ما هي المقاومة الكهربائية للصلب. المقاومة الكهربائية

تسمى المواد والمواد القادرة على توصيل التيار الكهربائي بالموصلات. يتم تصنيف الباقي على أنه عوازل. لكن لا توجد مواد عازلة نقية، فكلها موصلة للتيار أيضًا، لكن قوته صغيرة جدًا.

لكن الموصلات أيضًا تقوم بتوصيل التيار بشكل مختلف. وفقا لصيغة جورج أوم، فإن التيار المتدفق عبر الموصل يتناسب خطيا مع حجم الجهد المطبق عليه، ويتناسب عكسيا مع كمية تسمى المقاومة.

تم تسمية وحدة قياس المقاومة باسم أوم تكريما للعالم الذي اكتشف هذه العلاقة. ولكن اتضح أن الموصلات المصنوعة من مواد مختلفة ولها نفس الأبعاد الهندسية لها مقاومة كهربائية مختلفة. لتحديد مقاومة موصل معروف الطول والمقطع العرضي، تم تقديم مفهوم المقاومة - وهو المعامل الذي يعتمد على المادة.

ونتيجة لذلك، فإن مقاومة موصل معروف الطول والمقطع العرضي ستكون مساوية لـ

ولا تنطبق المقاومة على المواد الصلبة فحسب، بل تنطبق أيضًا على السوائل. لكن قيمتها تعتمد أيضًا على الشوائب أو المكونات الأخرى الموجودة في المادة المصدر. ماء نقيلا يوصل التيار الكهربائي، كونه عازلاً. لكن الماء المقطر لا وجود له في الطبيعة، فهو يحتوي دائماً على أملاح وبكتيريا وشوائب أخرى. هذا الكوكتيل هو دليل التيار الكهربائي، وجود المقاومة.

عن طريق إدخال إضافات مختلفة إلى المعادن، يتم الحصول على مواد جديدة - سبائكوالتي تختلف مقاومتها عن مقاومة المادة الأصلية حتى لو كانت نسبة الإضافة إليها ضئيلة.

اعتماد المقاومة على درجة الحرارة

يتم ذكر مقاومات المواد في الكتب المرجعية لدرجات حرارة قريبة من درجة حرارة الغرفة (20 درجة مئوية). مع زيادة درجة الحرارة، تزداد مقاومة المادة. لماذا يحدث هذا؟

يتم إجراء التيار الكهربائي داخل المادة الإلكترونات الحرة. وتحت تأثير مجال كهربائي تنفصل عن ذراتها وتتحرك بينها في الاتجاه الذي يحدده هذا المجال. تشكل ذرات المادة شبكة بلورية، يتحرك بين عقدها تدفق من الإلكترونات، وتسمى أيضًا " غاز الإلكترون" تحت تأثير درجة الحرارة، تهتز العقد الشبكية (الذرات). كما أن الإلكترونات نفسها لا تتحرك في خط مستقيم، بل في مسار معقد. وفي الوقت نفسه، غالبًا ما تصطدم بالذرات، فتغير مسارها. في بعض الأوقات، قد تتحرك الإلكترونات إلى الجانب، الاتجاه المعاكسالتيار الكهربائي.

مع زيادة درجة الحرارة، يزداد سعة الاهتزازات الذرية. يحدث تصادم الإلكترونات معهم في كثير من الأحيان، وتتباطأ حركة تدفق الإلكترونات. جسديا، يتم التعبير عن ذلك في زيادة المقاومة.

مثال على استخدام اعتماد المقاومة على درجة الحرارة هو تشغيل المصباح المتوهج. إن دوامة التنغستن التي يصنع منها الفتيل لها مقاومة منخفضة في لحظة التشغيل. يؤدي تدفق التيار في وقت التشغيل إلى تسخينه بسرعة، وتزداد المقاومة، ويتناقص التيار، ليصبح اسميًا.

تحدث نفس العملية مع عناصر تسخين نيتشروم. لذلك، من المستحيل حساب وضع التشغيل الخاص بهم عن طريق تحديد طول سلك نيتشروم لمقطع عرضي معروف لإنشاء المقاومة المطلوبة. لإجراء العمليات الحسابية، تحتاج إلى مقاومة السلك الساخن، وتعطي الكتب المرجعية قيمًا لدرجة حرارة الغرفة. ولذلك، يتم تعديل الطول النهائي للدوامة نيتشروم تجريبيا. تحدد الحسابات الطول التقريبي، وعند الضبط، قم بتقصير قسم الخيط تدريجيًا حسب القسم.

معامل درجة الحرارة للمقاومة

ولكن ليس في جميع الأجهزة، فإن وجود اعتماد على مقاومة الموصل لدرجة الحرارة مفيد. في تكنولوجيا القياس، يؤدي تغيير مقاومة عناصر الدائرة إلى حدوث خطأ.

لتحديد مدى اعتماد مقاومة المواد على درجة الحرارة، هذا المفهوم معامل درجة الحرارة للمقاومة (TCR). يوضح مدى تغير مقاومة المادة عندما تتغير درجة الحرارة بمقدار 1 درجة مئوية.

لتصنيع المكونات الإلكترونية - المقاومات المستخدمة في دوائر أجهزة القياس، يتم استخدام مواد ذات نسبة TCR منخفضة. إنها أكثر تكلفة، لكن معلمات الجهاز لا تتغير على نطاق واسع من درجات الحرارة بيئة.

ولكن يتم أيضًا استخدام خصائص المواد ذات نسبة TCS العالية. يعتمد تشغيل بعض أجهزة استشعار درجة الحرارة على التغيرات في مقاومة المادة التي يتكون منها عنصر القياس. للقيام بذلك، تحتاج إلى الحفاظ على جهد مصدر مستقر وقياس التيار الذي يمر عبر العنصر. ومن خلال معايرة مقياس الجهاز الذي يقيس التيار مقابل مقياس حرارة قياسي، يتم الحصول على مقياس درجة حرارة إلكتروني. يتم استخدام هذا المبدأ ليس فقط للقياسات، ولكن أيضًا لأجهزة الاستشعار المحمومة. تعطيل الجهاز عند حدوث ظروف تشغيل غير طبيعية تؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة ملفات المحولات أو عناصر أشباه موصلات الطاقة.

تُستخدم العناصر أيضًا في الهندسة الكهربائية والتي تغير مقاومتها ليس من درجة الحرارة المحيطة، بل من التيار الذي يمر بها - الثرمستورات. ومن الأمثلة على استخدامها أنظمة إزالة المغناطيسية لأنابيب أشعة الكاثود لأجهزة التلفزيون والشاشات. عند تطبيق الجهد، تكون مقاومة المقاوم ضئيلة، ويمر التيار من خلالها إلى ملف إزالة المغناطيسية. ولكن نفس التيار يسخن مادة الثرمستور. تزداد مقاومته، مما يقلل التيار والجهد عبر الملف. وهكذا حتى يختفي تماماً. ونتيجة لذلك، يتم تطبيق جهد جيبي بسعة متناقصة بسلاسة على الملف، مما يؤدي إلى إنشاء نفس المجال المغناطيسي في مساحته. والنتيجة هي أنه بحلول الوقت الذي تسخن فيه فتيل الأنبوب، يكون قد أصبح مغنطيسًا بالفعل. وتظل دائرة التحكم مغلقة حتى يتم إيقاف تشغيل الجهاز. بعد ذلك سوف تبرد الثرمستورات وتكون جاهزة للعمل مرة أخرى.

