- Konstantan (58,8 Cu, 40 Ni, 1,2 Mn)
- Manganin (85 Cu, 12 Mn, 3 Ni)
- Nikl srebro (65 Cu, 20 Zn, 15 Ni)
- Niklin (54 Cu, 20 Zn, 26 Ni)
- Nihrom (67,5 Ni, 15 Cr, 16 Fe, 1,5 Mn)
- Reonat (84Cu, 12Mn, 4 Zn)
- Fechral (80 Fe, 14 Cr, 6 Al)
Nihromska otpornost
Svako tijelo kroz koje prolazi električna struja automatski mu pokazuje određeni otpor. Svojstvo provodnika da se odupire električnoj struji naziva se električni otpor.
Razmotrimo elektronsku teoriju ovog fenomena. Kada se kreću duž vodiča, slobodni elektroni stalno nailaze na druge elektrone i atome na svom putu. U interakciji s njima, slobodni elektron gubi dio svog naboja. Dakle, elektroni nailaze na otpor materijala provodnika. Svako tijelo ima svoju atomsku strukturu, koja pruža različitu otpornost na električnu struju. Jedinicom otpora se smatra Ohm. Otpor materijala je označen R ili r.
Što je otpor provodnika manji, to lakše električna struja prolazi kroz ovo tijelo. I obrnuto: što je veći otpor, to je gore telo provodi električnu struju.
Otpor svakog pojedinačnog vodiča ovisi o svojstvima materijala od kojeg je napravljen. Za precizne karakteristike Koncept otpornosti (nikrom, aluminijum, itd.) uveden je da bi se odredio električni otpor određenog materijala. Specifičnim otporom smatra se otpor vodiča dužine do 1 m, čiji je poprečni presjek 1 kvadratni metar. mm. Ovaj indikator je označen slovom p. Svaki materijal koji se koristi u proizvodnji vodiča ima svoju otpornost. Na primjer, uzmite u obzir otpornost nihroma i fechrala (više od 3 mm):
- H15N60 — 1,13 Ohm*mm/m
- H23U5T — 1,39 Ohm*mm/m
- H20N80 — 1,12 Ohm*mm/m
- HN70U — 1,30 Ohm*mm/m
- HN20US — 1,02 Ohm*mm/m
Otpornost nichrome, fehrali ukazuje na glavni opseg njihove primjene: proizvodnju uređaja termičko djelovanje, kućanskih aparata i elektro grijaćih elemenata industrijske peći.
Budući da se u proizvodnji grijaćih elemenata uglavnom koriste nihrom i fechral, najčešći su proizvodi nihrom konac, traka, traka X15N60 i X20N80, kao i fechral žica X23Yu5T.
Otpornost je primijenjen koncept u elektrotehnici. Označava koliki otpor po jedinici dužine ima materijal jediničnog poprečnog presjeka struji koja teče kroz njega - drugim riječima, kakav otpor ima žica milimetarskog poprečnog presjeka dužine jedan metar. Ovaj koncept se koristi u raznim električnim proračunima.
Važno je razumjeti razlike između DC električne otpornosti i AC električne otpornosti. U prvom slučaju otpor je uzrokovan isključivo djelovanjem jednosmerna struja kondukteru. U drugom slučaju naizmjenična struja(može biti bilo kojeg oblika: sinusoidnog, pravokutnog, trokutastog ili proizvoljnog) izaziva dodatno vrtložno polje u vodiču, što također stvara otpor.
Fizičko predstavljanje
U tehničkim proračunima koji uključuju polaganje kablova različitih prečnika, parametri se koriste za izračunavanje potrebne dužine kabla i njene električne karakteristike. Jedan od glavnih parametara je otpornost. Formula električne otpornosti:
ρ = R * S / l, gdje je:
- ρ je otpornost materijala;
- R je omski električni otpor određenog vodiča;
- S - poprečni presjek;
- l - dužina.
Dimenzija ρ se mjeri u Ohm mm 2 /m, ili skraćeno - Ohm m.
Vrijednost ρ za istu supstancu je uvijek ista. Dakle, ovo je konstanta koja karakteriše materijal provodnika. Obično je naznačeno u imenicima. Na osnovu toga već je moguće izračunati tehničke količine.
Važno je reći o specifičnoj električnoj provodljivosti. Ova vrijednost je inverzna otpornosti materijala i koristi se jednako s njom. Naziva se i električna provodljivost. Što je ova vrijednost veća, metal je bolji provodi struju. Na primjer, provodljivost bakra je 58,14 m/(Ohm mm2). Ili, u SI jedinicama: 58,140,000 S/m. (Siemens po metru je SI jedinica za električnu provodljivost).
O otpornosti možemo govoriti samo u prisustvu elemenata koji provode struju, budući da dielektrici imaju beskonačan ili blizu beskonačan električni otpor. Nasuprot tome, metali su veoma dobri provodnici struje. Električni otpor metalnog vodiča možete izmjeriti pomoću miliohmmetra ili još preciznijeg mikroommetra. Vrijednost se mjeri između njihovih sondi primijenjenih na dio provodnika. Omogućuju vam provjeru krugova, ožičenja, namotaja motora i generatora.
