Setiap zat mampu menghantarkan arus dengan derajat yang berbeda-beda, nilai ini dipengaruhi oleh ketahanan bahan tersebut. Resistivitas tembaga, aluminium, baja dan elemen lainnya dilambangkan dengan huruf ρ dari alfabet Yunani. Nilai ini tidak bergantung pada karakteristik konduktor seperti ukuran, bentuk dan kondisi fisik; hambatan listrik biasa memperhitungkan parameter ini. Resistivitas diukur dalam Ohm dikalikan mm² dan dibagi meter.
Kategori dan deskripsinya
Bahan apa pun mampu menunjukkan dua jenis hambatan tergantung pada listrik yang disuplai ke bahan tersebut. Arus dapat bervariasi atau konstan, yang secara signifikan mempengaruhi kinerja teknis suatu zat. Jadi, ada resistensi seperti itu:
- ohmik. Muncul di bawah pengaruh arus searah. Mencirikan gesekan, yang diciptakan oleh pergerakan partikel bermuatan listrik dalam suatu konduktor.
- Aktif. Itu ditentukan berdasarkan prinsip yang sama, tetapi dibuat di bawah pengaruh arus bolak-balik.
Dalam hal ini, ada juga dua definisi nilai spesifik. Untuk arus searah, besarnya sama dengan hambatan yang ditimbulkan oleh suatu satuan panjang bahan konduktif dengan satuan luas penampang tetap. Medan listrik potensial mempengaruhi semua konduktor, serta semikonduktor dan larutan yang mampu menghantarkan ion. Nilai ini menentukan sifat konduktif dari material itu sendiri. Bentuk konduktor dan dimensinya tidak diperhitungkan, sehingga dapat disebut sebagai dasar dalam ilmu teknik elektro dan material.
Tunduk pada aliran arus bolak-balik nilai tertentu dihitung dengan mempertimbangkan ketebalan bahan konduktif. Di sini tidak hanya pengaruh potensial, tetapi juga arus eddy, dan frekuensi medan listrik juga diperhitungkan. Resistivitas jenis ini lebih besar dibandingkan dengan arus searah, karena di sini nilai positif dari resistansi terhadap medan pusaran diperhitungkan. Nilai ini juga tergantung pada bentuk dan ukuran konduktor itu sendiri. Parameter inilah yang menentukan sifat gerak pusaran partikel bermuatan.
Arus bolak-balik menyebabkan hal tertentu fenomena elektromagnetik. Mereka sangat penting untuk karakteristik listrik bahan konduktif:
- Efek kulit ditandai dengan melemahnya medan elektromagnetik, semakin banyak menembus ke dalam media konduktor. Fenomena ini disebut juga efek permukaan.
- Efek kedekatan mengurangi kepadatan arus karena kedekatan kabel yang berdekatan dan pengaruhnya.
Efek-efek ini sangat penting ketika menghitung ketebalan optimal konduktor, karena bila menggunakan kawat yang jari-jarinya lebih besar dari kedalaman penetrasi arus ke dalam material, sisa massanya akan tetap tidak terpakai, dan oleh karena itu pendekatan ini tidak akan efektif. Sesuai dengan perhitungan yang dilakukan, diameter efektif bahan konduktif dalam beberapa situasi adalah sebagai berikut:
- untuk arus 50 Hz - 2,8 mm;
- 400 Hz - 1 mm;
- 40 kHz - 0,1 mm.
Oleh karena itu, penggunaan kabel multiinti datar, yang terdiri dari banyak kabel tipis, aktif digunakan untuk arus frekuensi tinggi.
Karakteristik logam
Indikator spesifik konduktor logam terdapat dalam tabel khusus. Dengan menggunakan data ini, Anda dapat membuat perhitungan lebih lanjut yang diperlukan. Contoh tabel resistivitas dapat dilihat pada gambar.
Tabel tersebut menunjukkan bahwa perak memiliki konduktivitas tertinggi - perak merupakan konduktor ideal di antara semua logam dan paduan yang ada. Jika kita hitung berapa kawat dari bahan tersebut yang diperlukan untuk memperoleh hambatan 1 ohm, maka diperoleh panjang 62,5 m, kawat besi untuk nilai yang sama akan membutuhkan kawat besi sebanyak 7,7 m.