ظاهرة الموصلية الفائقة

ماذا يحدث إذا انخفضت درجة حرارة المادة؟ سوف تنخفض المقاومة. هناك حد تنخفض إليه درجة الحرارة يسمى الصفر المطلق . هذا - 273 درجة مئوية. ولا توجد درجات حرارة أقل من هذا الحد. عند هذه القيمة، تكون مقاومة أي موصل صفرًا.

عند الصفر المطلق، تتوقف ذرات الشبكة البلورية عن الاهتزاز. ونتيجة لذلك، تتحرك السحابة الإلكترونية بين العقد الشبكية دون الاصطدام بها. تصبح مقاومة المادة صفرًا، مما يفتح إمكانية الحصول على تيارات كبيرة بلا حدود في الموصلات ذات المقاطع العرضية الصغيرة.

إن ظاهرة الموصلية الفائقة تفتح آفاقا جديدة لتطور الهندسة الكهربائية. ولكن لا تزال هناك صعوبات مرتبطة بالحصول على درجات حرارة منخفضة للغاية في الظروف المحلية اللازمة لإحداث هذا التأثير. عندما يتم حل المشاكل، ستنتقل الهندسة الكهربائية إلى مستوى جديدتطوير.

أمثلة على استخدام قيم المقاومة في الحسابات

لقد أصبحنا بالفعل على دراية بمبادئ حساب طول سلك نيتشروم لصنع عنصر التسخين. ولكن هناك حالات أخرى تكون فيها معرفة مقاومة المواد ضرورية.

للحساب ملامح أجهزة التأريضيتم استخدام المعاملات المقابلة للتربة النموذجية. إذا كان نوع التربة في موقع الحلقة الأرضية غير معروف، فمن أجل الحسابات الصحيحة يتم قياس مقاومتها أولاً. بهذه الطريقة، تكون نتائج الحساب أكثر دقة، مما يلغي الحاجة إلى ضبط معلمات الدائرة أثناء التصنيع: إضافة عدد الأقطاب الكهربائية، مما يؤدي إلى زيادة الأبعاد الهندسية لجهاز التأريض.

يتم استخدام مقاومة المواد التي تصنع منها خطوط الكابلات وقضبان التوصيل لحساب مقاومتها النشطة. بعد ذلك، عند تيار الحمل المقنن، استخدمه يتم حساب قيمة الجهد في نهاية السطر. إذا تبين أن قيمتها غير كافية، فسيتم زيادة المقاطع العرضية للموصلات مقدما.

عندما مغلقة دائرة كهربائية، عند أطرافها يوجد فرق محتمل، ينشأ تيار كهربائي. تتحرك الإلكترونات الحرة، تحت تأثير قوى المجال الكهربائي، على طول الموصل. تصطدم الإلكترونات أثناء حركتها بذرات الموصل وتزودها بطاقتها الحركية. تتغير سرعة حركة الإلكترون بشكل مستمر: فعندما تصطدم الإلكترونات بالذرات والجزيئات والإلكترونات الأخرى، فإنها تتناقص، ثم تحت تأثير المجال الكهربائي تزداد وتنخفض مرة أخرى أثناء الاصطدام الجديد. ونتيجة لذلك، يتم تثبيت الموصل حركة موحدةتدفق الإلكترونات بسرعة عدة أجزاء من السنتيمتر في الثانية. وبالتالي فإن الإلكترونات التي تمر عبر الموصل تواجه دائمًا مقاومة لحركتها من جانبه. عندما يمر تيار كهربائي عبر موصل، يسخن الأخير.

المقاومة الكهربائية

المقاومة الكهربائية للموصل، والتي تم تحديدها حرف لاتيني ص، هي خاصية جسم أو وسط لتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية عند مرور تيار كهربائي من خلاله.

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

تسمى المقاومة الكهربائية المتغيرة والتي تعمل على تغيير التيار في الدائرة مقاومة متغيرة. في المخططات، تم تحديد المقاومة المتغيرة كما هو موضح في الشكل 1، ب. في منظر عاميتكون المتغير المتغير من سلك ذو مقاومة أو أخرى ملفوف على قاعدة عازلة. يتم وضع شريط التمرير أو ذراع المقاومة المتغيرة في موضع معين، ونتيجة لذلك يتم إدخال المقاومة المطلوبة في الدائرة.

يخلق الموصل الطويل ذو المقطع العرضي الصغير مقاومة كبيرة للتيار. توفر الموصلات القصيرة ذات المقطع العرضي الكبير مقاومة قليلة للتيار.

إذا أخذت موصلين من مواد مختلفة، ولكن لهما نفس الطول والمقطع العرضي، فإن الموصلات ستوصل التيار بشكل مختلف. وهذا 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 (المنجنين والكونستانتان والنيكل وغيرها) بالكاد 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 واحد أوم. غالبًا ما يُشار إلى Om باللغة اليونانية الحرف الكبيرأوم (أوميغا). لذلك، بدلاً من كتابة "مقاومة الموصل هي 15 أوم"، يمكنك ببساطة كتابة: ص= 15 أوم.
1000 أوم تسمى 1 كيلو أوم(1 كيلو أوم، أو 1 كيلو أوم)،
1,000,000 أوم تسمى 1 ميجا أوم(1 مللي أوم أو 1 ميجا أوم).

عند مقارنة مقاومة الموصلات من مواد مختلفة، من الضروري أخذ طول ومقطع عرضي معين لكل عينة. عندها سنكون قادرين على الحكم على المواد التي توصل التيار الكهربائي بشكل أفضل أو أسوأ.

فيديو 1. مقاومة الموصل

المقاومة الكهربائية

تسمى المقاومة بالأوم لموصل طوله 1 متر ومقطع عرضي 1 مم² المقاومة النوعيةويشار إليه بالحرف اليوناني ρ (ريال عماني).

يوضح الجدول 1 مقاوميات بعض الموصلات.

الجدول 1

مقاومات الموصلات المختلفة

يوضح الجدول أن سلكًا حديديًا طوله 1 متر ومقطع عرضي 1 مم² مقاومته 0.13 أوم. للحصول على مقاومة 1 أوم عليك أن تأخذ 7.7 متر من هذا السلك. الفضة لديها أدنى مقاومة. يمكن الحصول على مقاومة 1 أوم بأخذ 62.5 مترًا من سلك الفضة بمقطع عرضي 1 مم². الفضة هي أفضل موصل، ولكن تكلفة الفضة تستبعد إمكانية استخدامها على نطاق واسع. بعد الفضة يأتي النحاس: 1 متر من الأسلاك النحاسية ذات مقطع عرضي 1 مم² ومقاومتها 0.0175 أوم. للحصول على مقاومة 1 أوم، عليك أن تأخذ 57 مترا من هذا السلك.

وقد وجد النحاس النقي كيميائيًا، الذي يتم الحصول عليه عن طريق التكرير، استخدامًا واسع النطاق في الهندسة الكهربائية لتصنيع الأسلاك والكابلات ولفات الآلات والأجهزة الكهربائية. كما يستخدم الألومنيوم والحديد على نطاق واسع كموصلات.

