- Konstantan (58,8 Cu, 40 Ni, 1,2 Mn)
- Manganin (85 Cu, 12 Mn, 3 Ni)
- Perak nikel (65 Cu, 20 Zn, 15 Ni)
- Nikelin (54 Cu, 20 Zn, 26 Ni)
- Nikrom (67,5 Ni, 15 Cr, 16 Fe, 1,5 Mn)
- Reonat (84Cu, 12Mn, 4 Zn)
- Fechral (80 Fe, 14 Cr, 6 Al)
Resistivitas nikrom
Setiap benda yang dilalui arus listrik secara otomatis mempunyai hambatan tertentu terhadapnya. Sifat suatu penghantar untuk menahan arus listrik disebut hambatan listrik.
Mari kita pertimbangkan teori elektronik tentang fenomena ini. Ketika bergerak sepanjang konduktor, elektron bebas terus-menerus bertemu dengan elektron dan atom lain dalam perjalanannya. Dengan berinteraksi dengan mereka, elektron bebas kehilangan sebagian muatannya. Dengan demikian, elektron menghadapi hambatan dari bahan konduktor. Setiap benda memiliki struktur atomnya sendiri, yang memberikan ketahanan berbeda terhadap arus listrik. Satuan hambatan dianggap Ohm. Ketahanan suatu bahan dinyatakan dengan R atau r.
Semakin rendah hambatan suatu penghantar, semakin mudah arus listrik melewati benda tersebut. Dan sebaliknya: semakin tinggi resistensinya, semakin besar pula resistensinya tubuh yang lebih buruk menghantarkan arus listrik.
Resistansi masing-masing konduktor bergantung pada sifat bahan pembuatnya. Untuk karakteristik yang tepat Konsep resistivitas (nichrome, aluminium, dll.) diperkenalkan untuk menentukan hambatan listrik suatu material tertentu. Resistansi spesifik dianggap sebagai resistansi suatu konduktor dengan panjang hingga 1 m, yang penampangnya 1 meter persegi. mm. Indikator ini dilambangkan dengan huruf p. Setiap bahan yang digunakan dalam produksi konduktor memiliki resistivitasnya masing-masing. Misalnya, pertimbangkan resistivitas nichrome dan fechral (lebih dari 3 mm):
- Х15Н60 — 1,13 Ohm*mm/m
- Х23У5Т — 1,39 Ohm*mm/m
- Х20Н80 — 1,12 Ohm*mm/m
- ХН70У — 1,30 Ohm*mm/m
- ХН20УС — 1,02 Ohm*mm/m
Resistivitas nichrome, fehrali menunjukkan ruang lingkup utama penerapannya: pembuatan perangkat aksi termal, peralatan Rumah Tangga dan elektro elemen pemanas tungku industri.
Karena nichrome dan fechral terutama digunakan dalam produksi elemen pemanas, produk yang paling umum adalah benang nikrom, pita, strip X15N60 dan X20N80, serta kawat fechral X23Yu5T.
Resistivitas adalah konsep terapan dalam teknik kelistrikan. Ini menunjukkan berapa banyak hambatan per satuan panjang suatu bahan dengan satuan penampang terhadap arus yang mengalir melaluinya - dengan kata lain, berapa hambatan yang dimiliki kawat dengan penampang milimeter sepanjang satu meter. Konsep ini digunakan dalam berbagai perhitungan kelistrikan.
Penting untuk memahami perbedaan antara resistivitas listrik DC dan resistivitas listrik AC. Dalam kasus pertama, perlawanan disebabkan semata-mata oleh tindakan arus searah kepada kondektur. Dalam kasus kedua arus bolak-balik(Bentuknya bisa apa saja: sinusoidal, persegi panjang, segitiga atau sewenang-wenang) menyebabkan medan pusaran tambahan pada konduktor, yang juga menciptakan hambatan.
Representasi fisik
Dalam perhitungan teknis yang melibatkan peletakan kabel dengan berbagai diameter, parameter digunakan untuk menghitung panjang kabel yang dibutuhkan dan parameternya Karakteristik listrik. Salah satu parameter utamanya adalah resistivitas. Rumus resistivitas listrik:
ρ = R * S / l, dimana:
- ρ adalah resistivitas material;
- R adalah hambatan listrik ohmik dari konduktor tertentu;
- S - penampang;
- aku - panjang.
Dimensi ρ diukur dalam Ohm mm 2 /m, atau, disingkat rumus - Ohm m.
Nilai ρ untuk zat yang sama selalu sama. Oleh karena itu, ini adalah konstanta yang mencirikan bahan konduktor. Biasanya ditunjukkan dalam direktori. Berdasarkan hal ini, besaran teknis sudah dapat dihitung.
Penting untuk dikatakan tentang konduktivitas listrik spesifik. Nilai ini adalah kebalikan dari resistivitas material, dan digunakan sama dengan resistivitas material. Ini juga disebut konduktivitas listrik. Semakin tinggi nilai ini, semakin besar logam lebih baik menghantarkan arus. Misalnya konduktivitas tembaga adalah 58,14 m/(Ohm mm2). Atau, dalam satuan SI: 58.140.000 S/m. (Siemens per meter adalah satuan SI untuk konduktivitas listrik).
Kita dapat berbicara tentang resistivitas hanya dengan adanya elemen yang menghantarkan arus, karena dielektrik memiliki hambatan listrik yang tak terhingga atau mendekati tak terhingga. Sebaliknya, logam merupakan konduktor arus yang sangat baik. Anda dapat mengukur hambatan listrik konduktor logam menggunakan miliohmmeter, atau mikroohmmeter yang lebih akurat. Nilai diukur antara probe yang diterapkan pada bagian konduktor. Mereka memungkinkan Anda memeriksa sirkuit, kabel, belitan motor dan generator.
