مقاومة النحاس في النظام الدولي للوحدات. مقاومة كهربائية محددة

لذلك ، من المهم معرفة معلمات جميع العناصر والمواد المستخدمة. وليست كهربائية فحسب ، بل ميكانيكية أيضًا. ولديك بعض الراحة المواد المرجعية، مما يسمح لك بمقارنة خصائص المواد المختلفة واختيار التصميم والعمل بالضبط ما سيكون الأمثل في موقف معين.
في خطوط نقل الطاقة ، حيث تكون المهمة أكثر إنتاجية ، أي بجلب الطاقة للمستهلك بكفاءة عالية ، يتم أخذ اقتصاديات الخسائر وآليات الخطوط نفسها في الاعتبار. تعتمد الكفاءة الاقتصادية النهائية للخط على الميكانيكا - أي ترتيب وترتيب الموصلات والعوازل والدعامات ومحولات الصعود / التنحي ووزن وقوة جميع الهياكل ، بما في ذلك الأسلاك الممتدة لمسافات طويلة ، وكذلك على المواد المختارة لكل عنصر إنشائي ، وتكاليف العمل والتشغيل. بالإضافة إلى ذلك ، في الخطوط التي تنقل الكهرباء ، تكون متطلبات ضمان سلامة كل من الخطوط نفسها والبيئة التي تمر فيها أعلى. وهذا يضيف تكاليف لضمان توصيل الكهرباء وهامش أمان إضافي لجميع الهياكل.

للمقارنة ، عادة ما يتم تقليل البيانات إلى نموذج واحد قابل للمقارنة. في كثير من الأحيان ، يتم إضافة لقب "محدد" إلى هذه الخصائص ، ويتم اعتبار القيم نفسها في بعض المعايير الموحدة من حيث المعلمات الفيزيائية. على سبيل المثال ، محددة المقاومة الكهربائية- هذه هي المقاومة (أوم) لموصل مصنوع من بعض المعادن (النحاس والألمنيوم والفولاذ والتنغستن والذهب) لها طول وحدة وقسم وحدة في نظام الوحدات المستخدمة (عادةً في النظام الدولي للوحدات). بالإضافة إلى ذلك ، يتم تحديد درجة الحرارة ، لأنه عند تسخينها ، يمكن أن تتصرف مقاومة الموصلات بشكل مختلف. يتم أخذ متوسط ​​ظروف التشغيل العادية كأساس - عند 20 درجة مئوية. وحيث تكون الخصائص مهمة عند تغيير معلمات الوسيط (درجة الحرارة ، الضغط) ، يتم إدخال المعاملات ويتم تجميع جداول ورسوم بيانية إضافية للاعتماديات.

أنواع المقاومة

لأن المقاومة هي:

• نشط - أو أومي ، مقاوم - الناتج عن تكلفة الكهرباء لتسخين الموصل (معدن) عند المرور عبره التيار الكهربائي، و
• تفاعلي - سعوي أو استقرائي - والذي يأتي من الخسائر الحتمية لإحداث أي تغييرات في التيار المار عبر موصل المجالات الكهربائية ، ومن ثم يمكن أن تكون مقاومة الموصل من نوعين:

1. مقاومة كهربائية محددة للتيار المباشر (لها طابع مقاوم) و
2. مقاومة كهربائية محددة للتيار المتردد (لها طابع رد الفعل).

هنا ، المقاومة من النوع 2 هي قيمة معقدة ، فهي تتكون من عنصرين من TP - نشطة ومتفاعلة ، لأن المقاومة المقاومة توجد دائمًا عندما يمر التيار ، بغض النظر عن طبيعته ، والمقاومة التفاعلية تحدث فقط مع أي تغيير في التيار في الدوائر. في دارات التيار المستمر ، تحدث المفاعلة فقط أثناء العبور المرتبط بالتيار (التغيير في التيار من 0 إلى الاسمي) أو إيقاف التشغيل (الاختلاف من الاسمي إلى 0). وعادة ما يتم أخذها في الاعتبار فقط عند تصميم الحماية من الحمل الزائد.

في دوائر التيار المتردد ، تكون الظواهر المرتبطة بالتفاعلات أكثر تنوعًا. إنها لا تعتمد فقط على المرور الفعلي للتيار عبر قسم معين ، ولكن أيضًا على شكل الموصل ، والاعتماد ليس خطيًا.

الحقيقة هي أن التيار المتردد يستحث الحقل الكهربائيحول الموصل الذي يتدفق من خلاله وفي الموصل نفسه. ومن هذا المجال ، تنشأ تيارات إيدي ، والتي تعطي تأثير "دفع" الحركة الرئيسية الفعلية للشحنات ، من عمق قسم الموصل بأكمله إلى سطحه ، وهو ما يسمى "تأثير الجلد" (من الجلد - جلد). اتضح أن التيارات الدوامة ، كما كانت ، "تسرق" مقطعها العرضي من الموصل. يتدفق التيار في طبقة معينة قريبة من السطح ، ويظل باقي سمك الموصل غير مستخدم ، ولا يقلل من مقاومته ، ولا فائدة من زيادة سمك الموصلات. خاصة عند الترددات العالية. لذلك ، بالنسبة للتيار المتناوب ، يتم قياس المقاومة في مثل هذه المقاطع العرضية للموصلات ، حيث يمكن اعتبار المقطع العرضي بأكمله بالقرب من السطح. يسمى هذا السلك رقيقًا ، ويساوي سمكه ضعف عمق هذه الطبقة السطحية ، حيث تحل تيارات إيدي محل التيار الرئيسي المفيد المتدفق في الموصل.