يمكن تحديد مقاومة الموصل بالصيغة:

أين ص- مقاومة الموصل بالأوم؛ ρ - المقاومة النوعية للموصل؛ ل- طول الموصل بالمتر؛ س- المقطع العرضي للموصل بالملليمتر المربع.

مثال 1.أوجد مقاومة 200 متر من سلك حديدي بمقطع عرضي 5 مم².

مثال 2.احسب مقاومة 2 كم من سلك ألومنيوم بمقطع عرضي 2.5 مم².

من خلال صيغة المقاومة يمكنك بسهولة تحديد الطول والمقاومة والمقطع العرضي للموصل.

مثال 3.بالنسبة لجهاز استقبال الراديو، من الضروري لف مقاومة 30 أوم من سلك النيكل بمقطع عرضي يبلغ 0.21 مم². تحديد طول السلك المطلوب.

مثال 4.أوجد المقطع العرضي لسلك نيتشروم طوله 20 مترًا إذا كانت مقاومته 25 أوم.

مثال 5.سلك مقطعه العرضي 0.5 mm² وطوله 40 m ومقاومته 16 أوم. تحديد مادة السلك.

تتميز مادة الموصل بمقاومتها.

وبالاعتماد على جدول المقاومة نجد أن الرصاص يتمتع بهذه المقاومة.

لقد ذكر أعلاه أن مقاومة الموصلات تعتمد على درجة الحرارة. لنقم بالتجربة التالية. دعونا نلف عدة أمتار من الأسلاك المعدنية الرفيعة على شكل حلزوني ونقوم بتوصيل هذا الحلزوني بدائرة البطارية. لقياس التيار، نقوم بتوصيل مقياس التيار بالدائرة. عندما يتم تسخين الملف في لهب الموقد، ستلاحظ أن قراءات الأميتر ستنخفض. وهذا يدل على أن مقاومة السلك المعدني تزداد مع التسخين.

بالنسبة لبعض المعادن، عند تسخينها بمقدار 100 درجة، تزيد المقاومة بنسبة 40-50٪. هناك سبائك تتغير مقاومتها قليلاً مع التسخين. لا تظهر بعض السبائك الخاصة أي تغيير تقريبًا في المقاومة عند تغير درجة الحرارة. تزداد مقاومة الموصلات المعدنية مع زيادة درجة الحرارة، بينما تقل مقاومة الإلكتروليتات (الموصلات السائلة) والفحم وبعض المواد الصلبة، على العكس من ذلك.

يتم استخدام قدرة المعادن على تغيير مقاومتها مع التغيرات في درجة الحرارة لبناء موازين الحرارة المقاومة. مقياس الحرارة هذا عبارة عن سلك بلاتيني ملفوف على إطار من الميكا. ومن خلال وضع مقياس حرارة مثلا في الفرن وقياس مقاومة سلك البلاتين قبل وبعد التسخين يمكن تحديد درجة الحرارة في الفرن.

يسمى التغير في مقاومة الموصل عند تسخينه لكل 1 أوم من المقاومة الابتدائية ولكل 1 درجة حرارة معامل درجة الحرارة للمقاومةويشار إليه بالحرف α.

إذا كان في درجة الحرارة ر 0 مقاومة الموصل ص 0، وفي درجة الحرارة ريساوي ص رثم معامل درجة الحرارة للمقاومة

ملحوظة.لا يمكن إجراء الحساب باستخدام هذه الصيغة إلا في نطاق درجة حرارة معين (يصل إلى 200 درجة مئوية تقريبًا).

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

الجدول 2

قيم معامل درجة الحرارة لبعض المعادن

من صيغة معامل درجة حرارة المقاومة نحدد ص ر:

ص ر = ص 0 .

مثال 6.أوجد مقاومة سلك حديدي تم تسخينه 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 7.مقياس حرارة مقاوم مصنوع من سلك بلاتيني مقاومته 20 أوم في غرفة درجة حرارتها 15 درجة مئوية. تم وضع مقياس الحرارة في الفرن وبعد مرور بعض الوقت تم قياس مقاومته. اتضح أنه يساوي 29.6 أوم. تحديد درجة الحرارة في الفرن.

التوصيل الكهربائي

لقد اعتبرنا حتى الآن أن مقاومة الموصل هي العائق الذي يوفره الموصل للتيار الكهربائي. ولكن مع ذلك، يتدفق التيار عبر الموصل. لذلك، بالإضافة إلى المقاومة (العائق)، يتمتع الموصل أيضًا بالقدرة على توصيل التيار الكهربائي، أي التوصيل.

كلما زادت مقاومة الموصل، قلت موصليته، وأصبح توصيله للتيار الكهربائي أسوأ، وعلى العكس، كلما انخفضت مقاومة الموصل، زادت موصليته، وأصبح من الأسهل مرور التيار عبر الموصل. ولذلك، فإن المقاومة والموصلية للموصل هي كميات متبادلة.

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

يتم قياس الموصلية الكهربائية بـ (1/أوم) أو بالسيمنز.

مثال 8.مقاومة الموصل 20 أوم. تحديد الموصلية.

لو ص= 20 أوم إذن

مثال 9.الموصلية الموصلة هي 0.1 (1/أوم). تحديد مقاومتها

إذا كان g = 0.1 (1/أوم)، إذن ص= 1 / 0.1 = 10 (أوم)

وقد ثبت تجريبيا تلك المقاومة رالموصل المعدني يتناسب طرديا مع طوله لويتناسب عكسيا مع مساحة مقطعه أ:

ر = ρ ل/ أ (26.4)

أين هو المعامل ρ تسمى المقاومة وهي بمثابة خاصية للمادة التي يصنع منها الموصل. هذا أمر منطقي: يجب أن يتمتع السلك السميك بمقاومة أقل من السلك الرفيع، لأن الإلكترونات يمكن أن تتحرك على مساحة أكبر في السلك السميك. ويمكننا أن نتوقع زيادة في المقاومة مع زيادة طول الموصل، مع زيادة عدد العوائق التي تعترض تدفق الإلكترونات.

القيم النمطية ρ للمواد المختلفة الواردة في العمود الأول من الجدول. 26.2. (القيم الفعلية تعتمد على نقاء المادة، المعالجة الحراريةودرجة الحرارة وعوامل أخرى.)

الجدول 26.2. المقاومة النوعية ومعامل درجة الحرارة للمقاومة (TCR) (عند 20 درجة مئوية)
مادة	ρ ، أوم م	تكس α ‎درجة مئوية -1
الموصلات
فضة	1.59·10 -8	0,0061
نحاس	1.68·10 -8	0,0068
الألومنيوم	2.65·10 -8	0,00429
التنغستن	5.6·10 -8	0,0045
حديد	9.71·10 -8	0,00651
البلاتين	10.6·10 -8	0,003927
الزئبق	98·10 -8	0,0009
نيتشروم (سبيكة من Ni، Fe، Cr)	100·10 -8	0,0004
أشباه الموصلات 1)
الكربون (الجرافيت)	(3-60)·10 -5	-0,0005
الجرمانيوم	(1-500)·10 -5	-0,05
السيليكون	0,1 - 60	-0,07
العوازل
زجاج	10 9 - 10 12
مطاط صلب	10 13 - 10 15
1) تعتمد القيم الحقيقية بشكل كبير على وجود ولو كميات قليلة من الشوائب.