Metali se razlikuju po svojoj sposobnosti da provode struju. Otpornost razni metali- parametar koji karakteriše ovu razliku. Podaci su dati pri temperaturi materijala od 20 stepeni Celzijusa:
Parametar ρ pokazuje kakav će otpor imati mjerni vodič s poprečnim presjekom od 1 mm 2. Što je ova vrijednost veća, to će biti veći električni otpor. desnu žicu određene dužine. Najmanji ρ, kao što se može vidjeti iz liste, je srebro; otpor jednog metra ovog materijala bit će jednak samo 0,015 Ohma, ali ovo je preskup metal za korištenje u industrijskim razmjerima. Zatim dolazi bakar, koji je mnogo češći u prirodi (nije plemeniti metal, već obojeni metal). Stoga je bakreno ožičenje vrlo uobičajeno.
Bakar nije samo dobar vodič električna struja, ali i vrlo plastičan materijal. Zahvaljujući ovoj osobini, bakrene žice bolje pristaju i otporne su na savijanje i rastezanje.
Bakar je veoma tražen na tržištu. Od ovog materijala izrađuju se mnogi različiti proizvodi:
- Veliki izbor provodnika;
- Auto dijelovi (npr. radijatori);
- Satni mehanizmi;
- Računalne komponente;
- Dijelovi električnih i elektroničkih uređaja.
Specifično električni otpor Bakar je jedan od najboljih provodljivih materijala, pa se na njegovoj osnovi stvaraju mnogi proizvodi u elektroindustriji. Osim toga, bakar se lako lemi, pa je vrlo čest u radio-amaterima.
Visoka toplotna provodljivost bakra omogućava mu da se koristi u uređajima za hlađenje i grijanje, a njegova plastičnost omogućava stvaranje najsitnijih dijelova i najtanjih vodiča.
Provodnici električne struje su prve i druge vrste. Provodnici prve vrste su metali. Provodniki drugog tipa su vodljive otopine tekućina. Struju u prvom tipu prenose elektroni, a nosioci struje u provodnicima druge vrste su ioni, nabijene čestice elektrolitičke tekućine.
O provodljivosti materijala možemo govoriti samo u kontekstu temperature okruženje. Sa više visoke temperature vodiči prvog tipa povećavaju svoj električni otpor, a drugi, naprotiv, smanjuju. Prema tome, postoji temperaturni koeficijent otpornosti materijala. Otpornost bakra Ohm m raste sa povećanjem zagrijavanja. Temperaturni koeficijent α također ovisi samo o materijalu, ova vrijednost nema dimenziju i za različite metale i legure jednaka je sljedećim pokazateljima:
- Srebro - 0,0035;
- Gvožđe - 0,0066;
- Platina - 0,0032;
- Bakar - 0,0040;
- Volfram - 0,0045;
- Merkur - 0,0090;
- Konstantan - 0,000005;
- niklin - 0,0003;
- Nihrom - 0,00016.
Određivanje vrijednosti električnog otpora dijela provodnika na povišenoj temperaturi R (t) izračunava se pomoću formule:
R (t) = R (0) · , gdje je:
- R (0) - otpor na početnoj temperaturi;
- α - temperaturni koeficijent;
- t - t (0) - temperaturna razlika.
Na primjer, znajući električni otpor bakra na 20 stepeni Celzijusa, možete izračunati koliko će biti jednak na 170 stepeni, odnosno kada se zagreje za 150 stepeni. Početni otpor će se povećati za faktor 1,6.
Kako temperatura raste, provodljivost materijala, naprotiv, opada. Pošto je ovo recipročna vrijednost električnog otpora, on se smanjuje za potpuno isti iznos. Na primjer, električna provodljivost bakra kada se materijal zagrije za 150 stupnjeva smanjit će se za 1,6 puta.
Postoje legure koje praktički ne mijenjaju svoj električni otpor pri promjenama temperature. Ovo je, na primjer, konstantan. Kada se temperatura promeni za sto stepeni, njegov otpor se povećava za samo 0,5%.
Dok se provodljivost materijala pogoršava sa toplotom, ona se poboljšava sa smanjenjem temperature. Ovo je povezano sa fenomenom supravodljivosti. Ako snizite temperaturu vodiča ispod -253 stepena Celzijusa, njegov električni otpor će se naglo smanjiti: gotovo na nulu. S tim u vezi, troškovi prenosa električne energije padaju. Jedini problem je bio hlađenje provodnika na takve temperature. Međutim, zbog nedavnih otkrića visokotemperaturnih superprovodnika na bazi bakarnih oksida, materijali se moraju hladiti do prihvatljivih vrijednosti.
Eksperimentalno je utvrđeno da je otpor R metalni provodnik je direktno proporcionalan njegovoj dužini L i obrnuto proporcionalna njegovoj površini poprečnog presjeka A:
R = ρ L/ A (26.4)
gdje je koeficijent ρ naziva se otpornost i služi kao karakteristika tvari od koje je vodič napravljen. Ovo je zdrav razum: debela žica treba da ima manji otpor od tanke žice jer se elektroni mogu kretati preko veće površine u debeloj žici. I možemo očekivati povećanje otpora sa povećanjem dužine provodnika, kako se povećava broj prepreka protoku elektrona.