بالطبع ، لا يقتصر تقليل سمك الأسلاك المستديرة في المقطع العرضي على التنفيذ الفعالالتيار المتناوب. يمكن ترقق الموصل ، ولكن في نفس الوقت يصبح مسطحًا على شكل شريط ، ثم يكون المقطع العرضي أعلى من السلك المستدير ، على التوالي ، وتكون المقاومة أقل. بالإضافة إلى ذلك ، فإن مجرد زيادة مساحة السطح سيكون له تأثير زيادة المقطع العرضي الفعال. يمكن تحقيق الشيء نفسه باستخدام سلك مجدول بدلاً من حبلا منفردًا ، بالإضافة إلى ذلك ، فإن السلك المجدول متفوق في المرونة على الخيط الفردي ، والذي غالبًا ما يكون ذا قيمة أيضًا. من ناحية أخرى ، مع الأخذ في الاعتبار تأثير الجلد في الأسلاك ، من الممكن جعل الأسلاك مركبة من خلال صنع اللب من معدن له خصائص قوة جيدة ، مثل الفولاذ ، ولكن خصائص كهربائية منخفضة. في الوقت نفسه ، يتم صنع جديلة من الألومنيوم فوق الفولاذ ، والذي يتمتع بمقاومة أقل.

بالإضافة إلى تأثير الجلد ، يتأثر تدفق التيار المتردد في الموصلات بإثارة التيارات الدوامة في الموصلات المحيطة. تسمى هذه التيارات بتيارات الالتقاط ، ويتم تحفيزها في كل من المعادن التي لا تلعب دور الأسلاك (تحمل العناصر الهيكلية) ، وفي أسلاك المجمع الموصل بأكمله - تلعب دور الأسلاك في المراحل الأخرى ، الصفر ، التأريض .

تم العثور على كل هذه الظواهر في جميع التصميمات المتعلقة بالكهرباء ، وهذا يعزز بشكل أكبر أهمية وجود معلومات مرجعية موجزة تحت تصرفك لمجموعة متنوعة من المواد.

تُقاس مقاومة الموصلات بأدوات حساسة ودقيقة للغاية ، حيث يتم اختيار المعادن للأسلاك ولديها أقل مقاومة - بترتيب أوم * 10-6 لكل متر طول ومربع. مم. أقسام. لقياس مقاومة العزل ، هناك حاجة إلى أدوات ، على العكس من ذلك ، لها نطاقات من قيم المقاومة الكبيرة جدًا - عادةً ميغا أوم. من الواضح أن الموصلات يجب أن تعمل بشكل جيد ، ويجب عزل العوازل جيدًا.

طاولة

جدول المقاومات المحددة للموصلات (المعادن والسبائك)
مادة موصل	التركيب (للسبائك)	المقاومة النوعية ρ مΩ × مم 2 / م
	النحاس والزنك والقصدير والنيكل والرصاص والمنغنيز والحديد ، إلخ.
الألومنيوم
التنغستن
الموليبدينوم
	النحاس والقصدير والألمنيوم والسيليكون والبريليوم والرصاص وما إلى ذلك (باستثناء الزنك)
	الحديد والكربون
	النحاس والنيكل والزنك
المنجانين	النحاس والنيكل والمنغنيز
قسنطينة	النحاس والنيكل والألمنيوم
	النيكل والكروم والحديد والمنغنيز
	الحديد والكروم والألمنيوم والسيليكون والمنغنيز

الحديد كموصل في الهندسة الكهربائية

الحديد هو أكثر المعادن شيوعًا في الطبيعة والتكنولوجيا (بعد الهيدروجين ، وهو معدن أيضًا). إنه أيضًا أرخص الأسعار وله خصائص قوة ممتازة ، لذلك يتم استخدامه في كل مكان كأساس لقوة الهياكل المختلفة.

في الهندسة الكهربائية ، يتم استخدام الحديد كموصل على شكل أسلاك مرنة من الصلب حيث تكون هناك حاجة إلى القوة المادية والمرونة ، ويمكن تحقيق المقاومة المرغوبة بسبب القسم المناسب.

بوجود جدول للمقاومات المحددة لمختلف المعادن والسبائك ، يمكن حساب المقاطع العرضية للأسلاك المصنوعة من موصلات مختلفة.

على سبيل المثال ، دعونا نحاول إيجاد المقطع العرضي المكافئ كهربائيًا للموصلات المصنوعة من مواد مختلفة: أسلاك النحاس والتنغستن والنيكل والحديد. بالنسبة للسلك الأولي ، خذ سلك الألمنيوم مع مقطع عرضي 2.5 مم.

نحتاج إلى أن تكون مقاومة السلك من كل هذه المعادن على طول 1 متر مساوية لمقاومة السلك الأصلي. ستساوي مقاومة الألمنيوم لكل 1 متر من الطول و 2.5 ملم من المقطع العرضي

أين ص- مقاومة، ρ - مقاومة المعدن من الطاولة ، س- مساحة المقطع العرضي، إل- طول.

باستبدال القيم الأولية ، نحصل على مقاومة قطعة طولها متر من سلك الألومنيوم بالأوم.

بعد ذلك ، نحل صيغة S.

سنقوم باستبدال القيم من الجدول والحصول على مناطق المقطع العرضي للمعادن المختلفة.

نظرًا لأن المقاومة في الجدول تقاس على سلك طوله 1 متر ، بالميكرو أوم لكل قسم 1 مم 2 ، فقد حصلنا عليها في ميكرو أوم. للحصول عليه بالأوم ، تحتاج إلى ضرب القيمة في 10 -6. لكن عدد الأوم الذي يحتوي على 6 أصفار بعد الفاصلة العشرية ليس ضروريًا بالنسبة لنا للحصول عليه ، لأننا ما زلنا نجد النتيجة النهائية بالمليمتر 2.

كما ترون ، مقاومة الحديد كبيرة جدًا ، السلك سميك.

لكن هناك مواد تحتوي على أكثر من ذلك ، مثل النيكل أو الكستانتان.