Logam berbeda-beda dalam kemampuannya menghantarkan arus. Resistivitas berbagai logam- parameter yang mengkarakterisasi perbedaan ini. Data diberikan pada suhu material 20 derajat Celcius:
Parameter ρ menunjukkan berapa hambatan yang dimiliki konduktor meter dengan penampang 1 mm 2. Semakin tinggi nilainya maka hambatan listriknya akan semakin besar. kawat yang tepat panjang tertentu. ρ terkecil, seperti dapat dilihat dari daftar, adalah perak; resistansi satu meter bahan ini hanya akan sama dengan 0,015 Ohm, tetapi logam ini terlalu mahal untuk digunakan dalam skala industri. Berikutnya adalah tembaga, yang jauh lebih umum di alam (bukan logam mulia, tapi logam non-besi). Oleh karena itu, kabel tembaga sangat umum.
Tembaga tidak hanya itu panduan yang bagus arus listrik, tetapi juga bahannya sangat plastik. Berkat sifat ini, kabel tembaga lebih pas dan tahan terhadap tekukan dan peregangan.
Tembaga banyak diminati di pasaran. Banyak produk berbeda dibuat dari bahan ini:
- Berbagai macam konduktor;
- Suku cadang mobil (misalnya radiator);
- Mekanisme jam;
- Komponen komputer;
- Bagian dari perangkat listrik dan elektronik.
Spesifik hambatan listrik Tembaga adalah salah satu bahan konduktif terbaik, sehingga banyak produk industri kelistrikan dibuat berdasarkan bahan tersebut. Selain itu, tembaga mudah disolder, sehingga sangat umum terjadi pada radio amatir.
Konduktivitas termal tembaga yang tinggi memungkinkannya digunakan dalam perangkat pendingin dan pemanas, dan plastisitasnya memungkinkan pembuatan bagian terkecil dan konduktor tertipis.
Penghantar arus listrik ada jenis pertama dan kedua. Konduktor jenis pertama adalah logam. Konduktor tipe kedua adalah larutan konduktif cairan. Arus tipe pertama dibawa oleh elektron, dan pembawa arus pada konduktor tipe kedua adalah ion, partikel bermuatan cairan elektrolitik.
Kita dapat berbicara tentang konduktivitas suatu bahan hanya dalam konteks suhu lingkungan. Dengan lebih banyak suhu tinggi konduktor jenis pertama meningkatkan hambatan listriknya, dan yang kedua, sebaliknya, menurun. Dengan demikian, ada koefisien suhu ketahanan bahan. Resistivitas tembaga Ohm m meningkat seiring dengan meningkatnya pemanasan. Koefisien suhu juga hanya bergantung pada bahan, nilai ini tidak memiliki dimensi dan untuk berbagai logam dan paduan sama dengan indikator berikut:
- Perak - 0,0035;
- Besi - 0,0066;
- Platina - 0,0032;
- Tembaga - 0,0040;
- Tungsten - 0,0045;
- Merkuri - 0,0090;
- Konstantan - 0,000005;
- Nikelin - 0,0003;
- Nikrom - 0,00016.
Penentuan nilai hambatan listrik suatu bagian konduktor pada suhu tinggi R (t) dihitung dengan menggunakan rumus:
R (t) = R (0) · , dimana:
- R (0) - resistansi pada suhu awal;
- α - koefisien suhu;
- t - t (0) - perbedaan suhu.
Misalnya, dengan mengetahui hambatan listrik tembaga pada suhu 20 derajat Celcius, Anda dapat menghitung berapa besar hambatan listriknya pada suhu 170 derajat, yaitu bila dipanaskan sebesar 150 derajat. Resistensi awal akan meningkat sebesar 1,6 kali lipat.
Sebaliknya, ketika suhu meningkat, konduktivitas bahan menurun. Karena ini adalah kebalikan dari hambatan listrik, maka hambatan tersebut berkurang dengan jumlah yang persis sama. Misalnya, daya hantar listrik tembaga bila bahan tersebut dipanaskan 150 derajat akan berkurang 1,6 kali lipat.
Ada paduan yang praktis tidak mengubah hambatan listriknya ketika suhu berubah. Ini misalnya konstantan. Ketika suhu berubah seratus derajat, resistansinya hanya meningkat 0,5%.
Konduktivitas bahan akan menurun seiring dengan panas, namun akan membaik seiring dengan penurunan suhu. Hal ini terkait dengan fenomena superkonduktivitas. Jika suhu konduktor diturunkan di bawah -253 derajat Celcius, hambatan listriknya akan menurun tajam: hampir nol. Dalam hal ini, biaya transmisi energi listrik menurun. Satu-satunya masalah adalah mendinginkan konduktor pada suhu seperti itu. Namun, karena penemuan superkonduktor suhu tinggi berdasarkan oksida tembaga baru-baru ini, material harus didinginkan hingga nilai yang dapat diterima.
Resistensi itu telah ditetapkan secara eksperimental R konduktor logam berbanding lurus dengan panjangnya L dan berbanding terbalik dengan luas penampangnya A:
R = ρ aku/ A (26.4)
di mana koefisiennya ρ disebut resistivitas dan berfungsi sebagai karakteristik zat dari mana konduktor dibuat. Hal ini masuk akal: kawat yang tebal seharusnya memiliki hambatan yang lebih kecil dibandingkan kawat yang tipis karena elektron dapat berpindah ke area yang lebih luas pada kawat yang tebal. Dan kita dapat mengharapkan adanya peningkatan resistansi seiring bertambahnya panjang konduktor, seiring dengan bertambahnya jumlah hambatan aliran elektron.