Tidak peduli betapa indahnya sifat yang dimiliki perak, perak juga demikian bahan mahal untuk penggunaan massal dalam jaringan listrik, oleh karena itu tembaga banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari dan industri. Dalam hal indikator spesifiknya, ia menempati urutan kedua setelah perak, dan dalam hal prevalensi dan kemudahan ekstraksi, jauh lebih baik daripada perak. Tembaga memiliki keunggulan lain yang menjadikannya konduktor yang paling umum. Ini termasuk:
Untuk digunakan dalam teknik kelistrikan, digunakan tembaga murni, yang setelah dilebur dari bijih sulfida, melalui proses pemanggangan dan peniupan, dan kemudian harus melalui pemurnian elektrolitik. Setelah pengolahan tersebut dimungkinkan diperoleh suatu bahan yang sangat berkualitas Kualitas tinggi(nilai M1 dan M0), yang mengandung 0,1 hingga 0,05% pengotor. Nuansa penting adalah adanya oksigen dalam jumlah yang sangat kecil, karena berdampak negatif terhadap karakteristik mekanik tembaga.
Seringkali logam ini digantikan oleh bahan yang lebih murah - aluminium dan besi, serta berbagai perunggu (paduan dengan silikon, berilium, magnesium, timah, kadmium, kromium, dan fosfor). Komposisi tersebut memiliki kekuatan yang lebih tinggi dibandingkan tembaga murni, meskipun memiliki konduktivitas yang lebih rendah.
Keuntungan dari aluminium
Meskipun aluminium memiliki ketahanan yang lebih besar dan lebih rapuh, penggunaannya secara luas disebabkan oleh fakta bahwa aluminium tidak selangka tembaga sehingga harganya lebih murah. Aluminium memiliki resistivitas 0,028 dan kepadatannya yang rendah membuatnya 3,5 kali lebih ringan dari tembaga.
Untuk pekerjaan kelistrikan gunakan aluminium murni grade A1, yang mengandung tidak lebih dari 0,5% pengotor. Kelas AB00 yang lebih tinggi digunakan untuk pembuatan kapasitor elektrolitik, elektroda dan aluminium foil. Kandungan pengotor pada aluminium ini tidak lebih dari 0,03%. Ada juga logam murni AB0000, termasuk tidak lebih dari 0,004% bahan tambahan. Pengotor itu sendiri juga penting: nikel, silikon, dan seng memiliki pengaruh kecil terhadap konduktivitas aluminium, dan kandungan tembaga, perak, dan magnesium dalam logam ini memiliki pengaruh yang nyata. Talium dan mangan paling mengurangi konduktivitas.
Aluminium mempunyai sifat anti korosi yang baik. Setelah kontak dengan udara, ia menjadi tertutup lapisan tipis oksida, yang melindunginya dari kerusakan lebih lanjut. Untuk perbaikan karakteristik mekanis logam tersebut dicampur dengan unsur lain.
Indikator baja dan besi
Resistivitas besi dibandingkan tembaga dan aluminium sangat tinggi, namun karena ketersediaan, kekuatan dan ketahanan terhadap deformasi, material ini banyak digunakan dalam produksi listrik.
Meskipun besi dan baja, yang resistivitasnya bahkan lebih tinggi, mempunyai kelemahan yang signifikan, produsen bahan konduktor telah menemukan metode untuk mengimbanginya. Secara khusus, ketahanan terhadap korosi yang rendah diatasi dengan melapisi kawat baja dengan seng atau tembaga.
Sifat natrium
Logam natrium juga sangat menjanjikan dalam produksi konduktor. Dalam hal ketahanan, ia secara signifikan melebihi tembaga, tetapi memiliki kepadatan 9 kali lebih kecil dari itu. Hal ini memungkinkan bahan tersebut digunakan dalam pembuatan kabel ultra-ringan.
Logam natrium sangat lunak dan sama sekali tidak stabil terhadap segala jenis deformasi, sehingga penggunaannya menjadi masalah - kawat yang terbuat dari logam ini harus ditutup dengan selubung yang sangat kuat dengan sedikit fleksibilitas. Cangkangnya harus tertutup rapat, karena natrium menunjukkan aktivitas kimia yang kuat dalam kondisi paling netral. Ia langsung teroksidasi di udara dan menunjukkan reaksi hebat dengan air, termasuk air yang terkandung di udara.
Manfaat lain menggunakan natrium adalah ketersediaannya. Ini dapat diperoleh melalui elektrolisis natrium klorida cair, yang jumlahnya tidak terbatas di dunia. Logam lain jelas lebih rendah dalam hal ini.