عند الإغلاق دائرة كهربائية، في المحطات التي يوجد بها فرق جهد ، ينشأ تيار كهربائي. تتحرك الإلكترونات الحرة تحت تأثير قوى المجال الكهربائي على طول الموصل. في حركتها ، تتصادم الإلكترونات مع ذرات الموصل وتعطيها احتياطيًا من طاقتها الحركية. تتغير سرعة حركة الإلكترونات باستمرار: عندما تصطدم الإلكترونات بالذرات والجزيئات والإلكترونات الأخرى ، فإنها تتناقص ، ثم تزداد تحت تأثير المجال الكهربائي وتنخفض مرة أخرى مع حدوث تصادم جديد. نتيجة لذلك ، يتم ضبط الموصل حركة موحدةتدفق الإلكترونات بسرعة بضع كسور من السنتيمتر في الثانية. وبالتالي ، فإن الإلكترونات التي تمر عبر موصل تواجه دائمًا مقاومة من جانبها لحركتها. عندما يمر تيار كهربائي عبر موصل ، فإن الأخير يسخن.

المقاومة الكهربائية

المقاومة الكهربائية للموصل ، والتي يتم الإشارة إليها حرف لاتيني ص، تسمى خاصية الجسم أو البيئة للتحول طاقة كهربائيةإلى حرارة عندما يمر تيار كهربائي خلالها.

في المخططات ، يشار إلى المقاومة الكهربائية كما هو موضح في الشكل 1 ، أ.

تسمى المقاومة الكهربائية المتغيرة ، والتي تعمل على تغيير التيار في الدائرة مقاومة متغيرة. في المخططات ، تم تحديد ريوستات كما هو موضح في الشكل 1 ، ب. في نظرة عامةالمقاومة المتغيرة مصنوعة من سلك بمقاومة أو أخرى ، ملفوفة على قاعدة عازلة. يتم وضع شريط التمرير أو الرافعة المتغيرة في موضع معين ، ونتيجة لذلك يتم إدخال المقاومة المرغوبة في الدائرة.

يخلق الموصل الطويل للمقطع العرضي الصغير مقاومة عالية للتيار. الموصلات القصيرة ذات المقطع العرضي الكبير لديها مقاومة قليلة للتيار.

إذا أخذنا موصلين من مواد مختلفة ، ولكن من نفس الطول والمقطع ، فإن الموصلات ستجري التيار بطرق مختلفة. هذا يدل على أن مقاومة الموصل تعتمد على مادة الموصل نفسه.

تؤثر درجة حرارة الموصل أيضًا على مقاومته. مع ارتفاع درجة الحرارة ، تزداد مقاومة المعادن ، وتقل مقاومة السوائل والفحم. فقط بعض السبائك المعدنية الخاصة (المنجانين والكونستانتان والنيكل وغيرها) تكاد لا تغير مقاومتها مع زيادة درجة الحرارة.

لذلك ، نرى أن المقاومة الكهربائية للموصل تعتمد على: 1) طول الموصل ، 2) المقطع العرضي للموصل ، 3) مادة الموصل ، 4) درجة حرارة الموصل.

وحدة المقاومة هي أوم واحد. غالبًا ما يتم الإشارة إلى أوم باليونانية الحرف الكبيرΩ (أوميغا). لذا بدلاً من كتابة "مقاومة الموصل 15 أوم" ، يمكنك ببساطة كتابة: ص= 15Ω.
1000 أوم يسمى 1 كيلو أوم(1kΩ ، أو 1kΩ) ،
1،000،000 أوم يسمى 1 ميجا أوم(1mgOhm أو 1MΩ).

عند مقارنة مقاومة الموصلات من مواد مختلفة ، من الضروري أخذ طول وقسم معينين لكل عينة. ثم سنكون قادرين على الحكم على المواد التي تنقل التيار الكهربائي بشكل أفضل أو أسوأ.

فيديو 1. مقاومة موصل

مقاومة كهربائية محددة

المقاومة في أوم من موصل طوله 1 متر ، مع مقطع عرضي 1 مم² يسمى المقاومة النوعيةويشار إليه بالحرف اليوناني ρ (ريال عماني).

يعطي الجدول 1 المقاومات المحددة لبعض الموصلات.

الجدول 1

مقاومة مختلف الموصلات

يوضح الجدول أن السلك الحديدي الذي يبلغ طوله 1 م ومقطعه العرضي 1 مم 2 له مقاومة 0.13 أوم. للحصول على 1 أوم من المقاومة ، يجب أن تأخذ 7.7 م من هذا السلك. الفضة لديها أدنى مقاومة. يمكن الحصول على مقاومة 1 أوم بأخذ 62.5 مترًا من الأسلاك الفضية مع مقطع عرضي 1 مم². الفضة هي أفضل موصل ، لكن تكلفة الفضة تحول دون استخدامها على نطاق واسع. بعد الفضة في الجدول يأتي النحاس: 1 م من الأسلاك النحاسية ذات المقطع العرضي 1 مم² لها مقاومة 0.0175 أوم. للحصول على مقاومة 1 أوم ، يجب أن تأخذ 57 مترًا من هذا السلك.

لقد وجد النحاس النقي كيميائيًا ، الذي يتم الحصول عليه عن طريق التكرير ، استخدامًا واسعًا في الهندسة الكهربائية لتصنيع الأسلاك والكابلات ولفائف الآلات والأجهزة الكهربائية. يستخدم الألمنيوم والحديد أيضًا على نطاق واسع كموصلات.

يمكن تحديد مقاومة الموصل بالصيغة التالية:

أين ص- مقاومة الموصل بالأوم ؛ ρ - مقاومة محددة للموصل ؛ لهو طول الموصل بالمتر ؛ س- المقطع العرضي للموصل مم².

مثال 1أوجد مقاومة 200 م من الأسلاك الحديدية ذات المقطع العرضي 5 مم².

مثال 2احسب مقاومة 2 كم من أسلاك الألمنيوم بمقطع عرضي 2.5 مم².

من معادلة المقاومة ، يمكنك بسهولة تحديد الطول والمقاومة والمقطع العرضي للموصل.