Tipične vrijednosti ρ za različite materijale date su u prvoj koloni tabele. 26.2. (Stvarne vrijednosti zavise od čistoće supstance, termičku obradu, temperatura i drugi faktori.)
|
Tabela 26.2. Specifični otpor i temperaturni koeficijent otpornosti (TCR) (na 20 °C) |
||
| Supstanca | ρ ,Ohm m | TKS α ,°C -1 |
| Dirigenti | ||
| Srebro | 1,59·10 -8 | 0,0061 |
| Bakar | 1,68·10 -8 | 0,0068 |
| Aluminijum | 2,65·10 -8 | 0,00429 |
| Tungsten | 5,6·10 -8 | 0,0045 |
| Iron | 9,71·10 -8 | 0,00651 |
| Platinum | 10,6·10 -8 | 0,003927 |
| Merkur | 98·10 -8 | 0,0009 |
| Nihrom (legura Ni, Fe, Cr) | 100·10 -8 | 0,0004 |
| Poluprovodnici 1) | ||
| ugljik (grafit) | (3-60)·10 -5 | -0,0005 |
| germanijum | (1-500)·10 -5 | -0,05 |
| Silicijum | 0,1 - 60 | -0,07 |
| Dielektrici | ||
| Staklo | 10 9 - 10 12 | |
| Tvrda guma | 10 13 - 10 15 | |
| 1) Stvarne vrijednosti jako zavise od prisustva čak i malih količina nečistoća. | ||
Srebro ima najmanju otpornost, pa se stoga ispostavlja da je najbolji provodnik; međutim to je skupo. Bakar je nešto inferiorniji od srebra; Jasno je zašto se žice najčešće prave od bakra.
Aluminij ima veću otpornost od bakra, ali ima mnogo manju gustoću i poželjan je u nekim primjenama (na primjer, u dalekovodima) jer je otpor aluminijskih žica iste mase manji od otpora bakra. Često se koristi recipročna vrijednost otpornosti:
σ = 1/ρ (26.5)
σ nazvana specifična provodljivost. Specifična provodljivost se mjeri u jedinicama (Ohm m) -1.
Otpornost tvari ovisi o temperaturi. Otpornost metala po pravilu raste s temperaturom. To ne treba da čudi: kako temperatura raste, atomi se kreću brže, njihov raspored postaje manje uređen i možemo očekivati da će više ometati tok elektrona. U uskim temperaturnim rasponima, otpornost metala raste gotovo linearno s temperaturom:
Gdje ρ T- otpornost na temperaturi T, ρ 0 - otpornost na standardnoj temperaturi T 0 , a α - temperaturni koeficijent otpora (TCR). Vrijednosti a date su u tabeli. 26.2. Imajte na umu da za poluvodiče TCR može biti negativan. To je očito, budući da se s povećanjem temperature povećava broj slobodnih elektrona i oni poboljšavaju provodljiva svojstva tvari. Dakle, otpor poluvodiča može se smanjiti s povećanjem temperature (iako ne uvijek).
Vrijednosti a ovise o temperaturi, pa treba obratiti pažnju na temperaturni raspon u kojem se nalazi datu vrijednost(na primjer, prema priručniku fizičkih veličina). Ako se raspon temperaturnih promjena pokaže širokim, linearnost će biti narušena, a umjesto (26.6) potrebno je koristiti izraz koji sadrži pojmove koji ovise o drugoj i trećoj stepenu temperature:
ρ T = ρ 0 (1+αT+ + βT 2 + γT 3),
gdje su koeficijenti β I γ obično vrlo mali (mi stavljamo T 0 = 0°S), ali u velikoj meri T doprinosi ovih članova postaju značajni.
Na veoma niskim temperaturama, otpornost nekih metala, kao i legura i jedinjenja, pada na nulu u okviru tačnosti savremenih merenja. Ovo svojstvo se naziva supravodljivost; prvi ga je uočio holandski fizičar Geike Kamerling Onnes (1853-1926) 1911. godine kada je živa ohlađena ispod 4,2 K. Na ovoj temperaturi, električni otpor žive iznenada je pao na nulu.
Superprovodnici ulaze u supravodljivo stanje ispod temperature prijelaza, koja je tipično nekoliko stepeni Kelvina (nešto iznad apsolutne nule). Uočena je električna struja u supravodljivom prstenu, koji praktički nije oslabio u odsustvu napona nekoliko godina.
Jedan od najpopularnijih metala u industriji je bakar. Najviše se koristi u elektronici i elektronici. Najčešće se koristi u proizvodnji namotaja za elektromotore i transformatore. Glavni razlog za korištenje ovog konkretnog materijala je taj što bakar ima najmanju električnu otpornost od bilo kojeg trenutno dostupnog materijala. Dok se ne pojavi novi materijal sa nižom vrijednošću ovog pokazatelja, možemo sa sigurnošću reći da neće biti zamjene za bakar.