Untuk menghitung kinerja konduktor tertentu, perlu membagi produk dari jumlah tertentu dan panjang kawat dengan luas penampangnya. Hasilnya adalah nilai resistansi dalam Ohm. Misalnya, untuk menentukan hambatan kawat besi sepanjang 200 m dengan penampang nominal 5 mm², Anda perlu mengalikan 0,13 dengan 200 dan membagi hasilnya dengan 5. Jawabannya adalah 5,2 Ohm.
Aturan dan fitur perhitungan
Mikroohmmeter digunakan untuk mengukur resistansi media logam. Saat ini mereka diproduksi dalam versi digital, sehingga pengukuran yang dilakukan dengan bantuan mereka akurat. Hal ini dapat dijelaskan oleh fakta bahwa logam memiliki level tinggi konduktivitas dan memiliki resistansi yang sangat rendah. Misalnya ambang bawah alat ukur memiliki nilai 10 -7 Ohm.
Dengan menggunakan mikroohmmeter, Anda dapat dengan cepat menentukan seberapa baik kontaknya dan berapa hambatan yang ditimbulkan oleh belitan generator, motor listrik dan trafo, serta bus listrik. Dimungkinkan untuk menghitung keberadaan inklusi logam lain di dalam ingot. Misalnya, sepotong tungsten yang dilapisi emas menunjukkan setengah konduktivitas emas. Dengan cara yang sama Anda bisa menentukan cacat internal dan rongga pada konduktor.
Rumus resistivitasnya adalah sebagai berikut: ρ = Ohm mm 2 /m. Dengan kata lain, ini dapat digambarkan sebagai hambatan konduktor 1 meter, memiliki luas penampang 1 mm². Suhu diasumsikan standar - 20 °C.
Pengaruh suhu pada pengukuran
Pemanasan atau pendinginan beberapa konduktor mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap kinerja alat ukur. Contohnya adalah percobaan berikut: perlu menyambungkan kawat yang dililitkan secara spiral ke baterai dan menyambungkan ammeter ke rangkaian.
Semakin banyak konduktor memanas, semakin rendah pembacaan pada perangkat. Arusnya justru sebaliknya ketergantungan proporsional dari perlawanan. Oleh karena itu, kita dapat menyimpulkan bahwa akibat pemanasan, konduktivitas logam menurun. Pada tingkat yang lebih besar atau lebih kecil, semua logam berperilaku seperti ini, tetapi pada beberapa paduan praktis tidak ada perubahan konduktivitas.
Patut dicatat bahwa konduktor cair dan beberapa nonlogam padat cenderung menurunkan resistansinya seiring dengan meningkatnya suhu. Namun para ilmuwan juga telah memanfaatkan kemampuan logam ini untuk keuntungan mereka. Mengetahui koefisien resistansi suhu (α) ketika memanaskan beberapa bahan, dimungkinkan untuk menentukan suhu eksternal. Misalnya, kawat platina yang diletakkan pada rangka mika dimasukkan ke dalam oven dan hambatannya diukur. Tergantung pada seberapa banyak perubahannya, kesimpulan dibuat tentang suhu di dalam oven. Desain ini disebut termometer resistansi.
Jika pada suhu T resistansi konduktor 0 adalah R 0, dan pada suhu T sama rt, maka koefisien resistansi suhu sama dengan 
Perhitungan menggunakan rumus ini hanya dapat dilakukan pada kisaran suhu tertentu (sampai kurang lebih 200 °C).
Spesifik hambatan listrik adalah kuantitas fisik yang menunjukkan sejauh mana suatu material dapat menolak melewatinya arus listrik. 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 dimana digunakan benang nikrom. 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 kamar dan tidak selalu sesuai untuk penggunaan di luar ruangan, karena seiring dengan meningkatnya suhu, konduktivitasnya akan mulai menurun, 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.
Resistensi itu telah ditetapkan secara eksperimental R konduktor logam berbanding lurus dengan panjangnya L dan berbanding terbalik dengan luasnya persilangan 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.
Sangat suhu rendah ah, resistivitas beberapa logam, serta paduan dan senyawanya, turun hingga nol dalam 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.
DI DALAM tahun terakhir Superkonduktivitas sedang diteliti secara intensif untuk memahami mekanismenya dan untuk menemukan bahan yang dapat melakukan superkonduktor pada suhu yang lebih tinggi untuk mengurangi biaya dan ketidaknyamanan karena harus mendinginkan hingga suhu yang sangat rendah. Teori superkonduktivitas pertama yang berhasil diciptakan oleh Bardeen, Cooper dan Schrieffer pada tahun 1957. Superkonduktor sudah digunakan pada magnet besar, di mana medan magnet diciptakan oleh arus listrik (lihat Bab 28), yang secara signifikan mengurangi konsumsi energi. Tentu saja, mempertahankan superkonduktor pada suhu rendah juga memerlukan energi.
