Pertanto, è importante conoscere i parametri di tutti gli elementi e materiali utilizzati. E non solo elettrico, ma anche meccanico. E mettiti comodo materiali di riferimento, permettendoti di confrontare le caratteristiche di diversi materiali e scegliere per il design e il lavoro esattamente ciò che sarà ottimale in una situazione particolare.
Nelle linee di trasmissione di potenza, dove il compito è più produttivo, cioè con alta efficienza, per portare energia al consumatore, vengono presi in considerazione sia l'economia delle perdite che la meccanica delle linee stesse. L'efficienza economica finale della linea dipende dalla meccanica, ovvero dalla disposizione e disposizione di conduttori, isolanti, supporti, trasformatori step-up / step-down, dal peso e dalla resistenza di tutte le strutture, compresi i cavi tesi su lunghe distanze, nonché sui materiali scelti per ogni elemento strutturale, sui suoi costi di lavoro e di esercizio. Inoltre, nelle linee che trasmettono energia elettrica, sono più elevati i requisiti per garantire la sicurezza sia delle linee stesse che dell'ambiente in cui transitano. E questo aggiunge costi sia per garantire il cablaggio dell'energia elettrica, sia per un ulteriore margine di sicurezza per tutte le strutture.
Per confronto, i dati sono generalmente ridotti a un'unica forma comparabile. Spesso a tali caratteristiche viene aggiunto l'epiteto "specifico" e i valori stessi sono considerati su alcuni standard unificati in termini di parametri fisici. Ad esempio, specifico resistenza elettrica- è la resistenza (ohm) di un conduttore costituito da un metallo (rame, alluminio, acciaio, tungsteno, oro) avente una lunghezza unitaria e una sezione unitaria nel sistema di unità utilizzato (solitamente in SI). Inoltre, viene specificata la temperatura, poiché durante il riscaldamento la resistenza dei conduttori può comportarsi in modo diverso. Le normali condizioni operative medie sono prese come base - a 20 gradi Celsius. E dove le proprietà sono importanti quando si modificano i parametri del mezzo (temperatura, pressione), vengono introdotti i coefficienti e vengono compilate tabelle e grafici aggiuntivi delle dipendenze.
Tipi di resistività
Perché la resistenza è:
- attivo - o ohmico, resistivo - risultante dal costo dell'elettricità per riscaldare il conduttore (metallo) quando lo attraversa corrente elettrica, E
- reattiva - capacitiva o induttiva - che deriva dalle inevitabili perdite per creare eventuali variazioni della corrente che passa attraverso il conduttore dei campi elettrici, allora la resistività del conduttore può essere di due varietà:
- Resistenza elettrica specifica alla corrente continua (avente carattere resistivo) e
- Resistenza elettrica specifica alla corrente alternata (a carattere reattivo).
Qui, la resistività di tipo 2 è un valore complesso, consiste in due componenti del TP: attivo e reattivo, poiché la resistenza resistiva esiste sempre quando la corrente passa, indipendentemente dalla sua natura, e la resistenza reattiva si verifica solo con qualsiasi variazione di corrente nei circuiti. Nei circuiti CC, la reattanza si verifica solo durante i transitori associati alla corrente attiva (variazione della corrente da 0 a nominale) o disattivata (differenza da nominale a 0). E di solito vengono presi in considerazione solo durante la progettazione della protezione da sovraccarico.
Nei circuiti CA, i fenomeni associati alle reattanze sono molto più diversi. Dipendono non solo dall'effettivo passaggio di corrente attraverso una certa sezione, ma anche dalla forma del conduttore, e la dipendenza non è lineare.