مثال 3بالنسبة لجهاز استقبال لاسلكي ، من الضروري لف مقاومة 30 أوم من سلك نيكل بمقطع عرضي قدره 0.21 مم². حدد طول السلك المطلوب.

مثال 4حدد المقطع العرضي لسلك نيتشروم بطول 20 مترًا إذا كانت مقاومته 25 أوم.

مثال 5سلك بقطر 0.5 مم² وطوله 40 م مقاومته 16 أوم. حدد مادة السلك.

تتميز مادة الموصل بمقاومتها.

وفقًا لجدول المقاومة ، نجد أن الرصاص يتمتع بمثل هذه المقاومة.

ذكر أعلاه أن مقاومة الموصلات تعتمد على درجة الحرارة. لنقم بالتجربة التالية. نقوم بلف عدة أمتار من الأسلاك المعدنية الرفيعة على شكل لولب ونحول هذا اللولب إلى دائرة بطارية. لقياس التيار في الدائرة ، قم بتشغيل مقياس التيار الكهربائي. عند تسخين اللولب في لهب الموقد ، يمكنك أن ترى أن قراءات مقياس التيار الكهربائي ستنخفض. هذا يدل على أن مقاومة السلك المعدني تزداد بالتسخين.

بالنسبة لبعض المعادن ، عند تسخينها بنسبة 100 درجة ، تزداد المقاومة بنسبة 40-50٪. هناك سبائك تغيرت قليلاً من مقاومتها للحرارة. بعض السبائك الخاصة نادرا ما تغير المقاومة مع درجة الحرارة. تزداد مقاومة الموصلات المعدنية مع زيادة درجة الحرارة ، وتقل مقاومة الإلكتروليت (الموصلات السائلة) والفحم وبعض المواد الصلبة ، على العكس من ذلك.

تُستخدم قدرة المعادن على تغيير مقاومتها مع التغيرات في درجات الحرارة لبناء مقاييس حرارة مقاومة. مقياس الحرارة هذا عبارة عن سلك بلاتيني ملفوف على إطار الميكا. من خلال وضع مقياس حرارة ، على سبيل المثال ، في الفرن وقياس مقاومة السلك البلاتيني قبل وبعد التسخين ، يمكن تحديد درجة الحرارة في الفرن.

يسمى التغيير في مقاومة الموصل عند تسخينه ، لكل 1 أوم من المقاومة الأولية ودرجة حرارة واحدة ، معامل درجة حرارة المقاومةويشار إليه بالحرف α.

إذا كان في درجة حرارة ر 0 مقاومة موصل هي ص 0 ، وفي درجة الحرارة ريساوي ص رثم معامل درجة حرارة المقاومة

ملحوظة.لا يمكن حساب هذه الصيغة إلا في نطاق درجة حرارة معينة (حتى حوالي 200 درجة مئوية).

نعطي قيم معامل درجة الحرارة للمقاومة α لبعض المعادن (الجدول 2).

الجدول 2

قيم معامل درجة الحرارة لبعض المعادن

من صيغة معامل درجة الحرارة للمقاومة نحدد ص ر:

ص ر = ص 0 .

مثال 6أوجد مقاومة سلك حديدي مسخن إلى 200 درجة مئوية إذا كانت مقاومته عند 0 درجة مئوية 100 أوم.

ص ر = ص 0 = 100 (1 + 0.0066 × 200) = 232 أوم.

مثال 7مقياس حرارة مقاوم مصنوع من سلك بلاتينيوم في غرفة بدرجة حرارة 15 درجة مئوية لديه مقاومة 20 أوم. تم وضع مقياس الحرارة في الفرن وبعد فترة تم قياس مقاومته. اتضح أنه يساوي 29.6 أوم. حدد درجة الحرارة في الفرن.

التوصيل الكهربائي

حتى الآن ، اعتبرنا مقاومة الموصل عقبة يوفرها الموصل للتيار الكهربائي. ومع ذلك ، يتدفق التيار عبر الموصل. لذلك ، بالإضافة إلى المقاومة (العوائق) ، يتمتع الموصل أيضًا بالقدرة على توصيل التيار الكهربائي ، أي الموصلية.

كلما زادت مقاومة الموصل ، كلما قلت الموصلية ، كلما كان التيار الكهربي أسوأ ، وعلى العكس ، كلما قلت مقاومة الموصل ، كلما زادت الموصلية ، كلما كان من الأسهل مرور التيار عبر الموصل. لذلك ، فإن مقاومة الموصل وموصليةهما كميات متبادلة.

من المعروف من الرياضيات أن مقلوب 5 هو 1/5 ، وعلى العكس من ذلك ، فإن مقلوب 1/7 هو 7. لذلك ، إذا تم الإشارة إلى مقاومة الموصل بالحرف ص، ثم يتم تعريف الموصلية على أنها 1 / ص. عادة ما يتم الإشارة إلى الموصلية بالحرف g.

تقاس الموصلية الكهربائية بـ (1 / أوم) أو سيمنز.

المثال 8مقاومة الموصل 20 أوم. تحديد الموصلية.

لو ص= 20 أوم إذن

المثال 9الموصلية 0.1 (1 / أوم). حدد مقاومته

إذا كانت g \ u003d 0.1 (1 / أوم) ، إذن ص= 1 / 0.1 = 10 (أوم)

يتم إنشاء التيار الكهربائي I في أي مادة من خلال حركة الجسيمات المشحونة في اتجاه معين بسبب استخدام الطاقة الخارجية (فرق الجهد U). كل مادة لها خصائص فردية تؤثر على مرور التيار فيها بطرق مختلفة. يتم تقييم هذه الخصائص من خلال المقاومة الكهربائية R.

حدد جورج أوم بشكل تجريبي العوامل التي تؤثر على حجم المقاومة الكهربائية لمادة ما ، مستنبطة من الجهد والتيار ، والتي سميت باسمه. وحدة المقاومة في النظام الدوليتم تسمية SI من بعده. 1 أوم هي قيمة المقاومة المقاسة عند درجة حرارة 0 درجة مئوية لمتجانس عمود الزئبق 106.3 سم ومساحة المقطع العرضي 1 مم 2.