Nilai-nilai yang khas ρ untuk bahan yang berbeda diberikan pada kolom pertama tabel. 26.2. (Nilai sebenarnya bergantung pada kemurnian zat, perawatan panas, suhu dan faktor lainnya.)
|
Tabel 26.2. Resistensi spesifik dan koefisien resistensi suhu (TCR) (pada 20 °C) |
||
| Zat | ρ ,Ohm | terima kasih α ,°C -1 |
| Konduktor | ||
| Perak | 1,59·10 -8 | 0,0061 |
| Tembaga | 1,68·10 -8 | 0,0068 |
| Aluminium | 2.65·10 -8 | 0,00429 |
| Tungsten | 5.6·10 -8 | 0,0045 |
| Besi | 9.71·10 -8 | 0,00651 |
| Platinum | 10.6·10 -8 | 0,003927 |
| Air raksa | 98·10 -8 | 0,0009 |
| Nikrom (paduan Ni, Fe, Cr) | 100·10 -8 | 0,0004 |
| Semikonduktor 1) | ||
| Karbon (grafit) | (3-60)·10 -5 | -0,0005 |
| Germanium | (1-500)·10 -5 | -0,05 |
| Silikon | 0,1 - 60 | -0,07 |
| Dielektrik | ||
| Kaca | 10 9 - 10 12 | |
| Karet keras | 10 13 - 10 15 | |
| 1) Nilai riil sangat bergantung pada keberadaan pengotor dalam jumlah kecil sekalipun. | ||
Perak memiliki resistivitas terendah, sehingga menjadi konduktor terbaik; namun itu mahal. Tembaga sedikit lebih rendah daripada perak; Jelas mengapa kabel paling sering terbuat dari tembaga.
Aluminium memiliki resistivitas yang lebih tinggi daripada tembaga, namun memiliki kepadatan yang jauh lebih rendah dan lebih disukai dalam beberapa aplikasi (misalnya, pada saluran listrik) karena resistansi kabel aluminium dengan massa yang sama lebih kecil dibandingkan dengan tembaga. Kebalikan dari resistivitas sering digunakan:
σ = 1/ρ (26.5)
σ disebut konduktivitas spesifik. Konduktivitas spesifik diukur dalam satuan (Ohm m) -1.
Resistivitas suatu zat bergantung pada suhu. Biasanya, resistansi logam meningkat seiring dengan peningkatan suhu. Hal ini tidak mengherankan: ketika suhu meningkat, atom-atom bergerak lebih cepat, susunannya menjadi kurang teratur, dan kita dapat memperkirakan bahwa atom-atom tersebut akan lebih mengganggu aliran elektron. Dalam rentang suhu yang sempit, resistivitas logam meningkat hampir linier terhadap suhu:
Di mana ρ T- resistivitas pada suhu T, ρ 0 - resistivitas pada suhu standar T 0 , sebuah α - Koefisien resistansi suhu (TCR). Nilai a diberikan dalam tabel. 26.2. Perhatikan bahwa untuk semikonduktor TCR bisa negatif. Hal ini jelas karena dengan meningkatnya suhu, jumlah elektron bebas meningkat dan sifat konduktif zat meningkat. Jadi, resistansi semikonduktor dapat menurun seiring dengan meningkatnya suhu (walaupun tidak selalu).
Nilai a bergantung pada suhu, jadi Anda harus memperhatikan kisaran suhu di dalamnya nilai yang diberikan(misalnya menurut buku referensi besaran fisis). Jika kisaran perubahan suhu ternyata lebar, maka linearitas akan dilanggar, dan sebagai ganti (26.6) perlu menggunakan ekspresi yang mengandung suku-suku yang bergantung pada pangkat kedua dan ketiga suhu:
ρ T = ρ 0 (1+αT+ + βT 2 + γT 3),
di mana koefisiennya β Dan γ biasanya sangat kecil (kami taruh T 0 = 0°С), tetapi secara umum T kontribusi para anggota ini menjadi signifikan.
Pada suhu yang sangat rendah, resistivitas beberapa logam, serta paduan dan senyawanya, turun hingga nol sesuai keakuratan pengukuran modern. Properti ini disebut superkonduktivitas; pertama kali diamati oleh fisikawan Belanda Geike Kamerling Onnes (1853-1926) pada tahun 1911 ketika merkuri didinginkan di bawah 4,2 K. Pada suhu ini, hambatan listrik merkuri tiba-tiba turun menjadi nol.
Superkonduktor memasuki keadaan superkonduktor di bawah suhu transisi, yang biasanya beberapa derajat Kelvin (tepat di atas nol mutlak). Arus listrik diamati pada cincin superkonduktor, yang praktis tidak melemah tanpa adanya tegangan selama beberapa tahun.
Salah satu logam yang paling populer di industri adalah tembaga. Ini paling banyak digunakan dalam bidang listrik dan elektronik. Paling sering digunakan dalam pembuatan belitan untuk motor listrik dan transformator. Alasan utama penggunaan bahan khusus ini adalah karena tembaga memiliki resistivitas listrik terendah dari bahan apa pun yang tersedia saat ini. Sampai muncul materi baru dengan nilai yang lebih rendah dari indikator ini, kita dapat mengatakan dengan yakin bahwa tidak akan ada pengganti tembaga.
Berbicara tentang tembaga, harus dikatakan bahwa pada awal era kelistrikan mulai digunakan dalam produksi peralatan listrik. Mereka mulai menggunakannya sebagian besar karena properti unik, yang dimiliki paduan ini. Dengan sendirinya, ini adalah bahan yang memiliki sifat tinggi dalam hal keuletan dan kelenturan yang baik.
Selain konduktivitas termal tembaga, salah satu keunggulan terpentingnya adalah konduktivitas listriknya yang tinggi. Karena sifat inilah tembaga dan telah tersebar luas di pembangkit listrik, di mana ia bertindak sebagai konduktor universal. Bahan yang paling berharga adalah tembaga elektrolitik, yang memiliki tingkat kemurnian tinggi yaitu 99,95%. Berkat bahan ini, dimungkinkan untuk memproduksi kabel.
Kelebihan menggunakan tembaga elektrolitik
Penggunaan tembaga elektrolitik memungkinkan Anda mencapai hal berikut:
- Pastikan konduktivitas listrik yang tinggi;
- Mencapai kemampuan penataan gaya yang luar biasa;
- Memberikan tingkat plastisitas yang tinggi.
Area aplikasi
Produk kabel berbahan tembaga elektrolitik banyak digunakan di berbagai industri. Paling sering digunakan di bidang berikut:
- industri listrik;
- peralatan listrik;
- Industri otomotif;
- produksi peralatan komputer.
Berapa resistivitasnya?