Il fatto è che la corrente alternata induce campo elettrico sia attorno al conduttore attraverso il quale scorre, sia nel conduttore stesso. E da questo campo sorgono correnti parassite, che danno l'effetto di "espellere" l'effettivo movimento principale delle cariche, dalla profondità dell'intera sezione del conduttore alla sua superficie, il cosiddetto "effetto pelle" (dalla pelle - pelle). Si scopre che le correnti parassite, per così dire, "rubano" la sua sezione trasversale al conduttore. La corrente scorre in un certo strato vicino alla superficie, il resto dello spessore del conduttore rimane inutilizzato, non riduce la sua resistenza e semplicemente non ha senso aumentare lo spessore dei conduttori. Soprattutto alle alte frequenze. Pertanto, per la corrente alternata, le resistenze vengono misurate in tali sezioni trasversali dei conduttori, dove l'intera sezione trasversale può essere considerata vicino alla superficie. Tale filo è chiamato sottile, il suo spessore è pari al doppio della profondità di questo strato superficiale, dove le correnti parassite spostano l'utile corrente principale che scorre nel conduttore.
Naturalmente, la riduzione dello spessore dei fili tondi nella sezione trasversale non è limitata a attuazione efficace corrente alternata. Il conduttore può essere assottigliato, ma allo stesso tempo reso piatto sotto forma di nastro, quindi la sezione trasversale sarà rispettivamente superiore a quella di un filo tondo e la resistenza sarà inferiore. Inoltre, il semplice aumento dell'area superficiale avrà l'effetto di aumentare la sezione trasversale effettiva. Lo stesso può essere ottenuto utilizzando un filo a trefoli invece di un singolo trefolo, inoltre, un filo a trefoli è superiore in termini di flessibilità rispetto a un singolo trefolo, che spesso è anche prezioso. D'altra parte, tenendo conto dell'effetto pelle nei fili, è possibile realizzare i fili compositi realizzando l'anima da un metallo che ha buone caratteristiche di resistenza, come l'acciaio, ma basse caratteristiche elettriche. Allo stesso tempo, viene realizzata una treccia di alluminio sull'acciaio, che ha una resistività inferiore.
Oltre all'effetto pelle, il flusso di corrente alternata nei conduttori è influenzato dall'eccitazione delle correnti parassite nei conduttori circostanti. Tali correnti sono chiamate correnti di ripresa e sono indotte sia nei metalli che non svolgono il ruolo di cablaggio (portanti elementi strutturali), sia nei fili dell'intero complesso conduttivo - svolgendo il ruolo di fili di altre fasi, zero, messa a terra .
Tutti questi fenomeni si riscontrano in tutti i progetti relativi all'elettricità, questo rafforza ulteriormente l'importanza di avere a disposizione informazioni di riferimento sintetiche per un'ampia varietà di materiali.
La resistività per i conduttori viene misurata con strumenti molto sensibili e accurati, poiché i metalli sono selezionati per il cablaggio e hanno la resistenza più bassa - dell'ordine di ohm * 10 -6 per metro di lunghezza e quadrato. mm. sezioni. Per misurare la resistività dell'isolamento sono invece necessari strumenti aventi range di valori di resistenza molto ampi - solitamente megaohm. È chiaro che i conduttori devono condurre bene e gli isolanti devono essere ben isolati.
Tavolo
| Tabella delle resistenze specifiche dei conduttori (metalli e leghe) |
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| Materiale conduttore | Composizione (per leghe) | Resistività ρ mΩ × mm 2 / m |
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| rame, zinco, stagno, nichel, piombo, manganese, ferro, ecc. | ||||
| Alluminio | ||||
| Tungsteno | ||||
| Molibdeno | ||||
| rame, stagno, alluminio, silicio, berillio, piombo, ecc. (eccetto zinco) | ||||
| ferro, carbonio | ||||
| rame, nichel, zinco | ||||
| Manganina | rame, nichel, manganese | |||
| Costantano | rame, nichel, alluminio | |||
| nichel, cromo, ferro, manganese | ||||
| ferro, cromo, alluminio, silicio, manganese | ||||
Il ferro come conduttore nell'ingegneria elettrica
Il ferro è il metallo più comune in natura e tecnologia (dopo l'idrogeno, anch'esso un metallo). È anche il più economico e ha ottime caratteristiche di resistenza, quindi viene utilizzato ovunque come base per la resistenza di varie strutture.