Komentar dan saran diterima dan diterima!
Arus listrik I dalam zat apa pun diciptakan oleh pergerakan partikel bermuatan dalam arah tertentu akibat penerapan energi eksternal (beda potensial U). Setiap zat memiliki sifat tersendiri yang mempengaruhi aliran arus di dalamnya secara berbeda. Sifat-sifat ini dinilai dengan hambatan listrik R.
Georg Ohm secara empiris menentukan faktor-faktor yang mempengaruhi hambatan listrik suatu zat dan menurunkannya dari tegangan dan arus, yang dinamai menurut namanya. Satuan pengukuran hambatan dalam sistem SI internasional dinamai menurut namanya. 1 Ohm adalah nilai hambatan yang diukur pada suhu 0°C untuk kolom air raksa homogen dengan panjang 106,3 cm dan luas penampang 1 mm 2.
Definisi
Untuk mengevaluasi dan mempraktekkan bahan-bahan pembuatan alat-alat listrik, istilahnya “resistivitas konduktor”. Kata sifat tambahan “spesifik” menunjukkan faktor penggunaan nilai volume referensi yang diadopsi untuk zat yang dimaksud. Hal ini memungkinkan untuk mengevaluasi parameter kelistrikan bahan yang berbeda.
Diperhitungkan bahwa resistansi konduktor meningkat dengan bertambahnya panjangnya dan berkurangnya penampang. Sistem SI menggunakan volume konduktor homogen dengan panjang 1 meter dan penampang 1 m 2. Dalam perhitungan teknis, satuan volume non-sistemik yang ketinggalan jaman namun nyaman digunakan, terdiri dari panjang 1 meter dan luas 1 mm 2. Rumus resistivitas ρ ditunjukkan pada gambar.
Untuk menentukan sifat listrik suatu zat, karakteristik lain diperkenalkan - konduktivitas spesifik b. Berbanding terbalik dengan nilai resistivitas dan menentukan kemampuan material dalam menghantarkan arus listrik: b = 1/ρ.
Bagaimana resistivitas bergantung pada suhu?
Konduktivitas suatu bahan dipengaruhi oleh suhunya. Kelompok zat yang berbeda berperilaku berbeda ketika dipanaskan atau didinginkan. Properti ini diperhitungkan dalam kabel listrik bekerja untuk di luar rumah dalam panas dan dingin.
Bahan dan resistivitas kawat dipilih dengan mempertimbangkan kondisi pengoperasian.
Peningkatan resistensi konduktor terhadap aliran arus ketika dipanaskan dijelaskan oleh fakta bahwa ketika suhu logam meningkat, intensitas pergerakan atom dan pembawa muatan listrik di dalamnya meningkat ke segala arah, yang menciptakan hambatan yang tidak perlu untuk arus. pergerakan partikel bermuatan dalam satu arah dan mengurangi jumlah alirannya.
Jika Anda menurunkan suhu logam, kondisi aliran arus akan membaik. Ketika didinginkan hingga suhu kritis, banyak logam menunjukkan fenomena superkonduktivitas, ketika hambatan listriknya hampir nol. Properti ini banyak digunakan dalam elektromagnet kuat.
Pengaruh suhu terhadap konduktivitas logam digunakan oleh industri kelistrikan dalam pembuatan lampu pijar biasa. Ketika arus melewatinya, ia memanas hingga memancarkan fluks cahaya. Dalam kondisi normal, resistivitas nichrome adalah sekitar 1,05 1,4 (ohm ∙mm 2)/m.
Saat bola lampu dinyalakan, arus besar melewati filamen, yang dengan cepat memanaskan logam. Pada saat yang sama, resistansi rangkaian listrik meningkat, membatasi arus awal ke nilai nominal yang diperlukan untuk memperoleh penerangan. Dengan cara ini, kekuatan arus mudah diatur melalui spiral nichrome, sehingga menghilangkan kebutuhan untuk menggunakan ballast kompleks yang digunakan pada sumber LED dan fluoresen.
Bagaimana resistivitas bahan yang digunakan dalam teknologi?