تعريف

من أجل تقييم وتطبيق مواد لتصنيع الأجهزة الكهربائية ، فإن هذا المصطلح "مقاومة الموصل". تشير الصفة المضافة "محدد" إلى عامل استخدام قيمة الحجم المرجعي المعتمدة للمادة المعنية. هذا يجعل من الممكن تقييم المعلمات الكهربائية للمواد المختلفة.

في الوقت نفسه ، يؤخذ في الاعتبار أن مقاومة الموصل تزداد بزيادة طولها وانخفاض المقطع العرضي. يستخدم نظام SI حجم موصل متجانس بطول متر واحد وقسم عرضي 1 متر مربع. في الحسابات الفنية ، يتم استخدام وحدة حجم قديمة ولكنها مريحة خارج النظام ، وتتألف من طول متر واحد ومساحة 1 مم 2. تظهر صيغة المقاومة ρ في الشكل.

لتحديد الخواص الكهربائيةالمواد ، تم إدخال خاصية أخرى - الموصلية النوعية ب. يتناسب عكسياً مع قيمة المقاومة ، ويحدد قدرة المادة على توصيل التيار الكهربائي: b = 1 / ρ.

كيف تعتمد المقاومة على درجة الحرارة؟

تتأثر موصلية المادة بدرجة حرارتها. مجموعات متنوعةالمواد تتصرف بشكل مختلف عند تسخينها أو تبريدها. تؤخذ هذه الخاصية في الاعتبار في الأسلاك الكهربائية التي تعمل في الهواء الطلق في الحرارة والبرودة.

يتم اختيار مادة السلك ومقاومته مع مراعاة ظروف تشغيله.

تفسر الزيادة في مقاومة الموصلات لمرور التيار أثناء التسخين بحقيقة أنه مع زيادة درجة حرارة المعدن الموجود فيه ، تزداد شدة حركة الذرات والناقلات. الشحنات الكهربائيةفي جميع الاتجاهات ، مما يخلق عقبات غير ضرورية لحركة الجسيمات المشحونة في اتجاه واحد ، يقلل من حجم تدفقها.

إذا انخفضت درجة حرارة المعدن ، تتحسن ظروف مرور التيار. عند التبريد إلى درجة حرارة حرجة ، تظهر ظاهرة الموصلية الفائقة في العديد من المعادن ، عندما تكون مقاومتها الكهربائية صفرًا تقريبًا. تستخدم هذه الخاصية على نطاق واسع في المغناطيسات الكهربائية القوية.

تستخدم الصناعة الكهربائية تأثير درجة الحرارة على موصلية المعدن في صناعة المصابيح المتوهجة العادية. أثناء مرور التيار ، يتم تسخينها إلى هذه الحالة التي تنبعث منها فيض ضوئي. في ظل الظروف العادية ، تبلغ المقاومة النوعية للنيكروم حوالي 1.05 1.4 (أوم ∙ مم 2) / م.

عند تشغيل المصباح الكهربائي ، يمر تيار كبير عبر الفتيل ، مما يؤدي إلى تسخين المعدن بسرعة كبيرة. في الوقت نفسه ، تزداد مقاومة الدائرة الكهربائية ، مما يحد من التيار الأولي إلى القيمة الاسمية اللازمة للحصول على الإضاءة. بهذه الطريقة ، يتم إجراء تنظيم بسيط للقوة الحالية من خلال حلزوني نيتشروم ، ولا داعي لاستخدام كوابح معقدة تستخدم في مصادر LED والإنارة.

كيف يتم استخدام مقاومة المواد في الهندسة

المعادن النبيلة غير الحديدية لها أفضل الخصائصالتوصيل الكهربائي. لذلك ، فإن الاتصالات الحرجة في الأجهزة الكهربائية مصنوعة من الفضة. لكن هذا يزيد من التكلفة النهائية للمنتج بأكمله. الخيار الأكثر قبولًا هو استخدام معادن أرخص. على سبيل المثال ، مقاومة النحاس ، التي تساوي 0.0175 (أوم ∙ مم 2) / م ، مناسبة تمامًا لهذه الأغراض.

معادن نبيلة- الذهب والفضة والبلاتين والبلاديوم والإيريديوم والروديوم والروثينيوم والأوزميوم ، والتي سميت أساسًا بمقاومتها الكيميائية العالية والمظهر الجميل في المجوهرات. بالإضافة إلى ذلك ، تتمتع الذهب والفضة والبلاتين بقدرة عالية على الليونة ، بينما تتمتع معادن مجموعة البلاتين بنقطة انصهار عالية ، مثل الذهب ، خمول كيميائي. يتم الجمع بين هذه المزايا من المعادن النبيلة.

تُستخدم سبائك النحاس ذات الموصلية الجيدة لعمل تحويلات تحد من تدفق التيارات العالية من خلال رأس القياس للمقاييس عالية الطاقة.

المقاومة النوعية للألمنيوم 0.026 × 0.029 (أوم ∙ مم 2) / م أعلى قليلاً من مقاومة النحاس ، لكن إنتاج وتكلفة هذا المعدن أقل. بالإضافة إلى أنه أسهل. هذا يفسر ذلك تطبيق واسعفي صناعة الطاقة لتصنيع الأسلاك العاملة في الهواء الطلق ، ولب الكابلات.

تسمح المقاومة المحددة للحديد 0.13 (أوم ∙ مم 2) / م أيضًا باستخدامها لنقل التيار الكهربائي ، ولكن في هذه الحالة توجد خسائر كبيرة في الطاقة. زادت سبائك الصلب القوة. لذلك ، يتم نسج خيوط الفولاذ في أسلاك الألمنيوم العلوية لخطوط الطاقة عالية الجهد ، والتي تم تصميمها لتحمل ضغوط الشد.

هذا صحيح بشكل خاص عندما يتشكل الجليد على الأسلاك أو هبوب رياح قوية.