Untuk memahami apa itu tembaga dan karakteristiknya, perlu dipahami parameter utama logam ini - resistivitas. Ini harus diketahui dan digunakan saat melakukan perhitungan.
Resistivitas biasanya dipahami sebagai besaran fisis, yang dicirikan sebagai kemampuan suatu logam untuk menghantarkan arus listrik.
Penting juga untuk mengetahui nilai ini agar dapat melakukannya menghitung hambatan listrik dengan benar konduktor. Saat melakukan perhitungan, mereka juga dipandu oleh dimensi geometrisnya. Saat melakukan perhitungan, gunakan rumus berikut:
Rumus ini sudah tidak asing lagi bagi banyak orang. Dengan menggunakannya, Anda dapat dengan mudah menghitung hambatan kabel tembaga, dengan fokus hanya pada karakteristik jaringan listrik. Ini memungkinkan Anda menghitung daya yang dihabiskan secara tidak efisien untuk memanaskan inti kabel. Di samping itu, rumus serupa memungkinkan Anda menghitung resistansi kabel apa pun. Tidak masalah bahan apa yang digunakan untuk membuat kabel - tembaga, aluminium, atau paduan lainnya.
Parameter seperti resistivitas listrik diukur dalam Ohm*mm2/m. Indikator untuk kabel tembaga yang dipasang di apartemen adalah 0,0175 Ohm*mm2/m. Jika Anda mencoba mencari alternatif selain tembaga - bahan yang bisa digunakan sebagai gantinya hanya perak yang dapat dianggap satu-satunya yang cocok, yang resistivitasnya 0,016 Ohm*mm2/m. Namun, ketika memilih bahan, perlu memperhatikan tidak hanya resistivitas, tetapi juga membalikkan konduktivitas. Nilai ini diukur dalam Siemens (Cm).
Siemens = 1/ Ohm.
Untuk tembaga dengan berat berapa pun, parameter komposisinya adalah 58.100.000 S/m. Sedangkan untuk perak, konduktivitas baliknya adalah 62.500.000 S/m.
Di dunia kita teknologi tinggi ketika setiap rumah memilikinya sejumlah besar perangkat dan instalasi listrik, nilai bahan seperti tembaga sungguh tak ternilai harganya. Ini bahan yang digunakan untuk membuat kabel, yang tanpanya tidak ada ruangan yang bisa melakukannya. Jika tembaga tidak ada, maka manusia harus menggunakan kabel dari yang lain bahan yang tersedia, misalnya, dari aluminium. Namun, dalam hal ini kita harus menghadapi satu masalah. Soalnya bahan ini memiliki konduktivitas yang jauh lebih rendah dibandingkan konduktor tembaga.
Resistivitas
Penggunaan bahan dengan konduktivitas listrik dan termal yang rendah dengan berat berapa pun menyebabkan hilangnya listrik dalam jumlah besar. A ini mempengaruhi hilangnya daya pada peralatan yang digunakan. Kebanyakan ahli menyebut tembaga sebagai bahan utama pembuatan kabel berinsulasi. Ini adalah bahan utama pembuatannya elemen individu peralatan yang digerakkan oleh arus listrik.
- Papan yang dipasang di komputer dilengkapi dengan jejak tembaga yang tergores.
- Tembaga juga digunakan untuk membuat berbagai macam komponen yang digunakan pada perangkat elektronik.
- Pada trafo dan motor listrik diwakili oleh belitan yang terbuat dari bahan ini.
Tidak dapat dipungkiri bahwa perluasan cakupan penerapan material ini akan terjadi seiring dengan semakin berkembangnya kemajuan teknologi. Meski selain tembaga, ada bahan lain, namun tetap saja desainer saat membuat peralatan dan berbagai instalasi menggunakan tembaga. alasan utama permintaan akan bahan ini terletak dalam konduktivitas listrik dan termal yang baik dari logam ini, yang disediakannya dalam kondisi suhu kamar.
Koefisien resistansi suhu
Semua logam dengan konduktivitas termal apa pun memiliki sifat menurunkan konduktivitas dengan meningkatnya suhu. Ketika suhu menurun, konduktivitas meningkat. Para ahli menyebut properti penurunan resistensi dengan penurunan suhu sangat menarik. Memang, dalam hal ini, ketika suhu di dalam ruangan turun hingga nilai tertentu, konduktor dapat kehilangan hambatan listrik dan itu akan pindah ke kelas superkonduktor.
Untuk menentukan nilai resistansi suatu konduktor tertentu dengan berat tertentu pada suhu kamar, terdapat koefisien resistansi kritis. Ini adalah nilai yang menunjukkan perubahan resistansi suatu bagian rangkaian ketika suhu berubah sebesar satu Kelvin. Untuk menghitung hambatan listrik suatu penghantar tembaga dalam jangka waktu tertentu digunakan rumus sebagai berikut:
ΔR = α*R*ΔT, dimana α adalah koefisien suhu hambatan listrik.
Kesimpulan
Tembaga merupakan bahan yang banyak digunakan dalam bidang elektronik. Ini digunakan tidak hanya pada belitan dan sirkuit, tetapi juga sebagai logam untuk pembuatan produk kabel. Agar mesin dan peralatan dapat bekerja secara efektif, hal ini diperlukan menghitung resistivitas kabel dengan benar, diletakkan di apartemen. Ada rumus tertentu untuk ini. Mengetahui hal ini, Anda dapat membuat perhitungan yang memungkinkan Anda mengetahui ukuran penampang kabel yang optimal. Dalam hal ini, adalah mungkin untuk menghindari hilangnya daya peralatan dan memastikan penggunaannya secara efisien.
Konsep “tembaga spesifik” sering ditemukan dalam literatur teknik elektro. Dan Anda pasti bertanya-tanya, apa ini?
Konsep “resistansi” untuk setiap penghantar selalu dikaitkan dengan pemahaman tentang proses arus listrik yang mengalir melaluinya. Karena artikel ini akan fokus pada ketahanan tembaga, kita harus mempertimbangkan sifat-sifatnya dan sifat-sifat logam.