Logam mulia non-besi memiliki properti terbaik konduktivitas listrik. Oleh karena itu, kontak kritis pada perangkat listrik terbuat dari perak. Tapi ini meningkatkan biaya akhir seluruh produk. Pilihan yang paling bisa diterima adalah menggunakan logam yang lebih murah. Misalnya, resistivitas tembaga sebesar 0,0175 (ohm ∙mm 2)/m cukup cocok untuk tujuan tersebut.
Logam mulia- emas, perak, platinum, paladium, iridium, rhodium, rutenium dan osmium, dinamai terutama karena tingginya ketahanan terhadap bahan kimia dan penampilan cantik dalam perhiasan. Selain itu, emas, perak, dan platina memiliki keuletan yang tinggi, dan logam golongan platina memiliki sifat tahan api dan, seperti emas, kelembaman kimia. Keunggulan logam mulia ini digabungkan.
Paduan tembaga, yang memiliki konduktivitas yang baik, digunakan untuk membuat shunt yang membatasi aliran arus besar melalui kepala pengukur amperemeter berdaya tinggi.
Resistivitas aluminium 0,026±0,029 (ohm ∙mm 2)/m sedikit lebih tinggi dibandingkan tembaga, tetapi produksi dan biaya logam ini lebih rendah. Ditambah lagi lebih ringan. Hal ini menjelaskan penggunaannya yang luas di sektor energi untuk pembuatan kabel luar ruangan dan inti kabel.
Resistivitas besi 0,13 (ohm ∙mm 2)/m juga memungkinkan penggunaannya untuk mentransmisikan arus listrik, namun hal ini mengakibatkan rugi-rugi daya yang lebih besar. Paduan baja telah meningkatkan kekuatan. Oleh karena itu, kabel overhead aluminium saluran tegangan tinggi Transmisi listrik dijalin dengan benang baja yang dirancang untuk menahan beban tarik.
Hal ini terutama terjadi ketika es terbentuk pada kabel atau hembusan angin kencang.
Beberapa paduan, misalnya konstantin dan nikel, memiliki karakteristik resistif yang stabil secara termal dalam kisaran tertentu. Resistivitas listrik Nikel hampir tidak berubah dari 0 hingga 100 derajat Celcius. Oleh karena itu, spiral untuk rheostat terbuat dari nikel.
DI DALAM alat pengukur Properti yang secara ketat mengubah nilai resistivitas platina tergantung pada suhunya banyak digunakan. Jika arus listrik dari sumber tegangan stabil dialirkan melalui penghantar platina dan dihitung nilai resistansinya, maka akan menunjukkan suhu platina. Hal ini memungkinkan skala untuk lulus dalam derajat yang sesuai dengan nilai Ohm. Metode ini memungkinkan Anda mengukur suhu dengan akurasi sepersekian derajat.
Terkadang untuk memecahkan masalah praktis Anda perlu mengetahuinya impedansi kabel atau resistansi spesifik. Untuk melakukan ini, di buku referensi tentang produk kabel Nilai resistansi induktif dan aktif dari satu inti diberikan untuk setiap nilai penampang. Mereka digunakan untuk menghitung beban yang diizinkan, panas yang dihasilkan, kondisi pengoperasian yang diizinkan ditentukan dan perlindungan yang efektif dipilih.
Konduktivitas logam dipengaruhi oleh metode pengolahannya. Penggunaan tekanan untuk deformasi plastis mengganggu struktur kisi kristal, meningkatkan jumlah cacat dan meningkatkan resistensi. Untuk menguranginya digunakan anil rekristalisasi.
Peregangan atau kompresi logam menyebabkan deformasi elastis di dalamnya, yang menyebabkan amplitudo getaran termal elektron berkurang dan resistansinya sedikit berkurang.
Saat merancang sistem pentanahan, hal ini perlu diperhitungkan. Definisinya berbeda dari metode di atas dan diukur dalam satuan SI - Ohm∙meter. Hal ini digunakan untuk mengevaluasi kualitas aliran arus listrik di dalam bumi.
Konduktivitas tanah dipengaruhi oleh banyak faktor, antara lain kelembaban tanah, kepadatan, ukuran partikel, suhu, serta konsentrasi garam, asam, dan basa.
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, hambatan hanya disebabkan oleh aksi arus searah pada konduktor. 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.
Resistivitas listrik tembaga adalah salah satu yang terbaik di antara bahan penghantar arus, 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. Pada suhu yang lebih 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 suhuα juga hanya bergantung pada bahannya, nilai ini tidak memiliki dimensi dan untuk logam dan paduan yang berbeda 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. Akibatnya, biaya transmisi turun energi listrik. 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.