Govoreći o bakru, mora se reći da se u zoru električne ere počeo koristiti u proizvodnji električne opreme. Počeli su ga koristiti uglavnom zbog jedinstvena svojstva, koju ova legura posjeduje. Sam po sebi, to je materijal koji se odlikuje visokim svojstvima u pogledu duktilnosti i dobre kovljivosti.
Uz toplinsku provodljivost bakra, jedna od njegovih najvažnijih prednosti je visoka električna provodljivost. Zbog ovog svojstva bakar i je postala široko rasprostranjena u elektranama, u kojem djeluje kao univerzalni provodnik. Najvredniji materijal je elektrolitski bakar, koji ima visok stepen čistoće od 99,95%. Zahvaljujući ovom materijalu, postaje moguća proizvodnja kablova.
Prednosti korištenja elektrolitičkog bakra
Upotreba elektrolitičkog bakra omogućava vam da postignete sljedeće:
- Osigurati visoku električnu provodljivost;
- Ostvarite izvrsnu sposobnost stiliziranja;
- Pružaju visok stepen plastičnosti.
Područja primjene
Kabelski proizvodi od elektrolitskog bakra imaju široku primjenu u raznim industrijama. Najčešće se koristi u sljedećim područjima:
- elektroindustrija;
- električnih aparata;
- automobilska industrija;
- proizvodnja kompjuterske opreme.
Šta je otpornost?
Da bismo razumjeli šta je bakar i njegove karakteristike, potrebno je razumjeti glavni parametar ovog metala - otpornost. Treba ga znati i koristiti pri izvođenju proračuna.
Otpornost se obično podrazumijeva kao fizička veličina, koja se karakterizira kao sposobnost metala da provodi električnu struju.
Takođe je potrebno znati ovu vrijednost da bi se pravilno izračunati električni otpor kondukter. Prilikom proračuna, oni se također vode njegovim geometrijskim dimenzijama. Prilikom izračunavanja koristite sljedeću formulu:
Ova formula je poznata mnogima. Koristeći ga, lako možete izračunati otpor bakrenog kabela, fokusirajući se samo na karakteristike električne mreže. Omogućuje vam izračunavanje snage koja se neefikasno troši na zagrijavanje jezgre kabela. osim toga, slična formula vam omogućava da izračunate otpor bilo koji kabl. Nije bitno koji je materijal korišten za izradu kabela - bakar, aluminij ili neka druga legura.
Parametar kao što je električna otpornost mjeri se u Ohm*mm2/m. Ovaj indikator za bakarne žice položene u stanu je 0,0175 Ohm*mm2/m. Ako pokušate potražiti alternativu bakru - materijalu koji bi se mogao koristiti umjesto njega jedino srebro se može smatrati jedinim pogodnim, čija je otpornost 0,016 Ohm*mm2/m. Međutim, pri odabiru materijala potrebno je obratiti pažnju ne samo na otpornost, već i na obrnutu provodljivost. Ova vrijednost se mjeri u Siemens (Cm).
Siemens = 1/ Ohm.
Za bakar bilo koje težine, ovaj parametar sastava je 58.100.000 S/m. Što se tiče srebra, njegova reverzna provodljivost je 62.500.000 S/m.
U našem svijetu visoke tehnologije kada svaki dom ima veliki broj električnih uređaja i instalacija, vrijednost takvog materijala kao što je bakar je jednostavno neprocjenjiva. Ovo materijal koji se koristi za izradu ožičenja, bez koje nijedna soba ne može. Da bakar ne bi postojao, onda bi čovjek morao koristiti žice od drugih dostupnim materijalima, na primjer, od aluminija. Međutim, u ovom slučaju bi se morali suočiti s jednim problemom. Stvar je u tome što ovaj materijal ima mnogo nižu provodljivost od bakrenih provodnika.
Otpornost
Upotreba materijala niske električne i toplinske provodljivosti bilo koje težine dovodi do velikih gubitaka električne energije. A ovo utiče na gubitak snage na korišćenoj opremi. Većina stručnjaka bakar naziva glavnim materijalom za izradu izoliranih žica. To je glavni materijal od kojeg su napravljene pojedinačni elementi opreme koja se napaja električnom strujom.
- Ploče ugrađene u računare opremljene su ugraviranim bakrenim tragovima.
- Bakar se takođe koristi za izradu širokog spektra komponenti koje se koriste u elektronskim uređajima.
- U transformatorima i elektromotorima predstavljen je namotom, koji je napravljen od ovog materijala.
Nema sumnje da će daljnjim razvojem tehnološkog napretka doći do proširenja područja primjene ovog materijala. Iako, osim bakra, postoje i drugi materijali, ali ipak dizajner pri izradi opreme i razne instalacije koristiti bakar. glavni razlog potražnja za ovim materijalom leži ima dobru električnu i toplotnu provodljivost ovog metala, koji on obezbeđuje u uslovima sobnoj temperaturi.
