvodnji kabela. W.s. aluminijum je takođe mali, ali manji od zlata. Iz tabele postaje jasno zašto je ožičenje u kućama ili bakar ili aluminijum.
Tabela ne uključuje nikl, koji, kao što smo već rekli, ima malo neobičnu y krivu. od. od temperature. Specifična otpornost nikla nakon podizanja temperature na 400 stepeni ne počinje da raste, već opada. Zanimljivo se ponaša i u drugim supstitucijskim legurama. Ovako se ponaša legura bakra i nikla, u zavisnosti od procenta oba:
I ovaj zanimljiv grafikon pokazuje otpor legura cink-magnezijum:
Legure visoke otpornosti koriste se kao materijali za proizvodnju reostata, evo njihovih karakteristika:
To su složene legure koje se sastoje od željeza, aluminija, hroma, mangana, nikla.
Što se tiče ugljeničnih čelika, to je otprilike 1,7 * 10 ^ -7 Ohm m.
Razlika između u. od. različiti provodnici određuje njihovu primjenu. Tako se bakar i aluminij naširoko koriste u proizvodnji kablova, a zlato i srebro se koriste kao kontakti u brojnim radiotehničkim proizvodima. Provodnici visokog otpora našli su svoje mjesto među proizvođačima električnih uređaja (točnije, stvoreni su za to).
Varijabilnost ovog parametra u zavisnosti od uslova okoline činila je osnovu za takve uređaje kao što su senzori magnetnog polja, termistori, merači naprezanja i fotootpornici.