Nell'ingegneria elettrica, il ferro viene utilizzato come conduttore sotto forma di fili flessibili in acciaio dove sono necessarie resistenza fisica e flessibilità e la resistenza desiderata può essere raggiunta grazie alla sezione appropriata.
Avendo una tabella di resistenze specifiche di vari metalli e leghe, è possibile calcolare le sezioni trasversali dei fili realizzati da diversi conduttori.
Ad esempio, proviamo a trovare la sezione elettricamente equivalente di conduttori di materiali diversi: fili di rame, tungsteno, nichel e ferro. Per l'iniziale prendi un filo di alluminio con una sezione trasversale di 2,5 mm.
Abbiamo bisogno che su una lunghezza di 1 m, la resistenza del filo di tutti questi metalli sia uguale alla resistenza di quello originale. La resistenza dell'alluminio per 1 m di lunghezza e 2,5 mm di sezione trasversale sarà pari a
Dove R- resistenza, ρ - resistività del metallo dal tavolo, S- area della sezione trasversale, l- lunghezza.
Sostituendo i valori iniziali, otteniamo la resistenza di un pezzo di filo di alluminio lungo un metro in ohm.
Dopodiché, risolviamo la formula per S
Sostituiremo i valori dalla tabella e otterremo le aree della sezione trasversale per diversi metalli.
Poiché la resistività nella tabella è misurata su un filo lungo 1 m, in microohm per sezione di 1 mm 2, l'abbiamo ottenuta in microohm. Per ottenerlo in ohm, devi moltiplicare il valore per 10 -6. Ma il numero di ohm con 6 zeri dopo la virgola non è necessario per noi ottenere, poiché troviamo ancora il risultato finale in mm 2.
Come puoi vedere, la resistenza del ferro è piuttosto grande, il filo è spesso.
Ma ci sono materiali che ne hanno ancora di più, come il nickel o la costantana.
Quando si chiude circuito elettrico, ai cui terminali c'è una differenza di potenziale, sorge una corrente elettrica. Gli elettroni liberi sotto l'influenza delle forze del campo elettrico si muovono lungo il conduttore. Nel loro moto, gli elettroni collidono con gli atomi del conduttore e danno loro una riserva della loro energia cinetica. La velocità di movimento degli elettroni cambia costantemente: quando gli elettroni entrano in collisione con atomi, molecole e altri elettroni, diminuisce, quindi aumenta sotto l'influenza di un campo elettrico e diminuisce di nuovo con una nuova collisione. Di conseguenza, il conduttore è impostato moto uniforme flusso di elettroni alla velocità di poche frazioni di centimetro al secondo. Di conseguenza, gli elettroni che passano attraverso un conduttore incontrano sempre resistenza dal suo lato al loro movimento. Quando una corrente elettrica attraversa un conduttore, quest'ultimo si riscalda.
Resistenza elettrica
La resistenza elettrica di un conduttore, che è denotata Lettera latina R, è chiamata la proprietà di un corpo o di un ambiente di trasformarsi energia elettrica in calore quando una corrente elettrica lo attraversa.
Nei diagrammi, la resistenza elettrica è indicata come mostrato in Figura 1, UN.
Viene chiamata resistenza elettrica variabile, che serve a cambiare la corrente nel circuito reostato. Nei diagrammi, i reostati sono designati come mostrato nella Figura 1, B. IN vista generale Il reostato è costituito da un filo dell'una o dell'altra resistenza, avvolto su una base isolante. Il cursore o la leva del reostato viene posizionato in una determinata posizione, a seguito della quale viene introdotta nel circuito la resistenza desiderata.
Un lungo conduttore di piccola sezione crea un'elevata resistenza alla corrente. I conduttori corti di grande sezione trasversale hanno poca resistenza alla corrente.