Temperaturni koeficijent otpora
Svi metali sa bilo kojom toplotnom provodljivošću imaju svojstvo smanjenja provodljivosti sa porastom temperature. Kako temperatura pada, provodljivost se povećava. Stručnjaci posebno interesantnim nazivaju svojstvo smanjenja otpora sa padom temperature. Zaista, u ovom slučaju, kada temperatura u prostoriji padne na određenu vrijednost, provodnik može izgubiti električni otpor i preći će u klasu supraprovodnika.
Da bi se odredila vrijednost otpora određenog vodiča određene težine na sobnoj temperaturi, postoji kritični koeficijent otpora. To je vrijednost koja pokazuje promjenu otpora dijela kola kada se temperatura promijeni za jedan Kelvin. Da biste izračunali električni otpor bakrenog vodiča u određenom vremenskom periodu, koristite sljedeću formulu:
ΔR = α*R*ΔT, gdje je α temperaturni koeficijent električnog otpora.
Zaključak
Bakar je materijal koji se široko koristi u elektronici. Koristi se ne samo u namotajima i krugovima, već i kao metal za proizvodnju kablovski proizvodi. Da bi mašine i oprema radili efikasno, neophodno je pravilno izračunajte otpornost ožičenja, položen u stanu. Za to postoji određena formula. Znajući to, možete napraviti proračun koji vam omogućava da saznate optimalnu veličinu poprečnog presjeka kabela. U ovom slučaju moguće je izbjeći gubitak snage opreme i osigurati njeno efikasno korištenje.
Koncept "specifičnog bakra" često se nalazi u literaturi o elektrotehnici. I ne možete a da se ne zapitate, šta je ovo?
Koncept "otpora" za bilo koji provodnik je kontinuirano povezan sa razumijevanjem procesa električne struje koja teče kroz njega. Budući da će se članak fokusirati na otpornost bakra, trebali bismo razmotriti njegova svojstva i svojstva metala.
Kada su u pitanju metali, nehotice se sjetite da svi imaju određenu strukturu - kristalnu rešetku. Atomi se nalaze u čvorovima takve rešetke i kreću se u odnosu na njih.Udaljenosti i položaj ovih čvorova zavise od sila interakcije atoma međusobno (odbijanje i privlačenje), a različite su za različite metale. A elektroni se okreću oko atoma u svojim orbitama. Također se drže u orbiti ravnotežom snaga. Samo ovo je atomsko i centrifugalno. Možete li zamisliti sliku? Možete ga nazvati, u nekim aspektima, statičnim.
Sada dodajmo dinamiku. Počinje djelovati na komad bakra električno polje. Šta se dešava unutar provodnika? Elektroni, otrgnuti iz svojih orbita silom električnog polja, jure ka njegovom pozitivnom polu. Ovdje imate usmjereno kretanje elektrona, odnosno električnu struju. Ali na putu svog kretanja nailaze na atome u čvorovima kristalne rešetke i elektrone koji i dalje rotiraju oko svojih atoma. Istovremeno gube energiju i mijenjaju smjer kretanja. Da li je značenje izraza "otpor provodnika" postalo malo jasnije? Atomi rešetke i elektroni koji rotiraju oko njih su ti koji se opiru usmjerenom kretanju elektrona koje je električno polje otrgnulo iz svojih orbita. Ali koncept otpora vodiča se može nazvati opšta karakteristika. Otpornost karakterizira svaki provodnik više pojedinačno. Uključujući bakar. Ova karakteristika je individualna za svaki metal, jer direktno ovisi samo o obliku i veličini kristalne rešetke i, u određenoj mjeri, o temperaturi. Kako temperatura provodnika raste, atomi intenzivnije vibriraju na mjestima rešetke. A elektroni rotiraju oko čvorova većim brzinama i u orbitama većeg radijusa. I, naravno, slobodni elektroni nailaze na veći otpor prilikom kretanja. Ovo je fizika procesa.
Za potrebe sektora elektrotehnike uspostavljena je rasprostranjena proizvodnja metala kao što su aluminijum i bakar, čiji je otpor prilično nizak. Ovi metali se koriste za izradu kablova i razne vrstežice koje se široko koriste u građevinarstvu, za proizvodnju kućanskih aparata, sabirnica, namota transformatora i drugih električnih proizvoda.
Za svaki provodnik postoji koncept otpornosti. Ova vrijednost se sastoji od oma pomnoženih sa kvadratnim milimetrom, a zatim podijeljenih s jednim metrom. Drugim riječima, ovo je otpor provodnika čija je dužina 1 metar i poprečni presjek 1 mm2. Isto važi i za otpornost bakra, jedinstvenog metala koji se široko koristi u elektrotehnici i energetici.
Svojstva bakra
Zbog svojih svojstava, ovaj metal je bio jedan od prvih koji se koristio u oblasti električne energije. Prije svega, bakar je savitljiv i duktilan materijal sa odličnim svojstvima električne provodljivosti. Još uvijek ne postoji ekvivalentna zamjena za ovaj provodnik u energetskom sektoru.
Posebno su cijenjena svojstva specijalnog elektrolitičkog bakra koji ima visoku čistoću. Ovaj materijal je omogućio proizvodnju žica sa minimalna debljina na 10 mikrona.