تتمتع الفضة بأدنى مقاومة، وبالتالي فهي أفضل موصل؛ ومع ذلك فهو مكلف. النحاس أدنى قليلاً من الفضة. من الواضح لماذا تصنع الأسلاك في أغلب الأحيان من النحاس.

يتمتع الألومنيوم بمقاومة أعلى من النحاس، ولكن كثافته أقل بكثير ويفضل في بعض التطبيقات (على سبيل المثال، في خطوط الكهرباء) لأن مقاومة أسلاك الألومنيوم التي لها نفس الكتلة أقل من مقاومة النحاس. غالبًا ما يتم استخدام مقلوب المقاومة:

σ = 1/ρ (26.5)

σ تسمى الموصلية المحددة. يتم قياس الموصلية النوعية بالوحدات (أوم م) -1.

تعتمد مقاومة المادة على درجة الحرارة. كقاعدة عامة، تزداد مقاومة المعادن مع درجة الحرارة. لا ينبغي أن يكون هذا مفاجئًا: مع ارتفاع درجة الحرارة، تتحرك الذرات بشكل أسرع، ويصبح ترتيبها أقل تنظيمًا، ويمكننا أن نتوقع تداخلها بشكل أكبر مع تدفق الإلكترونات. في نطاقات درجات الحرارة الضيقة، تزداد مقاومة المعدن بشكل خطي تقريبًا مع درجة الحرارة:

أين ρ ت- المقاومة عند درجة الحرارة ت, ρ 0 - المقاومة عند درجة الحرارة القياسية ت 0، أ α - معامل درجة الحرارة للمقاومة (TCR). يتم إعطاء قيم a في الجدول. 26.2. لاحظ أنه بالنسبة لأشباه الموصلات، يمكن أن يكون TCR سالبًا. وهذا أمر واضح، لأنه مع زيادة درجة الحرارة يزداد عدد الإلكترونات الحرة وتحسن خصائص توصيل المادة. وبالتالي، فإن مقاومة أشباه الموصلات قد تنخفض مع زيادة درجة الحرارة (وإن لم يكن ذلك دائمًا).

تعتمد قيم a على درجة الحرارة، لذلك يجب الانتباه إلى نطاق درجة الحرارة الذي تكون فيه هذه القيمة صالحة (على سبيل المثال، وفقًا لكتاب مرجعي للكميات الفيزيائية). إذا تبين أن نطاق التغيرات في درجات الحرارة واسع، فسيتم انتهاك الخطية، وبدلاً من (26.6) من الضروري استخدام تعبير يحتوي على مصطلحات تعتمد على القوى الثانية والثالثة لدرجة الحرارة:

ρ ت = ρ 0 (1+αT+ + βT 2 + γT 3),

أين هي المعاملات β و γ عادة ما تكون صغيرة جدًا (نضعها ت 0 = 0 درجة مئوية)، ولكن بشكل عام تتصبح مساهمات هؤلاء الأعضاء كبيرة.

في جدا درجات الحرارة المنخفضةتنخفض مقاومة بعض المعادن وكذلك السبائك والمركبات إلى الصفر في حدود دقة القياسات الحديثة. وتسمى هذه الخاصية الموصلية الفائقة؛ وقد لاحظها لأول مرة الفيزيائي الهولندي جيكي كامرلينج أونيس (1853-1926) في عام 1911 عندما تم تبريد الزئبق إلى ما دون 4.2 كلفن. وعند درجة الحرارة هذه، انخفضت المقاومة الكهربائية للزئبق فجأة إلى الصفر.

تدخل الموصلات الفائقة في حالة التوصيل الفائق تحت درجة حرارة التحول، والتي تكون عادة بضع درجات كلفن (أعلى بقليل من الصفر المطلق). ولوحظ تيار كهربائي في حلقة فائقة التوصيل، والتي لم تضعف عمليا في غياب الجهد لعدة سنوات.

أحد المعادن الأكثر شعبية في الصناعات هو النحاس. يستخدم على نطاق واسع في مجال الكهرباء والإلكترونيات. في أغلب الأحيان يتم استخدامه في صناعة اللفات للمحركات الكهربائية والمحولات. السبب الرئيسي لاستخدام هذه المادة بالذات هو أن النحاس يتمتع بأقل مقاومة كهربائية من أي مادة متاحة حاليًا. حتى يظهر مواد جديدةمع انخفاض قيمة هذا المؤشر، يمكننا أن نقول بثقة أنه لن يكون هناك بديل للنحاس.

عند الحديث عن النحاس، لا بد من القول أنه في فجر العصر الكهربائي بدأ استخدامه في إنتاج المعدات الكهربائية. بدأوا في استخدامه إلى حد كبير بسبب خصائص فريدة من نوعهاالتي تمتلكها هذه السبيكة. وهي في حد ذاتها مادة تتميز بخصائص عالية من حيث الليونة والقدرة الجيدة على التحمل.

إلى جانب الموصلية الحرارية للنحاس، فإن إحدى أهم مميزاته هي الموصلية الكهربائية العالية. وبسبب هذه الخاصية فإن النحاس و انتشر على نطاق واسع في محطات توليد الطاقة، حيث يعمل كموصل عالمي. المادة الأكثر قيمة هي النحاس الكهربائي، الذي يتمتع بدرجة عالية من النقاء تصل إلى 99.95٪. بفضل هذه المادة، أصبح من الممكن إنتاج الكابلات.

إيجابيات استخدام النحاس كهربائيا

يتيح لك استخدام النحاس الإلكتروليتي تحقيق ما يلي:

• ضمان الموصلية الكهربائية العالية.
• تحقيق قدرة التصميم ممتازة.
• يمد درجة عاليةالليونة.

مجالات التطبيق

تستخدم منتجات الكابلات المصنوعة من النحاس الإلكتروليتي على نطاق واسع في مختلف الصناعات. في أغلب الأحيان يتم استخدامه في المجالات التالية:

• الصناعة الكهربائية؛
• الأجهزة الكهربائية؛
• صناعة السيارات؛
• إنتاج معدات الكمبيوتر.

ما هي المقاومة؟

لفهم ما هو النحاس وخصائصه، من الضروري فهم المعلمة الرئيسية لهذا المعدن - المقاومة. يجب أن تكون معروفة وتستخدم عند إجراء العمليات الحسابية.

عادة ما تُفهم المقاومة المحددة على أنها الكمية الماديةوالتي تتميز بقدرة المعدن على توصيل التيار الكهربائي.

ومن الضروري أيضًا معرفة هذه القيمة من أجل حساب المقاومة الكهربائية بشكل صحيحموصل. عند إجراء الحسابات، يسترشدون أيضًا بأبعادها الهندسية. عند إجراء العمليات الحسابية، استخدم الصيغة التالية:

هذه الصيغة مألوفة للكثيرين. باستخدامه، يمكنك بسهولة حساب مقاومة الكابل النحاسي، مع التركيز فقط على خصائص الشبكة الكهربائية. يسمح لك بحساب الطاقة التي يتم إنفاقها بشكل غير فعال على تسخين قلب الكابل. بجانب، صيغة مماثلة تسمح لك بحساب المقاومةأي كابل. لا يهم ما هي المادة المستخدمة لصنع الكابل - النحاس أو الألومنيوم أو بعض السبائك الأخرى.