Se prendiamo due conduttori di materiali diversi, ma della stessa lunghezza e sezione, i conduttori condurranno la corrente in modi diversi. Ciò dimostra che la resistenza di un conduttore dipende dal materiale del conduttore stesso.
La temperatura di un conduttore influisce anche sulla sua resistenza. All'aumentare della temperatura, aumenta la resistenza dei metalli e diminuisce la resistenza dei liquidi e del carbone. Solo alcune leghe metalliche speciali (manganina, costantana, nichel e altre) quasi non cambiano la loro resistenza con l'aumentare della temperatura.
Quindi, vediamo che la resistenza elettrica del conduttore dipende da: 1) la lunghezza del conduttore, 2) la sezione trasversale del conduttore, 3) il materiale del conduttore, 4) la temperatura del conduttore.
L'unità di resistenza è un ohm. Om è spesso indicato dal greco lettera maiuscolaΩ (omega). Quindi invece di scrivere "La resistenza del conduttore è di 15 ohm", puoi semplicemente scrivere: R= 15Ω.
1000 ohm si chiama 1 kiloohm(1kΩ o 1kΩ),
1.000.000 di ohm si chiama 1 megaohm(1mgOhm o 1MΩ).
Quando si confronta la resistenza dei conduttori di materiali diversi, è necessario prendere una certa lunghezza e sezione per ciascun campione. Quindi saremo in grado di giudicare quale materiale conduce meglio o peggio la corrente elettrica.
Video 1. Resistenza del conduttore
Resistenza elettrica specifica
Si chiama la resistenza in ohm di un conduttore lungo 1 m, con una sezione di 1 mm² resistività ed è denotato dalla lettera greca ρ (ro).
La tabella 1 riporta le resistenze specifiche di alcuni conduttori.
Tabella 1
Resistività di vari conduttori
La tabella mostra che un filo di ferro con una lunghezza di 1 me una sezione trasversale di 1 mm² ha una resistenza di 0,13 ohm. Per ottenere 1 ohm di resistenza, devi prendere 7,7 m di tale filo. L'argento ha la resistività più bassa. 1 ohm di resistenza può essere ottenuto prendendo 62,5 m di filo d'argento con una sezione trasversale di 1 mm². L'argento è il miglior conduttore, ma il costo dell'argento ne preclude l'uso diffuso. Dopo l'argento nella tabella arriva il rame: 1 m di filo di rame con una sezione trasversale di 1 mm² ha una resistenza di 0,0175 ohm. Per ottenere una resistenza di 1 ohm, devi prendere 57 m di tale filo.
Chimicamente puro, ottenuto per raffinazione, il rame ha trovato largo impiego nell'elettrotecnica per la fabbricazione di fili, cavi, avvolgimenti di macchine e apparecchi elettrici. Anche l'alluminio e il ferro sono ampiamente usati come conduttori.
La resistenza di un conduttore può essere determinata dalla formula:
Dove R- resistenza del conduttore in ohm; ρ - resistenza specifica del conduttore; lè la lunghezza del conduttore in m; S– sezione del conduttore in mm².
Esempio 1 Determinare la resistenza di 200 m di filo di ferro con una sezione trasversale di 5 mm².
Esempio 2 Calcolare la resistenza di 2 km di filo di alluminio con una sezione trasversale di 2,5 mm².
Dalla formula della resistenza, puoi facilmente determinare la lunghezza, la resistività e la sezione trasversale del conduttore.
Esempio 3 Per un ricevitore radio, è necessario avvolgere una resistenza di 30 ohm da un filo di nichel con una sezione trasversale di 0,21 mm². Determinare la lunghezza del filo richiesta.
Esempio 4 Determina la sezione trasversale di 20 m di filo di nicromo se la sua resistenza è di 25 ohm.