Pored visoke električne provodljivosti, bakar je veoma pogodan za kalajisanje i druge vrste obrade.
Bakar i njegova otpornost
Svaki provodnik pokazuje otpor ako kroz njega prođe električna struja. Vrijednost zavisi od dužine provodnika i njegovog poprečnog preseka, kao i od uticaja određenih temperatura. Dakle, otpor provodnika ne zavisi samo od samog materijala, već i od njegove specifične dužine i površine presjek. Što materijal lakše dopušta da naboj prođe kroz sebe, to je njegov otpor manji. Za bakar, otpornost je 0,0171 Ohm x 1 mm2/1 m i samo je malo inferiorna od srebra. Međutim, upotreba srebra u industrijskim razmjerima nije ekonomski isplativa, stoga je bakar najbolji provodnik koji se koristi u energiji.
Otpornost bakra je takođe povezana sa njegovom visokom provodljivošću. Ove vrijednosti su direktno suprotne jedna drugoj. Svojstva bakra kao provodnika zavise i od temperaturnog koeficijenta otpora. Ovo posebno vrijedi za otpor, na koji utječe temperatura provodnika.
Tako je bakar zbog svojih svojstava postao široko rasprostranjen ne samo kao provodnik. Ovaj metal se koristi u većini instrumenata, uređaja i jedinica čiji je rad povezan sa električnom strujom.
Kada je električni krug zatvoren, 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 svoj izvor kinetička energija. Brzina kretanja elektrona se kontinuirano mijenja: kada se elektroni sudare s atomima, molekulama i drugim elektronima, ona se smanjuje, a zatim pod utjecajem električnog polja raste i opet opada pri novom sudaru. Kao rezultat toga, provodnik je instaliran ravnomerno kretanje protok elektrona brzinom od nekoliko djelića centimetra u sekundi. Posljedično, elektroni koji prolaze kroz provodnik uvijek nailaze na otpor svom kretanju sa njegove strane. Kada električna struja prolazi kroz provodnik, potonji se zagrijava.
Električni otpor
Električni otpor vodiča, koji je označen latiničnim slovom r, je svojstvo tijela ili medija da se transformira električna energija u toplotu kada električna struja prođe kroz njega.
Na dijagramima je električni otpor prikazan kao što je prikazano na slici 1, A.
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. IN opšti pogled Reostat je napravljen od žice jednog ili drugog otpora, namotane na izolacijsku podlogu. Poluga klizača ili reostata postavlja se u određeni položaj, zbog čega se potreban otpor uvodi u krug.
Dugačak provodnik s malim poprečnim presjekom stvara veliki otpor struji. Kratki provodnici velikog poprečnog presjeka pružaju mali otpor struji.
Ako uzmemo dva provodnika iz različitih materijala, ali iste dužine i poprečnog presjeka, onda će provodnici različito provoditi struju. 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, nikl i druge) jedva 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 predstavlja grčkim velikim slovom Ω (omega). Stoga, umjesto da napišete "Otpor provodnika je 15 oma", možete jednostavno napisati: r= 15 Ω.
1.000 oma se zove 1 kiloohm(1kOhm, ili 1kΩ),
1.000.000 oma se naziva 1 megaohm(1mOhm, ili 1MΩ).
Kada se poredi otpor provodnika iz razni materijali Za svaki uzorak potrebno je uzeti određenu dužinu i poprečni presjek. Tada ćemo moći procijeniti koji materijal provodi električnu struju bolje ili lošije.
Video 1. Otpor provodnika
Električna otpornost
Otpor u omima provodnika dužine 1 m, poprečnog presjeka 1 mm² naziva se otpornost i označava se grčkim slovom ρ (ro).
Tabela 1 prikazuje otpore nekih provodnika.
Tabela 1
Otpornosti različitih provodnika
Tabela pokazuje da željezna žica dužine 1 m i poprečnog presjeka 1 mm² ima otpor od 0,13 Ohma. Da biste dobili 1 Ohm otpora, 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 isključuje mogućnost njegove masovne upotrebe. Nakon srebra u tabeli dolazi bakar: 1 m bakrene žice sa poprečnim presekom od 1 mm² ima otpor od 0,0175 Ohma. Da biste dobili otpor od 1 ohma, potrebno je uzeti 57 m takve žice.
Hemijski čisti bakar dobijen rafiniranjem našao je široku upotrebu u elektrotehnici za proizvodnju žica, kablova i namotaja. električne mašine i uređaja. Aluminij i željezo se također široko koriste kao provodnici.
Otpor vodiča može se odrediti po formuli:
Gdje r– otpor provodnika u omima; ρ – specifični otpor provodnika; l– 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 Ohma od nikalne žice poprečnog presjeka od 0,21 mm². Odredite potrebnu dužinu žice.
Primjer 4. Odrediti poprečni presjek 20 m nihrom žice, ako je njegov otpor 25 Ohma.
Primjer 5.Žica poprečnog presjeka od 0,5 mm² i dužine 40 m ima otpor od 16 Ohma. Odredite materijal žice.