يتم قياس معلمة مثل المقاومة الكهربائية بـ Ohm*mm2/m. هذا المؤشر للأسلاك النحاسية الموضوعة في الشقة هو 0.0175 أوم * مم 2 / م. إذا حاولت البحث عن بديل للنحاس، فهو مادة يمكن استخدامها بدلاً من ذلك يمكن اعتبار الفضة فقط هي الوحيدة المناسبة، مقاومته 0.016 أوم * مم 2 / م. ومع ذلك، عند اختيار مادة ما، من الضروري الانتباه ليس فقط إلى المقاومة، ولكن أيضًا إلى الموصلية العكسية. يتم قياس هذه القيمة في سيمنز (سم).

سيمنز = 1 / أوم.

بالنسبة للنحاس من أي وزن، فإن معلمة التركيب هذه هي 58,100,000 S/m. أما الفضة، فإن موصليتها العكسية تبلغ 62,500,000 سيمنز/م.

في عالمنا تقنية عاليةعندما يكون في كل بيت عدد كبير منالأجهزة والتركيبات الكهربائية، فإن قيمة مادة مثل النحاس لا تقدر بثمن. هذا المواد المستخدمة لصنع الأسلاك، والتي بدونها لا يمكن لأي غرفة أن تفعل. ولو لم يكن النحاس موجوداً، لاضطر الإنسان إلى استخدام أسلاك مصنوعة من مواد أخرى متاحة، مثل الألومنيوم. ومع ذلك، في هذه الحالة، سيتعين على المرء أن يواجه مشكلة واحدة. الشيء هو أن هذه المادة لديها موصلية أقل بكثير من الموصلات النحاسية.

المقاومة النوعية

يؤدي استخدام المواد ذات التوصيل الكهربائي والحراري المنخفض لأي وزن إلى فقد كبير للكهرباء. أ وهذا يؤثر على فقدان الطاقةعلى المعدات المستخدمة. يصف معظم الخبراء النحاس بأنه المادة الرئيسية لصنع الأسلاك المعزولة. إنها المادة الرئيسية التي تصنع منها العناصر الفردية للمعدات التي تعمل بالتيار الكهربائي.

• اللوحات المثبتة في أجهزة الكمبيوتر مجهزة بآثار نحاسية محفورة.
• ويستخدم النحاس أيضًا في صناعة مجموعة واسعة من المكونات المستخدمة في الأجهزة الإلكترونية.
• في المحولات والمحركات الكهربائية يتم تمثيلها بلف مصنوع من هذه المادة.

ليس هناك شك في أن التوسع في نطاق تطبيق هذه المواد سيحدث مع مزيد من التطويرتطور تقني. على الرغم من وجود مواد أخرى إلى جانب النحاس، إلا أن المصممين ما زالوا يستخدمون النحاس عند إنشاء المعدات والمنشآت المختلفة. سبب رئيسييكمن الطلب على هذه المواد في التوصيل الكهربائي والحراري الجيدهذا المعدن الذي يوفره في درجة حرارة الغرفة.

معامل درجة الحرارة للمقاومة

جميع المعادن التي لها أي موصلية حرارية لها خاصية انخفاض التوصيل مع زيادة درجة الحرارة. مع انخفاض درجة الحرارة، تزداد الموصلية. يصف الخبراء خاصية انخفاض المقاومة مع انخفاض درجة الحرارة بأنها مثيرة للاهتمام بشكل خاص. في الواقع، في هذه الحالة، عندما تنخفض درجة الحرارة في الغرفة إلى قيمة معينة، قد يفقد الموصل المقاومة الكهربائيةوسوف ينتقل إلى فئة الموصلات الفائقة.

من أجل تحديد قيمة المقاومة لموصل معين بوزن معين عند درجة حرارة الغرفة، هناك معامل مقاومة حرج. وهي قيمة توضح التغير في مقاومة جزء من الدائرة عندما تتغير درجة الحرارة بمقدار كلفن واحد. لحساب المقاومة الكهربائية لموصل نحاسي خلال فترة زمنية معينة، استخدم الصيغة التالية:

ΔR = α*R*ΔT، حيث α هو معامل درجة الحرارة للمقاومة الكهربائية.

خاتمة

النحاس مادة تستخدم على نطاق واسع في مجال الإلكترونيات. يتم استخدامه ليس فقط في اللفات والدوائر، ولكن أيضًا كمعدن لتصنيع منتجات الكابلات. لكي تعمل الآلات والمعدات بفعالية، فمن الضروري حساب مقاومة الأسلاك بشكل صحيح، وضعت في الشقة. هناك صيغة معينة لهذا. بمعرفة ذلك، يمكنك إجراء عملية حسابية تسمح لك بمعرفة ذلك القيمة المثلىأقسام الكابلات. في هذه الحالة، من الممكن تجنب فقدان طاقة المعدات وضمان استخدامها بكفاءة.

غالبًا ما يوجد مفهوم "النحاس المحدد" في مؤلفات الهندسة الكهربائية. ولا يسعك إلا أن تتساءل، ما هذا؟

يرتبط مفهوم "المقاومة" لأي موصل بشكل مستمر بفهم عملية تدفق التيار الكهربائي من خلاله. وبما أن المقال سيركز على مقاومة النحاس، فيجب أن نأخذ في الاعتبار خصائصه وخصائص المعادن.

عندما يتعلق الأمر بالمعادن، تتذكر بشكل لا إرادي أن لديهم جميعًا بنية معينة - شبكة بلورية. وتتواجد الذرات في عقد هذه الشبكة وتتحرك نسبة إليها، وتعتمد مسافات هذه العقد وموقعها على قوى تفاعل الذرات مع بعضها البعض (التنافر والجذب)، وتختلف باختلاف المعادن. وتدور الإلكترونات حول الذرات في مداراتها. يتم الاحتفاظ بها أيضًا في المدار بواسطة توازن القوى. هذا فقط هو الذري والطرد المركزي. هل يمكنك تخيل الصورة؟ يمكنك تسميتها، في بعض النواحي، ثابتة.

الآن دعونا نضيف الديناميكيات. يبدأ العمل على قطعة من النحاس الحقل الكهربائي. ماذا يحدث داخل الموصل؟ تندفع الإلكترونات، التي تمزقها قوة المجال الكهربائي من مداراتها، إلى قطبها الموجب. هنا لديك الحركة الموجهة للإلكترونات، أو بالأحرى، التيار الكهربائي. لكن في طريق حركتها تصادف ذرات في عقد الشبكة البلورية وإلكترونات لا تزال مستمرة في الدوران حول ذراتها. وفي الوقت نفسه يفقدون طاقتهم ويغيرون اتجاه الحركة. الآن هل أصبح معنى عبارة "مقاومة الموصل" أكثر وضوحًا؟ إن ذرات الشبكة والإلكترونات التي تدور حولها هي التي تقاوم الحركة الاتجاهية للإلكترونات التي تمزقها من مداراتها بواسطة المجال الكهربائي. ولكن يمكن تسمية مفهوم مقاومة الموصل خاصية عامة. المقاومة تميز كل موصل بشكل فردي. بما في ذلك النحاس. هذه الخاصية فردية لكل معدن، لأنها تعتمد بشكل مباشر فقط على شكل وحجم الشبكة البلورية، وإلى حد ما، على درجة الحرارة. مع زيادة درجة حرارة الموصل، تهتز الذرات بشكل أكثر كثافة في مواقع الشبكة. وتدور الإلكترونات حول العقد بسرعات أعلى وفي مدارات ذات نصف قطر أكبر. وبطبيعة الحال، تواجه الإلكترونات الحرة مقاومة أكبر عند التحرك. هذه هي فيزياء العملية.