Ketika berbicara tentang logam, Anda tanpa sadar mengingat bahwa semuanya memiliki struktur tertentu - kisi kristal. Atom-atom terletak di titik-titik kisi tersebut dan bergerak relatif terhadapnya.Jarak dan lokasi titik-titik ini bergantung pada gaya interaksi atom satu sama lain (tolakan dan tarik-menarik), dan berbeda untuk logam yang berbeda. Dan elektron berputar mengelilingi atom pada orbitnya. Mereka juga tetap berada di orbit karena keseimbangan kekuatan. Hanya ini yang bersifat atom dan sentrifugal. Bisakah Anda bayangkan gambarnya? Anda dapat menyebutnya, dalam beberapa hal, statis.
Sekarang mari tambahkan dinamika. Ia mulai bekerja pada sepotong tembaga Medan listrik. Apa yang terjadi di dalam konduktor? Elektron, yang terkoyak dari orbitnya oleh kekuatan medan listrik, bergegas menuju kutub positifnya. Di sini Anda memiliki pergerakan elektron yang terarah, atau lebih tepatnya, arus listrik. Namun dalam perjalanannya, mereka menemukan atom-atom pada titik-titik kisi kristal dan elektron-elektron yang masih terus berputar mengelilingi atom-atomnya. Pada saat yang sama, mereka kehilangan energi dan mengubah arah gerakan. Sekarang apakah arti dari frasa “resistansi konduktor” menjadi sedikit lebih jelas? Atom-atom dalam kisi dan elektron-elektron yang berputar di sekitarnyalah yang menahan pergerakan terarah elektron yang terkoyak dari orbitnya oleh medan listrik. Tapi konsep resistansi konduktor bisa disebut karakteristik umum. Resistivitas mencirikan setiap konduktor secara lebih individual. Termasuk tembaga. Karakteristik ini bersifat individual untuk setiap logam, karena secara langsung hanya bergantung pada bentuk dan ukuran kisi kristal dan, sampai batas tertentu, pada suhu. Ketika suhu konduktor meningkat, atom-atom di lokasi kisi bergetar lebih kuat. Dan elektron berputar di sekitar titik simpul dengan kecepatan lebih tinggi dan dalam orbit dengan radius lebih besar. Dan, tentu saja, elektron bebas menghadapi hambatan yang lebih besar saat bergerak. Ini adalah proses fisika.
Untuk kebutuhan sektor teknik kelistrikan, telah dilakukan produksi logam secara luas seperti aluminium dan tembaga yang resistivitasnya cukup rendah. Logam ini digunakan untuk membuat kabel dan berbagai jenis kabel yang banyak digunakan dalam konstruksi, untuk produksi peralatan rumah tangga, busbar, belitan trafo dan produk kelistrikan lainnya.
Untuk setiap konduktor ada konsep resistivitasnya sendiri. Nilai ini terdiri dari Ohm dikalikan satu milimeter persegi, kemudian dibagi satu meter. Dengan kata lain, ini adalah hambatan suatu penghantar yang panjangnya 1 meter dan luas penampangnya 1 mm2. Hal yang sama juga berlaku untuk resistivitas tembaga, logam unik yang banyak digunakan dalam teknik kelistrikan dan energi.
Sifat-sifat tembaga
Karena sifatnya, logam ini termasuk yang pertama digunakan dalam bidang ketenagalistrikan. Pertama-tama, tembaga adalah bahan yang mudah dibentuk dan ulet dengan sifat konduktivitas listrik yang sangat baik. Masih belum ada pengganti yang setara untuk konduktor ini di sektor energi.
Sifat-sifat tembaga elektrolitik khusus, yang memiliki kemurnian tinggi, sangat dihargai. Bahan ini memungkinkan untuk menghasilkan kabel dengan ketebalan minimal pada 10 mikron.
Selain konduktivitas listriknya yang tinggi, tembaga sangat cocok untuk proses pengalengan dan jenis pemrosesan lainnya.
Tembaga dan resistivitasnya
Setiap konduktor menunjukkan hambatan jika arus listrik melewatinya. Nilainya tergantung pada panjang konduktor dan penampangnya, serta pada pengaruh suhu tertentu. Oleh karena itu, resistivitas konduktor tidak hanya bergantung pada material itu sendiri, tetapi juga pada panjang dan luas spesifiknya persilangan. Semakin mudah suatu bahan melewatkan muatan, semakin rendah resistansinya. Untuk tembaga, resistivitasnya adalah 0,0171 Ohm x 1 mm2/1 m dan hanya sedikit kalah dengan perak. Namun penggunaan perak dalam skala industri tidak menguntungkan secara ekonomi, oleh karena itu tembaga merupakan konduktor terbaik yang digunakan dalam energi.
Resistivitas tembaga juga terkait dengan konduktivitasnya yang tinggi. Nilai-nilai ini bertolak belakang satu sama lain. Sifat-sifat tembaga sebagai konduktor juga bergantung pada koefisien resistansi suhu. Hal ini terutama berlaku untuk resistansi, yang dipengaruhi oleh suhu konduktor.
Jadi, karena sifatnya, tembaga banyak digunakan tidak hanya sebagai konduktor. Logam ini digunakan di sebagian besar instrumen, perangkat, dan unit yang pengoperasiannya berhubungan dengan arus listrik.
Apabila suatu rangkaian listrik ditutup, pada terminal-terminalnya terdapat beda potensial, timbul arus listrik. Elektron bebas, di bawah pengaruh gaya medan listrik, bergerak sepanjang konduktor. Dalam pergerakannya, elektron bertabrakan dengan atom konduktor dan memberi mereka suplai energi kinetik. Kecepatan pergerakan elektron terus berubah: ketika elektron bertabrakan dengan atom, molekul, dan elektron lainnya, kecepatannya berkurang, kemudian di bawah pengaruh medan listrik, kecepatannya bertambah dan berkurang lagi dengan tumbukan baru. Akibatnya, konduktor dipasang gerak seragam aliran elektron dengan kecepatan beberapa pecahan sentimeter per detik. Akibatnya, elektron yang melewati suatu konduktor selalu menemui hambatan terhadap pergerakannya dari sisinya. Ketika arus listrik melewati konduktor, konduktor memanas.