Materijal vodiča karakteriše njegovu otpornost.
Na osnovu tabele otpornosti, nalazimo da olovo ima ovaj 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 spojimo ovu spiralu na krug baterije. Da bismo izmjerili struju, povezujemo ampermetar u krug. Kada se zavojnica zagrije u plamenu plamenika, primijetit ćete da će se očitanja ampermetra smanjiti. Ovo pokazuje da se otpor metalne žice povećava zagrijavanjem.
Za neke metale, kada se zagreju za 100°, otpor se povećava za 40-50%. Postoje legure koje malo mijenjaju otpor zagrijavanjem. Neke specijalne legure ne pokazuju praktički nikakvu promjenu otpora pri promjenama temperature. Otpor metalnih provodnika raste sa porastom temperature, otpor elektrolita (tečnih provodnika), uglja i nekih čvrste materije, naprotiv, opada.
Sposobnost metala da mijenjaju svoj otpor s promjenama temperature koristi se za konstruiranje otpornih termometara. Ovaj 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 na temperaturu od 1° 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. Izračun pomoću ove formule može se izvršiti samo u određenom temperaturnom rasponu (do približno 200°C).
Evo vrijednosti temperaturni koeficijent otpor 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 gvozdene žice zagrijane na 200°C ako je njen otpor na 0°C bio 100 Ohma.
r t = r 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 oma.
Primjer 7. Otporni termometar od platinaste žice imao je otpor od 20 oma u prostoriji na 15°C. Termometar je stavljen u pećnicu i nakon nekog vremena izmjeren mu je otpor. Ispostavilo se da je jednako 29,6 Ohma. Odredite temperaturu u rerni.
Električna provodljivost
Do sada smo otpor provodnika smatrali preprekom koju provodnik pruža električnoj struji. Ali ipak, 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 vodiča, što ima veću provodljivost, struja lakše prolazi kroz provodnik. Dakle, otpor i provodljivost provodnika su recipročne veličine.
Iz matematike je poznato da je inverz od 5 1/5 i obrnuto, inverz od 1/7 je 7. Dakle, ako je otpor provodnika označen slovom r, tada je provodljivost definirana kao 1/ r. Provodljivost se obično simbolizira slovom g.
Električna provodljivost se mjeri u (1/Ohm) ili u 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 = 0,1 (1/Ohm), onda r= 1 / 0,1 = 10 (Ohm)
Električna otpornost je fizička veličina koja pokazuje do koje mjere se materijal može oduprijeti prolasku električne struje kroz njega. Neki ljudi se mogu zbuniti ovu karakteristiku sa običnim električnim otporom. Unatoč sličnosti koncepata, razlika između njih je u tome što se specifično odnosi na tvari, a drugi termin se odnosi isključivo na vodiče i ovisi o materijalu njihove proizvodnje.
Recipročan ovog materijala je specifična električna provodljivost. Što je ovaj parametar veći, to bolje struja teče kroz supstancu. Shodno tome, što je veći otpor, to se očekuju veći gubici na izlazu.
Formula proračuna i mjerna vrijednost
S obzirom na to kako se mjeri specifični električni otpor, moguće je pratiti vezu i sa nespecifičnim, budući da se za označavanje parametra koriste jedinice Ohm m. Sama količina se označava kao ρ. Pomoću ove vrijednosti moguće je odrediti otpornost tvari u određenom slučaju, na osnovu njene veličine. Ova mjerna jedinica odgovara SI sistemu, ali se mogu pojaviti i druge varijacije. U tehnologiji možete povremeno vidjeti zastarjelu oznaku Ohm mm 2 /m. Da biste prešli sa ovog sistema na međunarodni, nećete morati da koristite složene formule, budući da je 1 Ohm mm 2 /m jednak 10 -6 Ohm m.
Formula za električnu otpornost je sljedeća:
R= (ρ l)/S, gdje je:
- R – otpor provodnika;
- Ρ – otpornost materijala;
- l – dužina provodnika;
- S – poprečni presjek provodnika.
Zavisnost od temperature
Električna otpornost ovisi o temperaturi. Ali sve grupe supstanci se drugačije manifestuju kada se menja. Ovo se mora uzeti u obzir prilikom izračunavanja žica koje će raditi određenim uslovima. Na primjer, na otvorenom, gdje vrijednosti temperature zavise od doba godine, neophodni materijali sa manjom osjetljivošću na promjene u rasponu od -30 do +30 stepeni Celzijusa. Ako ga planirate koristiti u opremi koja će raditi pod istim uvjetima, tada također morate optimizirati ožičenje za određene parametre. Materijal se uvijek bira uzimajući u obzir upotrebu.
U nominalnoj tabeli, električna otpornost je uzeta na temperaturi od 0 stepeni Celzijusa. Povećanje pokazatelja ovog parametra kada se materijal zagrije zbog činjenice da se intenzitet kretanja atoma u tvari počinje povećavati. Nosači električnih naboja nasumično se raspršuju u svim smjerovima, što dovodi do stvaranja prepreka kretanju čestica. Količina električnog protoka se smanjuje.