لتلبية احتياجات قطاع الهندسة الكهربائية، تم إنشاء إنتاج واسع النطاق للمعادن مثل الألومنيوم والنحاس، والتي تكون مقاومتها منخفضة جدًا. وتستخدم هذه المعادن لصنع الكابلات و أنواع مختلفةالأسلاك التي تستخدم على نطاق واسع في البناء، لإنتاج الأجهزة المنزلية، وقضبان التوصيل، ولفات المحولات وغيرها من المنتجات الكهربائية.

لكل موصل هناك مفهوم المقاومة. تتكون هذه القيمة من أوم مضروبًا في المليمتر المربع، ثم مقسومًا على متر واحد. بمعنى آخر، هذه هي مقاومة موصل طوله 1 متر ومقطعه العرضي 1 مم2. وينطبق الشيء نفسه على مقاومة النحاس، وهو معدن فريد يستخدم على نطاق واسع في الهندسة الكهربائية والطاقة.

خصائص النحاس

نظرًا لخصائصه، كان هذا المعدن من أوائل المعادن التي تم استخدامها في مجال الكهرباء. أولاً وقبل كل شيء، يعتبر النحاس مادة قابلة للطرق والسحب وذات خصائص توصيل كهربائي ممتازة. لا يوجد حتى الآن بديل مكافئ لهذا الموصل في قطاع الطاقة.

تحظى خصائص النحاس الإلكتروليتي الخاص، الذي يتميز بدرجة نقاء عالية، بتقدير خاص. جعلت هذه المادة من الممكن إنتاج أسلاك بسماكة لا تقل عن 10 ميكرون.

بالإضافة إلى الموصلية الكهربائية العالية، فإن النحاس مناسب جدًا للتعليب وأنواع المعالجة الأخرى.

النحاس ومقاومته

يُظهر أي موصل مقاومة إذا مر تيار كهربائي من خلاله. تعتمد القيمة على طول الموصل ومقطعه العرضي، وكذلك على تأثير درجات حرارة معينة. ولذلك، فإن مقاومة الموصلات لا تعتمد فقط على المادة نفسها، ولكن أيضًا على طولها المحدد ومساحة مقطعها العرضي. كلما كانت المادة أسهل في السماح للشحنة بالمرور عبر نفسها، انخفضت مقاومتها. بالنسبة للنحاس، تبلغ المقاومة 0.0171 أوم × 1 مم2/1 م وهي أقل قليلاً من الفضة. ومع ذلك، فإن استخدام الفضة على نطاق صناعي ليس مربحًا اقتصاديًا، وبالتالي فإن النحاس هو أفضل موصل يستخدم في الطاقة.

ترتبط مقاومة النحاس أيضًا بموصليته العالية. هذه القيم تتعارض مباشرة مع بعضها البعض. تعتمد خصائص النحاس كموصل أيضًا على معامل درجة حرارة المقاومة. هذا ينطبق بشكل خاص على المقاومة، والتي تتأثر بدرجة حرارة الموصل.

وهكذا، نظرًا لخصائصه، أصبح النحاس منتشرًا على نطاق واسع ليس فقط كموصل. يستخدم هذا المعدن في معظم الأدوات والأجهزة والوحدات التي يرتبط تشغيلها بالتيار الكهربائي.

المقاومة الكهربائية، المعبر عنها بالأوم، يختلف عن مفهوم "المقاومة". لفهم ما هي المقاومة، عليك أن ترتبط بها الخصائص الفيزيائيةمادة.

حول الموصلية والمقاومة

لا يتحرك تدفق الإلكترونات دون عوائق عبر المادة. في درجة حرارة ثابتةتتأرجح الجسيمات الأولية حول حالة من السكون. بالإضافة إلى ذلك، تتداخل الإلكترونات الموجودة في نطاق التوصيل مع بعضها البعض من خلال التنافر المتبادل بسبب الشحنات المتشابهة. هكذا تنشأ المقاومة.

تعتبر الموصلية خاصية جوهرية للمواد وتحدد مدى سهولة تحرك الشحنات عندما تتعرض المادة لمجال كهربائي. المقاومة هي مقلوب المادة وتصف درجة الصعوبة التي تواجهها الإلكترونات أثناء تحركها عبر المادة، مما يعطي إشارة إلى مدى جودة الموصل أو سوءه.

مهم!المقاومة الكهربائية مع قيمة عاليةتشير القيمة المنخفضة إلى أن المادة موصلة رديئة، بينما تشير القيمة المنخفضة إلى أنها موصلة جيدة.

يتم تحديد الموصلية النوعية بالحرف σ ويتم حسابها بالصيغة:

يمكن العثور على المقاومة ρ، كمؤشر عكسي، على النحو التالي:

في هذا التعبير، E هي شدة المجال الكهربائي المولد (V/m)، وJ هي كثافة التيار الكهربائي (A/m²). ثم وحدة القياس ρ ستكون:

V/م × م²/أ = أوم م.

بالنسبة للتوصيلية σ، الوحدة التي يتم قياسها بها هي S/m أو سيمنز لكل متر.

أنواع المواد

حسب مقاومة المواد يمكن تصنيفها إلى عدة أنواع:

1. الموصلات. وتشمل هذه جميع المعادن والسبائك والمحاليل المتفككة إلى أيونات، وكذلك الغازات المثارة حرارياً، بما في ذلك البلازما. ومن بين المواد غير المعدنية، يمكن الاستشهاد بالجرافيت كمثال؛
2. أشباه الموصلات، وهي في الأساس مواد غير موصلة، المشابك الكريستالوالتي يتم تخديرها عمدًا بإدراج ذرات غريبة بعدد أكبر أو أقل من الإلكترونات المرتبطة. ونتيجة لذلك، تتشكل إلكترونات أو ثقوب زائدة شبه خالية في بنية الشبكة، مما يساهم في توصيل التيار؛
3. العوازل أو العوازل المنفصلة هي جميع المواد التي الظروف العاديةلا تحتوي على إلكترونات حرة.

للنقل طاقة كهربائيةأو في التركيبات الكهربائية للأغراض المنزلية والصناعية، فإن المادة المستخدمة بشكل متكرر هي النحاس على شكل كابلات أحادية النواة أو متعددة النواة. المعدن البديل هو الألومنيوم، على الرغم من أن مقاومة النحاس تبلغ 60% من مقاومة الألومنيوم. لكنه أخف بكثير من النحاس، الذي حدد استخدامه في خطوط الكهرباء ذات الجهد العالي. يستخدم الذهب كموصل في الدوائر الكهربائية ذات الأغراض الخاصة.