تتمتع بعض السبائك ، على سبيل المثال ، قسطنطين ونيكل ، بخصائص مقاومة مستقرة حرارياً في نطاق معين. في النيكل ، لا تتغير المقاومة الكهربائية عمليًا من 0 إلى 100 درجة مئوية. لذلك ، فإن الحلزونات لمقاومات مقاومة متغيرة مصنوعة من النيكل.

في أدوات القياس ، تُستخدم على نطاق واسع خاصية التغيير الصارم في قيم مقاومة البلاتين من درجة حرارته. إذا تم تمرير تيار كهربائي عبر موصل بلاتيني من مصدر جهد مستقر وتم حساب قيمة المقاومة ، فسيشير ذلك إلى درجة حرارة البلاتين. يتيح لك ذلك معايرة المقياس بالدرجات ، بما يتوافق مع قيم أوم. تسمح لك هذه الطريقة بقياس درجة الحرارة بدقة كسور الدرجة.

في بعض الأحيان ، من أجل حل المشاكل العملية ، عليك أن تعرف مقاومة الكابل أو المقاومة. للقيام بذلك ، في الكتب المرجعية لمنتجات الكابلات ، يتم إعطاء قيم المقاومة الاستقرائية والنشطة لنواة واحدة لكل قيمة من قيمة المقطع العرضي. بمساعدتهم ، يتم حساب الأحمال المسموح بها والحرارة المتولدة وتحديد ظروف التشغيل المسموح بها واختيار الحماية الفعالة.

تتأثر الموصلية النوعية للمعادن بالطريقة التي تتم معالجتها بها. استخدام الضغط لتشويه الهيكل البلاستيكي فواصل شعرية الكريستاليزيد من عدد العيوب ويزيد من المقاومة. لتقليله ، يتم استخدام التلدين لإعادة التبلور.

يتسبب تمدد أو ضغط المعادن في حدوث تشوه مرن فيها ، حيث تنخفض اتساع التذبذبات الحرارية للإلكترونات ، وتقل المقاومة إلى حد ما.

عند تصميم أنظمة التأريض ، من الضروري أن تأخذ في الاعتبار. لها اختلافات في التعريف عن الطريقة المذكورة أعلاه ويتم قياسها بوحدات نظام SI - أوم ∙ متر. بمساعدتها ، يتم تقييم جودة انتشار التيار الكهربائي داخل الأرض.

تتأثر موصلية التربة بالعديد من العوامل ، بما في ذلك رطوبة التربة ، وكثافة التربة ، وحجم الجسيمات ، ودرجة الحرارة ، والملح ، والحمض ، وتركيزات القلويات.

محتوى:

في الهندسة الكهربائية ، تعتبر الأسلاك من العناصر الرئيسية للدوائر الكهربائية. مهمتهم هي تمرير التيار الكهربائي بأقل خسائر. من الناحية التجريبية ، تم تحديد أنه من أجل تقليل فقد الطاقة ، فإن أفضل طريقة لصنع الأسلاك هي الفضة. هذا هو المعدن الذي يوفر خصائص الموصل مع الحد الأدنى من المقاومة بالأوم. ولكن بما أن هذا المعدن النبيل باهظ الثمن ، فإن استخدامه في الصناعة محدود للغاية.

والمعادن الرئيسية للأسلاك هي الألمنيوم والنحاس. لسوء الحظ ، فإن مقاومة الحديد كموصل للكهرباء أكبر من أن تصنع منه سلكًا جيدًا. على الرغم من التكلفة المنخفضة ، يتم استخدامه فقط كقاعدة حاملة لأسلاك خطوط نقل الطاقة.

هذه المقاومات المختلفة

المقاومة تقاس بالأوم. لكن بالنسبة للأسلاك ، هذه القيمة صغيرة جدًا. إذا حاولت القياس باستخدام جهاز اختبار في وضع قياس المقاومة ، فاحصل عليه النتيجة الصحيحةسيكون من الصعب. علاوة على ذلك ، بغض النظر عن السلك الذي نأخذه ، فإن النتيجة على لوحة العدادات ستختلف قليلاً. لكن هذا لا يعني أن المقاومة الكهربائية لهذه الأسلاك ستؤثر بالتساوي على فقدان الكهرباء. للتحقق من ذلك ، من الضروري تحليل الصيغة التي يتم من خلالها حساب المقاومة:

تستخدم هذه الصيغة كميات مثل:

اتضح أن المقاومة تحدد المقاومة. هناك مقاومة محسوبة بواسطة صيغة تستخدم مقاومة أخرى. تحدد هذه المقاومة الكهربائية المحددة ρ (الحرف اليوناني ro) فقط ميزة معدن معين كموصل كهربائي:

لذلك ، إذا تم استخدام النحاس أو الحديد أو الفضة أو أي مادة أخرى لصنع أسلاك أو موصلات متطابقة ذات تصميم خاص ، دور قياديإنها المادة التي ستلعب في خواصها الكهربائية.

لكن في الواقع ، الموقف مع المقاومة أكثر تعقيدًا من مجرد الحسابات باستخدام الصيغ أعلاه. لا تأخذ هذه الصيغ في الاعتبار درجة الحرارة وشكل قطر الموصل. ومع زيادة درجة الحرارة ، تصبح مقاومة النحاس ، مثل أي معدن آخر ، أكبر. مثال واضح جدًا على ذلك هو المصباح الكهربائي المتوهج. يمكنك قياس مقاومة اللولب باستخدام جهاز اختبار. ثم ، بقياس التيار في الدائرة باستخدام هذا المصباح ، وفقًا لقانون أوم ، احسب مقاومته في حالة التوهج. ستكون النتيجة أكبر بكثير مما كانت عليه عند قياس المقاومة باستخدام جهاز اختبار.