Kako temperatura pada, uslovi za strujni tok postaju bolji. Po dostizanju određene temperature, koja će biti različita za svaki metal, pojavljuje se supravodljivost pri kojoj dotična karakteristika gotovo dostiže nulu.
Razlike u parametrima ponekad dostižu vrlo velike vrijednosti. Oni materijali koji imaju visoke performanse mogu se koristiti kao izolatori. Pomažu u zaštiti ožičenja od kratkih spojeva i nenamjernog ljudskog kontakta. Neke tvari općenito nisu primjenjive za elektrotehniku ako jesu visoka vrijednost ovaj parametar. Druga svojstva mogu ometati ovo. Na primjer, električna provodljivost vode neće imati od velikog značaja za ovu oblast. Evo vrijednosti nekih tvari s visokim pokazateljima.
| Materijali visoke otpornosti | ρ (Ohm m) |
| Bakelit | 10 16 |
| Benzen | 10 15 ...10 16 |
| Papir | 10 15 |
| Destilovana voda | 10 4 |
| Morska voda | 0.3 |
| Suvo drvo | 10 12 |
| Zemlja je mokra | 10 2 |
| Kvarcno staklo | 10 16 |
| Kerozin | 10 1 1 |
| Mramor | 10 8 |
| Parafin | 10 1 5 |
| Parafinsko ulje | 10 14 |
| Pleksiglas | 10 13 |
| Polistiren | 10 16 |
| Polivinil hlorid | 10 13 |
| Polietilen | 10 12 |
| Silikonsko ulje | 10 13 |
| Mica | 10 14 |
| Staklo | 10 11 |
| Transformatorsko ulje | 10 10 |
| Porcelan | 10 14 |
| Slate | 10 14 |
| Ebonit | 10 16 |
| Amber | 10 18 |
U elektrotehnici se aktivnije koriste tvari s niskim performansama. Često su to metali koji služe kao provodnici. Takođe postoje mnoge razlike među njima. Da biste saznali električnu otpornost bakra ili drugih materijala, vrijedi pogledati referentnu tablicu.
| Materijali niske otpornosti | ρ (Ohm m) |
| Aluminijum | 2,7·10 -8 |
| Tungsten | 5,5·10 -8 |
| Grafit | 8,0·10 -6 |
| Iron | 1,0·10 -7 |
| Zlato | 2,2·10 -8 |
| Iridijum | 4,74·10 -8 |
| Constantan | 5,0·10 -7 |
| Liveni čelik | 1,3·10 -7 |
| Magnezijum | 4,4·10 -8 |
| Manganin | 4,3·10 -7 |
| Bakar | 1,72·10 -8 |
| molibden | 5,4·10 -8 |
| Nikl srebro | 3,3·10 -7 |
| Nikl | 8,7·10 -8 |
| Nichrome | 1,12·10 -6 |
| Tin | 1,2·10 -7 |
| Platinum | 1,07·10 -7 |
| Merkur | 9,6·10 -7 |
| Olovo | 2,08·10 -7 |
| Srebro | 1,6·10 -8 |
| Sivi liv | 1,0·10 -6 |
| Karbonske četke | 4,0·10 -5 |
| Cink | 5,9·10 -8 |
| Nikelin | 0,4·10 -6 |
Specifična volumetrijska električna otpornost
Ovaj parametar karakterizira sposobnost prolaska struje kroz volumen tvari. Za mjerenje je potrebno primijeniti naponski potencijal sa različitih strana materijala od kojih će proizvod biti uključen u električni krug. Napaja se strujom sa nazivnim parametrima. Nakon prolaska, mjere se izlazni podaci.
Upotreba u elektrotehnici
Promjena parametra kada različite temperatureširoko se koristi u elektrotehnici. Većina jednostavan primjer je žarulja sa žarnom niti koja koristi nihromsku nit. Kada se zagreje, počinje da sija. Kada struja prođe kroz njega, počinje da se zagrijava. Kako se zagrijavanje povećava, otpor se također povećava. Shodno tome, početna struja koja je bila potrebna za dobijanje rasvjete je ograničena. Nihromska spirala, koristeći isti princip, može postati regulator na različitim uređajima.
Široka upotreba je uticala i na plemenite metale, koji jesu pogodne karakteristike za elektrotehniku. Za kritična kola koja zahtijevaju veliku brzinu, odabiru se srebrni kontakti. Oni imaju visoka cijena, ali s obzirom na relativno malu količinu materijala, njihova upotreba je sasvim opravdana. Bakar je inferiorniji od srebra u vodljivosti, ali ima više pristupačna cijena, zbog čega se češće koristi za stvaranje žica.
U uslovima u kojima se mogu koristiti ekstremno niske temperature, koriste se supraprovodnici. Za sobnu temperaturu i vanjsku upotrebu nisu uvijek prikladni, jer će s porastom temperature njihova provodljivost početi opadati, pa za takve uvjete aluminij, bakar i srebro ostaju lideri.
U praksi se uzimaju u obzir mnogi parametri i ovo je jedan od najvažnijih. Svi proračuni se provode u fazi projektovanja, za šta se koriste referentni materijali.