Hambatan listrik
Hambatan listrik suatu penghantar, yang dilambangkan dengan huruf latin R, adalah properti suatu benda atau media untuk diubah energi listrik menjadi panas ketika arus listrik melewatinya.
Dalam diagram, hambatan listrik ditunjukkan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, A.
Hambatan listrik variabel yang berfungsi untuk mengubah arus pada suatu rangkaian disebut rheostat. Dalam diagram, rheostat ditunjukkan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, B. DI DALAM pandangan umum Rheostat terbuat dari kawat dengan hambatan tertentu, dililitkan pada dasar insulasi. Penggeser atau tuas rheostat ditempatkan pada posisi tertentu, sebagai akibatnya resistansi yang diperlukan dimasukkan ke dalam rangkaian.
Konduktor panjang dengan penampang kecil menciptakan hambatan arus yang besar. Konduktor pendek dengan penampang besar memberikan sedikit hambatan terhadap arus.
Jika kita mengambil dua konduktor dari bahan yang berbeda, tetapi panjang dan penampangnya sama, maka penghantar tersebut akan menghantarkan arus secara berbeda. Hal ini menunjukkan bahwa hambatan suatu penghantar bergantung pada bahan penghantar itu sendiri.
Suhu konduktor juga mempengaruhi resistansinya. Ketika suhu meningkat, resistensi logam meningkat, dan resistensi cairan dan batubara menurun. Hanya beberapa paduan logam khusus (manganin, konstanta, nikel, dan lainnya) yang mengalami kesulitan mengubah ketahanannya seiring dengan meningkatnya suhu.
Jadi, kita melihat bahwa hambatan listrik suatu konduktor bergantung pada: 1) panjang konduktor, 2) penampang konduktor, 3) bahan konduktor, 4) suhu konduktor.
Satuan hambatan adalah satu ohm. Om sering dilambangkan dengan huruf kapital Yunani Ω (omega). Oleh karena itu, daripada menulis “Hambatan konduktor adalah 15 ohm”, Anda cukup menulis: R= 15Ω.
1.000 ohm disebut 1 kiloohm(1kOhm, atau 1kΩ),
1.000.000 ohm disebut 1 megaohm(1mOhm, atau 1MΩ).
Saat membandingkan resistansi konduktor dari berbagai bahan Perlu diambil panjang dan penampang tertentu untuk setiap sampel. Kemudian kita akan dapat menilai bahan mana yang menghantarkan arus listrik lebih baik atau lebih buruk.
Video 1. Resistansi konduktor
Resistivitas listrik
Hambatan dalam ohm suatu penghantar yang panjangnya 1 m, dengan penampang 1 mm² disebut resistivitas dan dilambangkan dengan huruf Yunani ρ (ro).
Tabel 1 menunjukkan resistivitas beberapa konduktor.
Tabel 1
Resistivitas berbagai konduktor
Tabel tersebut menunjukkan bahwa sebuah kawat besi dengan panjang 1 m dan luas penampang 1 mm² mempunyai hambatan 0,13 Ohm. Untuk mendapatkan hambatan 1 Ohm, Anda perlu mengambil kawat sepanjang 7,7 m. Perak memiliki resistivitas terendah. Hambatan 1 Ohm dapat diperoleh dengan mengambil kawat perak sepanjang 62,5 m dengan penampang 1 mm². Perak adalah konduktor terbaik, tetapi harga perak tidak termasuk kemungkinan penggunaan massal. Setelah perak di meja muncul tembaga: 1 m kawat tembaga dengan penampang 1 mm² mempunyai hambatan sebesar 0,0175 Ohm. Untuk mendapatkan hambatan 1 ohm, Anda perlu mengambil 57 m kawat tersebut.
Tembaga murni secara kimia yang diperoleh melalui penyulingan telah banyak digunakan dalam teknik kelistrikan untuk pembuatan kabel, kabel, dan belitan. mesin listrik dan perangkat. Aluminium dan besi juga banyak digunakan sebagai konduktor.
Resistansi konduktor dapat ditentukan dengan rumus:
Di mana R– resistansi konduktor dalam ohm; ρ – resistansi spesifik konduktor; aku– panjang konduktor dalam m; S– penampang konduktor dalam mm².
Contoh 1. Tentukan hambatan kawat besi sepanjang 200 m yang mempunyai luas penampang 5 mm².
Contoh 2. Hitung hambatan kawat aluminium sepanjang 2 km dengan luas penampang 2,5 mm².
Dari rumus resistansi Anda dapat dengan mudah menentukan panjang, resistivitas, dan penampang konduktor.
Contoh 3. Untuk penerima radio, perlu melilitkan kawat nikel dengan hambatan 30 Ohm dengan penampang 0,21 mm². Tentukan panjang kawat yang dibutuhkan.
Contoh 4. Tentukan penampang 20 m kawat nikrom, jika hambatannya 25 Ohm.
Contoh 5. Sebuah kawat dengan luas penampang 0,5 mm² dan panjang 40 m mempunyai hambatan 16 Ohm. Tentukan bahan kawat.
Bahan konduktor mencirikan resistivitasnya.
Berdasarkan tabel resistivitas, kami menemukan bahwa timbal memiliki resistensi ini.
Telah dinyatakan di atas bahwa hambatan konduktor bergantung pada suhu. Mari kita lakukan percobaan berikut. Mari kita melilitkan beberapa meter kawat logam tipis dalam bentuk spiral dan menghubungkan spiral ini ke sirkuit baterai. Untuk mengukur arus, kita menghubungkan amperemeter ke rangkaian. Ketika kumparan dipanaskan dalam nyala api pembakar, Anda akan melihat bahwa pembacaan ammeter akan berkurang. Hal ini menunjukkan bahwa hambatan kawat logam meningkat seiring dengan pemanasan.