مثير للاهتمام.تم اعتماد الموصلية الكهربائية للنحاس النقي من قبل اللجنة الكهروتقنية الدولية في عام 1913 كمعيار لهذه القيمة. بحكم التعريف، فإن موصلية النحاس المقاسة عند 20 درجة هي 0.58108 سي/م. تسمى هذه القيمة 100% LACS، ويتم التعبير عن موصلية المواد المتبقية كنسبة مئوية معينة من LACS.

معظم المعادن لها قيمة موصلية أقل من 100% LACS. ومع ذلك، هناك استثناءات، مثل الفضة أو النحاس الخاص ذي الموصلية العالية جدًا، والمسمى C-103 وC-110، على التوالي.

العوازل لا توصل الكهرباء وتستخدم كعوازل. أمثلة على العوازل:

• زجاج،
• سيراميك،
• بلاستيك،
• ممحاة،
• ميكا,
• الشمع،
• ورق،
• الخشب الجاف،
• الخزف,
• بعض الدهون للاستخدام الصناعي والكهربائي والباكليت.

بين المجموعات الثلاث تكون التحولات سلسة. ومن المعروف على وجه اليقين: لا توجد وسائط ومواد غير موصلة للكهرباء على الإطلاق. على سبيل المثال، الهواء هو عازل في درجة حرارة الغرفة، ولكن عندما يتعرض لإشارة قوية منخفضة التردد، يمكن أن يصبح موصلا.

تحديد الموصلية

إذا قارنا المقاومة الكهربائية مواد مختلفة، شروط القياس الموحدة مطلوبة:

1. في حالة السوائل والموصلات والعوازل الرديئة، يتم استخدام عينات مكعبة بطول حافة 10 مم؛
2. يتم تحديد قيم المقاومة للترب والتكوينات الجيولوجية على مكعبات يبلغ طول كل حافة منها 1 م؛
3. تعتمد موصلية المحلول على تركيز أيوناته. يكون المحلول المركز أقل انفصالًا ويحتوي على عدد أقل من حاملات الشحنة، مما يقلل من الموصلية. ومع زيادة التخفيف، يزيد عدد أزواج الأيونات. يتم تعيين تركيز الحلول إلى 10%؛
4. لتحديد مقاومة الموصلات المعدنية، يتم استخدام أسلاك بطول متر ومقطع عرضي 1 مم².

إذا كانت مادة ما، مثل المعدن، يمكنها توفير إلكترونات حرة، فعند تطبيق فرق الجهد، سيتدفق تيار كهربائي عبر السلك. مع زيادة الجهد، يتحرك المزيد من الإلكترونات عبر المادة إلى وحدة الزمن. إذا لم تتغير جميع المعلمات الإضافية (درجة الحرارة ومساحة المقطع العرضي والطول ومواد الأسلاك)، فإن نسبة التيار إلى الجهد المطبق تكون أيضًا ثابتة وتسمى الموصلية:

وبناء على ذلك فإن المقاومة الكهربائية ستكون:

والنتيجة هي في أوم.

في المقابل، يمكن أن يكون الموصل بأطوال مختلفة وأحجام مقطعية مختلفة ومصنوع من مواد مختلفة، مما يحدد قيمة R. رياضيا تبدو هذه العلاقة كما يلي:

يأخذ عامل المادة في الاعتبار المعامل ρ.

ومن هذا يمكننا استخلاص صيغة المقاومة:

إذا كانت قيم S و l تتوافق مع الشروط المحددة للحساب المقارن للمقاومة، أي 1 مم² و 1 م، ثم ρ = R. عندما تتغير أبعاد الموصل، يتغير عدد الأوم أيضًا.

ولذلك، فمن المهم معرفة المعلمات لجميع العناصر والمواد المستخدمة. وليس فقط الكهربائية، ولكن الميكانيكية أيضا. ولديك بعض الأشياء المريحة تحت تصرفك المواد المرجعية، مما يسمح لك بمقارنة خصائص المواد المختلفة واختيار التصميم والتشغيل بالضبط ما سيكون الأمثل في موقف معين.
في خطوط نقل الطاقة، حيث يكون الهدف هو توصيل الطاقة إلى المستهلك بالطريقة الأكثر إنتاجية، أي بكفاءة عالية، يتم أخذ اقتصاديات الخسائر وآليات الخطوط نفسها في الاعتبار. تعتمد الكفاءة الاقتصادية النهائية للخط على الميكانيكا - أي جهاز وترتيب الموصلات، والعوازل، والدعامات، ومحولات الرفع/الخفض، ووزن وقوة جميع الهياكل، بما في ذلك الأسلاك الممتدة لمسافات طويلة، وكذلك المواد المختارة لكل عنصر إنشائي وتكاليف عمله وتشغيله. بالإضافة إلى ذلك، في خطوط نقل الكهرباء، هناك متطلبات أعلى لضمان سلامة الخطوط نفسها وكل شيء حولها حيث تمر. وهذا يضيف تكاليف توفير الأسلاك الكهربائية وهامش أمان إضافي لجميع الهياكل.

لأغراض المقارنة، عادة ما يتم تقليل البيانات إلى نموذج واحد قابل للمقارنة. في كثير من الأحيان يتم إضافة صفة "محددة" إلى هذه الخصائص، ويتم النظر في القيم نفسها على أساس معايير معينة موحدة بواسطة المعلمات المادية. على سبيل المثال، المقاومة الكهربائية هي المقاومة (أوم) لموصل مصنوع من بعض المعادن (النحاس والألومنيوم والصلب والتنغستن والذهب) التي لها وحدة طول ووحدة مقطع عرضي في نظام وحدات القياس المستخدمة (عادةً SI ). 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. وحيثما تكون الخصائص مهمة عند تغيير المعلمات البيئية (درجة الحرارة والضغط)، يتم تقديم المعاملات وتجميع جداول إضافية ورسوم بيانية للتبعية.

أنواع المقاومة

منذ حدوث المقاومة:

• نشط - أو أومي، مقاوم - الناتج عن إنفاق الكهرباء على تسخين الموصل (المعدن) عندما يمر تيار كهربائي عبره، و
• تفاعلية - سعوية أو تحريضية - والتي تحدث من الخسائر الحتمية نتيجة حدوث أي تغيرات في التيار المار بالموصل في مجالات كهربائية، فإن مقاومة الموصل تأتي على نوعين:

1. مقاومة كهربائية محددة للتيار المباشر (ذات طبيعة مقاومة) و
2. مقاومة كهربائية محددة للتيار المتردد (ذات طبيعة تفاعلية).

المقاومة من النوع 2 هنا هي قيمة معقدة؛ فهي تتكون من مكونين TC - نشط ومتفاعل، حيث أن المقاومة المقاومة موجودة دائمًا عند مرور التيار، بغض النظر عن طبيعته، والمقاومة التفاعلية تحدث فقط مع أي تغيير في التيار في الدوائر. في دوائر التيار المستمر، تحدث المفاعلة فقط أثناء العمليات العابرة المرتبطة بتشغيل التيار (تغيير التيار من 0 إلى الاسمي) أو إيقاف التشغيل (الفرق من الاسمي إلى 0). وعادة ما يتم أخذها في الاعتبار فقط عند تصميم الحماية من التحميل الزائد.