وبالمثل ، لن يعطي النحاس الكفاءة المتوقعة عند ارتفاع التيار ، إذا أهملنا شكل المقطع العرضي للموصل. إن تأثير الجلد ، الذي يتجلى في تناسب مباشر مع الزيادة في التيار ، يجعل الموصلات ذات المقطع العرضي المستدير غير فعالة ، حتى لو تم استخدام الفضة أو النحاس. لهذا السبب ، قد تكون مقاومة سلك نحاسي دائري عند تيار مرتفع أعلى من مقاومة سلك الألمنيوم المسطح.

علاوة على ذلك ، حتى لو كانت مناطق المقطع العرضي الخاصة بهم هي نفسها. مع التيار المتردد ، يتجلى تأثير الجلد أيضًا ، حيث يزداد مع زيادة تواتر التيار. يعني تأثير الجلد أن التيار يميل إلى التدفق بالقرب من سطح الموصل. لهذا السبب ، في بعض الحالات يكون من الأفضل استخدام طلاء الفضة للأسلاك. حتى الانخفاض الطفيف في مقاومة السطح للموصل النحاسي المطلي بالفضة يقلل بشكل كبير من فقدان الإشارة.

تعميم مفهوم المقاومة

كما هو الحال في أي حالة أخرى تتعلق بعرض الأبعاد ، يتم التعبير عن المقاومة من حيث أنظمة مختلفةالوحدات. يستخدم SI (النظام الدولي للوحدات) أوم م ، ولكن من المقبول أيضًا استخدام أوم * كيلو فولت مم / م (هذه وحدة مقاومة غير نظامية). لكن في الموصل الحقيقي ، قيمة المقاومة ليست ثابتة. نظرًا لأن جميع المواد تتميز بنقاوة معينة ، والتي يمكن أن تختلف من نقطة إلى أخرى ، كان من الضروري إنشاء تمثيل مناسب للمقاومة في مادة حقيقية. أصبح قانون أوم في الشكل التفاضلي مثل هذا المظهر:

هذا القانون ، على الأرجح ، لن يتم تطبيقه على حسابات الأسرة. لكن في سياق تصميم المكونات الإلكترونية المختلفة ، على سبيل المثال ، المقاومات والعناصر البلورية ، يتم استخدامها بالتأكيد. نظرًا لأنه يسمح لك بإجراء عمليات حسابية بناءً على نقطة معينة ، حيث توجد كثافة تيار وقوة مجال كهربائي. والمقاومة المقابلة. يتم تطبيق الصيغة على الخواص غير المتجانسة وكذلك المواد متباينة الخواص (البلورات ، تصريف الغاز ، إلخ).

كيف يتم الحصول على النحاس النقي؟

من أجل تقليل الفاقد في الأسلاك وقلب الكابلات المصنوعة من النحاس ، يجب أن تكون نقية بشكل خاص. يتم تحقيق ذلك من خلال عمليات تكنولوجية خاصة:

• على أساس الحزمة الإلكترونية ، وكذلك ذوبان المنطقة ؛
• التنظيف الكهربائي المتكرر.

لقد سمع الكثير عن قانون أوم ، لكن لا يعرف الجميع ما هو. تبدأ الدراسة بدورة مدرسية في الفيزياء. بمزيد من التفصيل قم بتمرير الكلية الفيزيائية والديناميكا الكهربية. من غير المحتمل أن تكون هذه المعرفة مفيدة للشخص العادي العادي ، ولكنها ضرورية للتطوير العام وللفرد مهنة المستقبل. من ناحية أخرى ، فإن المعرفة الأساسية بالكهرباء وهيكلها وميزاتها في المنزل ستساعد في تحذير نفسك من المتاعب. لا عجب أن يسمى قانون أوم القانون الأساسي للكهرباء. يحتاج رب المنزل إلى المعرفة في مجال الكهرباء من أجل منع الجهد الزائد ، والذي يمكن أن يؤدي إلى زيادة الحمل والحريق.

مفهوم المقاومة الكهربائية

اكتشف الفيزيائي الألماني جورج سيمون أوم العلاقة بين الكميات الفيزيائية الأساسية للدائرة الكهربائية - المقاومة والجهد وقوة التيار.

المقاومة الكهربائية للموصل هي القيمة التي تميز مقاومته للتيار الكهربائي.بمعنى آخر ، يترك جزء من الإلكترونات تحت تأثير تيار كهربائي على الموصل مكانه في الشبكة البلورية ويذهب إلى القطب الموجب للموصل. تبقى بعض الإلكترونات في الشبكة ، وتستمر في الدوران حول ذرة النواة. تشكل هذه الإلكترونات والذرات مقاومة كهربائية تمنع حركة الجسيمات المنبعثة.

العملية المذكورة أعلاه قابلة للتطبيق على جميع المعادن ، ولكن المقاومة فيها تحدث بطرق مختلفة. هذا بسبب الاختلاف في الحجم والشكل والمواد التي يتكون منها الموصل. وفقًا لذلك ، فإن أبعاد الشبكة البلورية لها شكل غير متساوٍ بالنسبة للمواد المختلفة ، وبالتالي فإن المقاومة الكهربائية لحركة التيار من خلالها ليست هي نفسها.

من هذا المفهوم يتبع تعريف مقاومة المادة ، وهو مؤشر فردي لكل معدن على حدة. المقاومة الكهربائية (SER) هي كمية مادية يُشار إليها بالحرف اليوناني ρ وتتميز بقدرة المعدن على منع مرور الكهرباء من خلاله.

النحاس هو المادة الرئيسية للموصلات

يتم حساب مقاومة المادة بواسطة الصيغة ، حيث يكون أحد المؤشرات المهمة هو معامل درجة الحرارة للمقاومة الكهربائية. يحتوي الجدول على قيم المقاومة لثلاثة معادن معروفة في نطاق درجة الحرارة من 0 إلى 100 درجة مئوية.