Untuk beberapa logam, ketika dipanaskan hingga 100°, resistansinya meningkat sebesar 40–50%. Ada paduan yang sedikit mengubah ketahanannya saat dipanaskan. Beberapa paduan khusus hampir tidak menunjukkan perubahan resistansi ketika suhu berubah. Resistansi konduktor logam meningkat seiring dengan meningkatnya suhu, resistansi elektrolit (konduktor cair), batubara dan lain-lain padatan, sebaliknya, menurun.
Kemampuan logam untuk mengubah resistansinya terhadap perubahan suhu digunakan untuk membuat termometer resistansi. Termometer ini merupakan lilitan kawat platina pada rangka mika. Dengan menempatkan termometer, misalnya, di dalam tungku dan mengukur hambatan kawat platina sebelum dan sesudah pemanasan, suhu di dalam tungku dapat ditentukan.
Perubahan hambatan suatu penghantar ketika dipanaskan per 1 ohm hambatan awal dan per 1° suhu disebut koefisien resistansi suhu dan dilambangkan dengan huruf α.
Jika pada suhu T resistansi konduktor 0 adalah R 0 , dan pada suhu T sama r t, maka koefisien resistansi suhu
Catatan. Perhitungan menggunakan rumus ini hanya dapat dilakukan pada rentang suhu tertentu (sampai kurang lebih 200°C).
Berikut adalah nilai-nilainya koefisien suhu resistensi α untuk beberapa logam (Tabel 2).
Meja 2
Nilai koefisien suhu untuk beberapa logam
Dari rumus koefisien resistansi suhu kita tentukan r t:
r t = R 0 .
Contoh 6. Tentukan hambatan kawat besi yang dipanaskan hingga 200°C jika hambatannya pada 0°C adalah 100 Ohm.
r t = R 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 ohm.
Contoh 7. Sebuah termometer hambatan yang terbuat dari kawat platina mempunyai hambatan 20 ohm di ruangan bersuhu 15°C. Termometer dimasukkan ke dalam oven dan setelah beberapa waktu diukur hambatannya. Ternyata sama dengan 29,6 Ohm. Tentukan suhu di dalam oven.
Konduktivitas listrik
Sejauh ini, kita telah menganggap hambatan suatu konduktor sebagai hambatan yang diberikan konduktor terhadap arus listrik. Namun tetap saja, arus mengalir melalui konduktor. Oleh karena itu, selain hambatan (hambatan), penghantar juga mempunyai kemampuan menghantarkan arus listrik, yaitu daya hantar.
Semakin besar hambatan yang dimiliki suatu penghantar, maka semakin kecil daya hantar listrik yang dimilikinya, maka semakin buruk pula penghantar arus listriknya, dan sebaliknya, semakin rendah hambatan suatu penghantar, semakin besar daya hantar listrik yang dimilikinya, maka semakin mudah pula arus mengalir melalui penghantar tersebut. Oleh karena itu, hambatan dan konduktivitas suatu konduktor merupakan besaran timbal balik.
Dari matematika diketahui kebalikan dari 5 adalah 1/5 dan sebaliknya kebalikan dari 1/7 adalah 7. Oleh karena itu, jika hambatan suatu penghantar dilambangkan dengan huruf R, maka konduktivitas didefinisikan sebagai 1/ R. Konduktivitas biasanya dilambangkan dengan huruf g.
Konduktivitas listrik diukur dalam (1/Ohm) atau dalam siemens.
Contoh 8. Resistansi konduktor adalah 20 ohm. Tentukan konduktivitasnya.
Jika R= 20 Ohm, kalau begitu
Contoh 9. Konduktivitas konduktor adalah 0,1 (1/Ohm). Tentukan resistensinya
Jika g = 0,1 (1/Ohm), maka R= 1 / 0,1 = 10 (Ohm)
Resistivitas listrik adalah besaran fisika yang menunjukkan sejauh mana suatu bahan dapat menahan aliran arus listrik yang melaluinya. Beberapa orang mungkin bingung karakteristik ini dengan hambatan listrik biasa. Terlepas dari kesamaan konsep, perbedaan di antara keduanya adalah bahwa istilah spesifik merujuk pada zat, dan istilah kedua merujuk secara eksklusif pada konduktor dan bergantung pada bahan pembuatannya.
Timbal-balik dari bahan ini adalah konduktivitas listrik spesifik. Semakin tinggi parameter ini, semakin baik arus yang mengalir melalui zat tersebut. Oleh karena itu, semakin tinggi resistensi, semakin besar kemungkinan kerugian pada output.
Rumus perhitungan dan nilai pengukuran
Mempertimbangkan bagaimana hambatan listrik spesifik diukur, hubungan dengan non-spesifik juga dapat ditelusuri, karena satuan Ohm m digunakan untuk menunjukkan parameter. Besaran itu sendiri dilambangkan dengan ρ. Dengan nilai ini, resistansi suatu zat dapat ditentukan berdasarkan ukurannya. Satuan pengukuran ini sesuai dengan sistem SI, namun variasi lain mungkin terjadi. Dalam teknologi Anda secara berkala dapat melihat sebutan usang Ohm mm 2 /m. Untuk mentransfer dari sistem ini ke sistem internasional Anda tidak perlu menggunakan rumus yang rumit, karena 1 Ohm mm 2 /m sama dengan 10 -6 Ohm m.
Rumus resistivitas listrik adalah sebagai berikut:
R= (ρ l)/S, dimana:
- R – resistansi konduktor;
- Ρ – resistivitas material;
- aku – panjang konduktor;
- S – penampang konduktor.
Ketergantungan suhu
Resistivitas listrik tergantung pada suhu. Tetapi semua kelompok zat memanifestasikan dirinya secara berbeda ketika berubah. Ini harus diperhitungkan ketika menghitung kabel yang akan dioperasikan kondisi tertentu. Misalnya, di luar ruangan, di mana nilai suhu bergantung pada waktu dalam setahun, bahan yang diperlukan dengan kerentanan yang lebih kecil terhadap perubahan dalam kisaran -30 hingga +30 derajat Celcius. Jika Anda berencana untuk menggunakannya pada peralatan yang akan beroperasi dalam kondisi yang sama, maka Anda juga perlu mengoptimalkan perkabelan untuk parameter tertentu. Bahannya selalu dipilih dengan mempertimbangkan kegunaannya.