في دوائر التيار المتناوب، تكون الظواهر المرتبطة بالمفاعلة أكثر تنوعًا. إنها لا تعتمد فقط على المرور الفعلي للتيار عبر مقطع عرضي معين، ولكن أيضًا على شكل الموصل، والاعتماد ليس خطيًا.

الحقيقة هي أن التيار المتردد يولد مجالًا كهربائيًا حول الموصل الذي يتدفق من خلاله وفي الموصل نفسه. ومن هذا المجال تنشأ التيارات الدوامية التي تعطي تأثير "دفع" الحركة الرئيسية الفعلية للشحنات من أعماق المقطع العرضي الكامل للموصل إلى سطحه، وهو ما يسمى "تأثير الجلد" (من الجلد - الجلد). اتضح أن التيارات الدوامية "تسرق" مقطعها العرضي من الموصل. يتدفق التيار في طبقة معينة قريبة من السطح، ويظل سمك الموصل المتبقي غير مستخدم، ولا يقلل من مقاومته، وببساطة ليس هناك أي معنى لزيادة سمك الموصلات. خاصة في الترددات العالية. لذلك، بالنسبة للتيار المتردد، يتم قياس المقاومة في أقسام الموصلات حيث يمكن اعتبار قسمها بأكمله قريبًا من السطح. يسمى هذا السلك رفيعًا، وسمكه يساوي ضعف عمق هذه الطبقة السطحية، حيث تحل التيارات الدوامية محل التيار الرئيسي المفيد المتدفق في الموصل.

بالطبع، لا يقتصر تقليل سمك الأسلاك ذات المقطع العرضي المستدير على ذلك التنفيذ الفعالالتيار المتناوب. يمكن تخفيف الموصل ، ولكن في نفس الوقت جعله مسطحًا على شكل شريط ، فسيكون المقطع العرضي أعلى من المقطع العرضي للسلك الدائري ، وبالتالي ستكون المقاومة أقل. بالإضافة إلى ذلك، مجرد زيادة مساحة السطح سيكون له تأثير على زيادة المقطع العرضي الفعال. يمكن تحقيق نفس الشيء باستخدام الأسلاك المجدولة بدلاً من الأسلاك أحادية النواة؛ علاوة على ذلك، فإن الأسلاك المجدولة أكثر مرونة من الأسلاك أحادية النواة، والتي غالبًا ما تكون ذات قيمة. من ناحية أخرى، مع الأخذ في الاعتبار تأثير الجلد في الأسلاك، فمن الممكن جعل الأسلاك مركبة عن طريق صنع القلب من معدن يتمتع بخصائص قوة جيدة، على سبيل المثال الفولاذ، ولكن بخصائص كهربائية منخفضة. في هذه الحالة، يتم عمل جديلة من الألومنيوم فوق الفولاذ، الذي يتمتع بمقاومة أقل.

بالإضافة إلى تأثير الجلد، يتأثر تدفق التيار المتردد في الموصلات بإثارة التيارات الدوامة في الموصلات المحيطة. تسمى هذه التيارات بالتيارات الحثية، ويتم تحفيزها في المعادن التي لا تلعب دور الأسلاك (العناصر الهيكلية الحاملة)، وفي أسلاك المجمع الموصل بأكمله - حيث تلعب دور أسلاك المراحل الأخرى المحايدة التأريض.

تحدث كل هذه الظواهر في جميع الهياكل الكهربائية، مما يزيد من أهمية وجود مرجع شامل لمجموعة واسعة من المواد.

يتم قياس مقاومة الموصلات بأدوات حساسة ودقيقة للغاية، حيث يتم اختيار المعادن ذات المقاومة الأقل للأسلاك - بترتيب أوم * 10 -6 لكل متر من الطول والمربع. مم. أقسام. لقياس مقاومة العزل، تحتاج إلى أدوات، على العكس من ذلك، لها نطاقات من قيم المقاومة الكبيرة جدًا - عادةً ميغا أوم. ومن الواضح أن الموصلات يجب أن تتصرف بشكل جيد، ويجب أن تعزل العوازل بشكل جيد.

طاولة

جدول مقاومة الموصلات (المعادن والسبائك)
مادة موصلة	تكوين (للسبائك)	المقاومة النوعية ρ مΩ × مم 2/م
	النحاس والزنك والقصدير والنيكل والرصاص والمنغنيز والحديد، الخ.
الألومنيوم
التنغستن
الموليبدينوم
	النحاس والقصدير والألومنيوم والسيليكون والبريليوم والرصاص وغيرها (باستثناء الزنك)
	الحديد والكربون
	النحاس والنيكل والزنك
مانجانين	النحاس والنيكل والمنغنيز
كونستانتان	النحاس والنيكل والألومنيوم
	النيكل والكروم والحديد والمنغنيز
	الحديد، الكروم، الألومنيوم، السيليكون، المنغنيز

الحديد كموصل في الهندسة الكهربائية

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

في الهندسة الكهربائية، يتم استخدام الحديد كموصل على شكل أسلاك فولاذية مرنة حيث تكون هناك حاجة إلى القوة البدنية والمرونة، ويمكن تحقيق المقاومة المطلوبة من خلال المقطع العرضي المناسب.

بوجود جدول مقاومات المعادن والسبائك المختلفة، يمكنك حساب المقاطع العرضية للأسلاك المصنوعة من موصلات مختلفة.

على سبيل المثال، دعونا نحاول العثور على المقطع العرضي المكافئ كهربائيًا للموصلات المصنوعة من مواد مختلفة: النحاس والتنغستن والنيكل وأسلاك الحديد. لنأخذ سلك الألمنيوم ذو المقطع العرضي 2.5 مم كسلك أولي.

نحتاج إلى أن تكون مقاومة السلك المصنوع من كل هذه المعادن على طول 1 متر مساوية لمقاومة السلك الأصلي. ستكون مقاومة الألومنيوم لكل طول 1 متر وقسم 2.5 مم مساوية

أين ر- مقاومة، ρ - مقاومة المعدن من الطاولة، س- مساحة المقطع العرضي، ل- طول.

بالتعويض بالقيم الأصلية، نحصل على مقاومة قطعة من سلك الألومنيوم طولها متر بالأوم.

بعد ذلك، دعونا نحل صيغة S

سنستبدل القيم من الجدول ونحصل على مساحات المقطع العرضي للمعادن المختلفة.

نظرًا لأن المقاومة في الجدول يتم قياسها على سلك يبلغ طوله 1 مترًا ، بالميكرو أوم لكل قسم 1 مم 2 ، فقد حصلنا عليها بالميكرو أوم. للحصول عليه بالأوم، تحتاج إلى مضاعفة القيمة بمقدار 10 -6. لكننا لا نحتاج بالضرورة إلى الحصول على عدد أوم بـ 6 أصفار بعد العلامة العشرية، لأننا لا نزال نجد النتيجة النهائية بوحدة mm2.

كما ترون، مقاومة الحديد عالية جدًا، والسلك سميك.

ولكن هناك مواد تكون أكبر منها، على سبيل المثال، النيكل أو كونستانتان.