إذا أخذنا معامل مقاومة الحديد ، كأحد المواد المتاحة ، يساوي 0.1 أوم ، فسنحتاج إلى 10 أمتار لـ 1 أوم. تمتلك الفضة أدنى مقاومة كهربائية ؛ أما بالنسبة لمؤشرها البالغ 1 أوم ، فيخرج 66.7 مترًا. فرق كبير ، لكن الفضة معدن باهظ الثمن ولا يستخدم على نطاق واسع. التالي من حيث الأداء هو النحاس ، حيث يتطلب 1 أوم مترًا. نظرًا لتوفره وتكلفته مقارنة بالفضة ، يعد النحاس أحد أكثر المواد شيوعًا للاستخدام في الشبكات الكهربائية. تجعل المقاومة المنخفضة للأسلاك النحاسية أو مقاومة الأسلاك النحاسية من الممكن استخدام موصل نحاسي في العديد من فروع العلوم والتكنولوجيا ، وكذلك في الأغراض الصناعية والمنزلية.

قيمة المقاومة

قيمة المقاومة ليست ثابتة ، فهي تتغير حسب العوامل التالية:

• مقاس. كلما زاد قطر الموصل ، زاد عدد الإلكترونات التي يمر بها من خلال نفسه. لذلك ، كلما كان حجمها أصغر ، زادت المقاومة.
• طول. تمر الإلكترونات عبر الذرات ، لذا فكلما زاد طول السلك ، زاد عدد الإلكترونات التي تنتقل عبرها. عند الحساب ، من الضروري مراعاة طول السلك وحجمه ، لأنه كلما كان السلك أطول وأرق ، زادت مقاومته والعكس صحيح. قد يؤدي عدم حساب حمولة المعدات المستخدمة إلى ارتفاع درجة حرارة السلك والحريق.
• درجة حرارة. ومن المعروف أن نظام درجة الحرارةلديها أهمية عظيمةعلى سلوك المواد بطرق مختلفة. المعدن ، مثله مثل أي شيء آخر ، يغير خصائصه عند درجات حرارة مختلفة. تعتمد مقاومة النحاس بشكل مباشر على معامل درجة الحرارة لمقاومة النحاس وتزداد عند تسخينها.
• تآكل. يؤدي تكوين التآكل إلى زيادة الحمل بشكل كبير. يحدث هذا بسبب التأثير بيئة، دخول الرطوبة ، الملح ، الأوساخ ، إلخ. المظاهر. يوصى بعزل وحماية جميع التوصيلات والمحطات والالتواءات وتثبيت الحماية للمعدات الموجودة في الشارع واستبدال الأسلاك والتجمعات والتجمعات التالفة في الوقت المناسب.

حساب المقاومة

يتم إجراء الحسابات عند تصميم الأشياء لأغراض واستخدامات مختلفة ، لأن دعم الحياة لكل منها يأتي من الكهرباء. يتم أخذ كل شيء في الاعتبار ، من تركيبات الإضاءة إلى المعدات المعقدة تقنيًا. في المنزل ، سيكون من المفيد أيضًا إجراء عملية حسابية ، خاصةً إذا كان من المخطط استبدال الأسلاك. لبناء المساكن الخاصة ، من الضروري حساب الحمل ، وإلا فإن التجميع "اليدوي" للأسلاك الكهربائية يمكن أن يؤدي إلى نشوب حريق.

الغرض من الحساب هو تحديد المقاومة الكلية للموصلات لجميع الأجهزة المستخدمة ، مع مراعاة معاييرها الفنية. يتم حسابه بواسطة الصيغة R = p * l / S ، حيث:

R هي النتيجة المحسوبة ؛

p هو مؤشر المقاومة من الجدول ؛

l طول السلك (الموصل) ؛

S هو قطر القسم.

الوحدات

في النظام الدولي للوحدات كميات فيزيائية(SI) تقاس المقاومة الكهربائية بالأوم (أوم). وحدة قياس المقاومة وفقًا لنظام SI تساوي هذه المقاومة لمادة يكون فيها الموصل مصنوعًا من مادة واحدة بطول متر واحد مع مقطع عرضي 1 متر مربع. م لديه مقاومة 1 أوم. يظهر في الجدول بوضوح استخدام 1 أوم / م فيما يتعلق بالمعادن المختلفة.

أهمية المقاومة

يمكن النظر إلى العلاقة بين المقاومة والموصلية على أنها علاقة متبادلة. كلما ارتفع مؤشر أحد الموصلات ، انخفض مؤشر الموصل الآخر والعكس صحيح. لذلك ، عند حساب التوصيل الكهربائي ، يتم استخدام الحساب 1 / r ، لأن الرقم المقلوب لـ X هو 1 / X والعكس صحيح. يشار إلى المؤشر المحدد بالحرف g.

فوائد النحاس الالكتروليتى

المقاومة المنخفضة (بعد الفضة) كميزة ، النحاس غير محدود. لها خصائص فريدة من نوعها في خصائصها ، وهي اللدونة ، عالية المرونة. بفضل هذه الصفات ، درجة عاليةنحاس إلكتروليتى نقى لإنتاج الكابلات التى تستخدم فى الأجهزة الكهربائية ، تكنولوجيا الكمبيوتروالصناعة الكهربائية وصناعة السيارات.

اعتماد مؤشر المقاومة على درجة الحرارة

معامل درجة الحرارة هو قيمة تساوي التغير في جهد جزء من الدائرة ومقاومة المعدن نتيجة للتغيرات في درجة الحرارة. تميل معظم المعادن إلى زيادة المقاومة مع زيادة درجة الحرارة بسبب الاهتزازات الحرارية للشبكة البلورية. يؤثر معامل درجة حرارة مقاومة النحاس على المقاومة المحددة للسلك النحاسي وعند درجات حرارة من 0 إلى 100 درجة مئوية يكون 4.1 10−3 (1 / كلفن). بالنسبة للفضة ، تبلغ قيمة هذا المؤشر في ظل نفس الظروف 3.8 ، وللحديد 6.0. هذا يثبت مرة أخرى فعالية استخدام النحاس كموصل.