Pada tabel nominal, resistivitas listrik diambil pada suhu 0 derajat Celcius. Peningkatan indikator parameter ini ketika suatu bahan dipanaskan disebabkan oleh fakta bahwa intensitas pergerakan atom dalam suatu zat mulai meningkat. Operator muatan listrik tersebar secara acak ke segala arah, yang mengarah pada terciptanya hambatan bagi pergerakan partikel. Jumlah aliran listrik berkurang.
Ketika suhu menurun, kondisi aliran arus menjadi lebih baik. Setelah mencapai suhu tertentu, yang akan berbeda untuk setiap logam, muncul superkonduktivitas, di mana karakteristik yang dimaksud hampir mencapai nol.
Perbedaan parameter terkadang mencapai nilai yang sangat besar. Bahan-bahan yang mempunyai kinerja tinggi dapat digunakan sebagai isolator. Mereka membantu melindungi kabel dari korsleting dan kontak manusia yang tidak disengaja. Beberapa zat umumnya tidak berlaku untuk teknik kelistrikan jika ada bernilai tinggi parameter ini. Properti lain mungkin mengganggu hal ini. Misalnya, air tidak akan berpengaruh pada daya hantar listrik sangat penting untuk daerah ini. Berikut nilai beberapa zat dengan indikator tinggi.
| Bahan dengan resistivitas tinggi | ρ (Ohm m) |
| Bakelit | 10 16 |
| benzena | 10 15 ...10 16 |
| Kertas | 10 15 |
| Air sulingan | 10 4 |
| Air laut | 0.3 |
| Kayu kering | 10 12 |
| Tanahnya basah | 10 2 |
| Kaca kuarsa | 10 16 |
| Minyak tanah | 10 1 1 |
| Marmer | 10 8 |
| Parafin | 10 1 5 |
| Minyak parafin | 10 14 |
| kaca plexiglass | 10 13 |
| Polistiren | 10 16 |
| Polivinil klorida | 10 13 |
| Polietilen | 10 12 |
| Minyak silikon | 10 13 |
| Mika | 10 14 |
| Kaca | 10 11 |
| Minyak transformator | 10 10 |
| Porselen | 10 14 |
| Batu tulis | 10 14 |
| Ebonit | 10 16 |
| Amber | 10 18 |
Zat dengan kinerja rendah digunakan lebih aktif dalam teknik kelistrikan. Ini seringkali merupakan logam yang berfungsi sebagai konduktor. Ada juga banyak perbedaan di antara keduanya. Untuk mengetahui resistivitas listrik tembaga atau bahan lainnya, ada baiknya melihat tabel referensi.
| Bahan dengan resistivitas rendah | ρ (Ohm m) |
| Aluminium | 2.7·10 -8 |
| Tungsten | 5.5·10 -8 |
| Grafit | 8.0·10 -6 |
| Besi | 1.0·10 -7 |
| Emas | 2.2·10 -8 |
| Iridium | 4.74·10 -8 |
| Konstantan | 5.0·10 -7 |
| Baja tuang | 1.3·10 -7 |
| Magnesium | 4.4·10 -8 |
| Manganin | 4.3·10 -7 |
| Tembaga | 1,72·10 -8 |
| Molibdenum | 5.4·10 -8 |
| Perak nikel | 3.3·10 -7 |
| Nikel | 8.7·10 -8 |
| Nikrom | 1.12·10 -6 |
| Timah | 1.2·10 -7 |
| Platinum | 1.07·10 -7 |
| Air raksa | 9.6·10 -7 |
| Memimpin | 2.08·10 -7 |
| Perak | 1.6·10 -8 |
| Besi cor kelabu | 1,0·10 -6 |
| Sikat karbon | 4.0·10 -5 |
| Seng | 5.9·10 -8 |
| Nikelin | 0,4·10 -6 |
Resistivitas listrik volumetrik spesifik
Parameter ini mencirikan kemampuan melewatkan arus melalui volume suatu zat. Untuk mengukurnya, perlu menerapkan potensial tegangan dari berbagai sisi material dari mana produk akan dimasukkan ke dalam rangkaian listrik. Ini dilengkapi dengan arus dengan parameter pengenal. Setelah lewat, data keluaran diukur.
Gunakan dalam teknik listrik
Mengubah parameter kapan suhu yang berbeda banyak digunakan dalam teknik elektro. Paling contoh sederhana adalah lampu pijar yang menggunakan filamen nichrome. Saat dipanaskan, ia mulai bersinar. Ketika arus melewatinya, ia mulai memanas. Ketika pemanasan meningkat, resistensi juga meningkat. Oleh karena itu, arus awal yang diperlukan untuk memperoleh penerangan menjadi terbatas. Spiral nichrome, dengan prinsip yang sama, dapat menjadi pengatur di berbagai perangkat.
Penggunaan yang meluas juga berdampak pada logam mulia karakteristik yang sesuai untuk teknik elektro. Untuk sirkuit kritis yang memerlukan kecepatan tinggi, kontak perak dipilih. Mereka punya harga tinggi, namun mengingat jumlah bahan yang relatif sedikit, penggunaannya cukup beralasan. Tembaga lebih rendah konduktivitasnya dibandingkan perak, tetapi memiliki lebih banyak harga terjangkau, karena itu lebih sering digunakan untuk membuat kabel.
Dalam kondisi dimana suhu yang sangat rendah dapat digunakan, superkonduktor digunakan. Untuk suhu ruangan dan penggunaan di luar ruangan, bahan ini tidak selalu sesuai, karena seiring dengan naiknya suhu, konduktivitasnya akan mulai turun, sehingga untuk kondisi seperti itu aluminium, tembaga, dan perak tetap menjadi yang terdepan.
Dalam praktiknya, banyak parameter yang diperhitungkan dan ini adalah salah satu yang paling penting. Semua perhitungan dilakukan pada tahap desain, dimana bahan referensi digunakan.