Esempio 5 Un filo con una sezione trasversale di 0,5 mm² e una lunghezza di 40 m ha una resistenza di 16 ohm. Determina il materiale del filo.
Il materiale di un conduttore caratterizza la sua resistività.
Secondo la tabella della resistività, troviamo che il piombo ha tale resistenza.
È stato affermato sopra che la resistenza dei conduttori dipende dalla temperatura. Facciamo il seguente esperimento. Avvolgiamo diversi metri di sottile filo metallico a forma di spirale e trasformiamo questa spirale in un circuito batteria. Per misurare la corrente nel circuito, accendere l'amperometro. Quando riscaldi la spirale nella fiamma del bruciatore, puoi vedere che le letture dell'amperometro diminuiranno. Ciò dimostra che la resistenza del filo metallico aumenta con il riscaldamento.
Per alcuni metalli, se riscaldati di 100°, la resistenza aumenta del 40 - 50%. Ci sono leghe che cambiano leggermente la loro resistenza con il calore. Alcune leghe speciali difficilmente cambiano resistenza con la temperatura. La resistenza dei conduttori metallici aumenta con l'aumentare della temperatura, la resistenza degli elettroliti (conduttori liquidi), del carbone e di alcuni solidi, al contrario, diminuisce.
La capacità dei metalli di cambiare la loro resistenza con le variazioni di temperatura viene utilizzata per costruire termometri a resistenza. Tale termometro è un filo di platino avvolto su un telaio di mica. Posizionando un termometro, ad esempio, in un forno e misurando la resistenza del filo di platino prima e dopo il riscaldamento, è possibile determinare la temperatura nel forno.
Viene chiamata la variazione della resistenza del conduttore quando viene riscaldata, per 1 ohm della resistenza iniziale e 1 ° di temperatura coefficiente di temperatura della resistenza ed è indicato con la lettera α.
Se a una temperatura T 0 la resistenza del conduttore è R 0 e alla temperatura T equivale rt, quindi il coefficiente di temperatura della resistenza
Nota. Questa formula può essere calcolata solo entro un certo intervallo di temperatura (fino a circa 200°C).
Diamo i valori del coefficiente di temperatura della resistenza α per alcuni metalli (tabella 2).
Tavolo 2
Valori del coefficiente di temperatura per alcuni metalli
Dalla formula per il coefficiente di temperatura della resistenza, determiniamo rt:
rt = R 0 .
Esempio 6 Determinare la resistenza di un filo di ferro riscaldato a 200°C se la sua resistenza a 0°C era di 100 ohm.
rt = R 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 ohm.
Esempio 7 Una termoresistenza in filo di platino in una stanza con una temperatura di 15°C aveva una resistenza di 20 ohm. Il termometro è stato posto nella fornace e dopo un po' è stata misurata la sua resistenza. Si è rivelato pari a 29,6 ohm. Determina la temperatura nel forno.
conduttività elettrica
Finora abbiamo considerato la resistenza del conduttore come un ostacolo che il conduttore fornisce alla corrente elettrica. Tuttavia, la corrente scorre attraverso il conduttore. Pertanto, oltre alla resistenza (ostacoli), il conduttore ha anche la capacità di condurre corrente elettrica, cioè conduttività.
Maggiore è la resistenza di un conduttore, minore è la conducibilità, peggiore è la conduzione della corrente elettrica e, viceversa, minore è la resistenza di un conduttore, maggiore è la conducibilità, più facile è il passaggio della corrente attraverso il conduttore. Pertanto, la resistenza e la conduttività del conduttore sono quantità reciproche.
È noto dalla matematica che il reciproco di 5 è 1/5 e, viceversa, il reciproco di 1/7 è 7. Pertanto, se la resistenza di un conduttore è indicata dalla lettera R, allora la conducibilità è definita come 1/ R. La conducibilità è solitamente indicata con la lettera g.
La conducibilità elettrica è misurata in (1/ohm) o siemens.
Esempio 8 La resistenza del conduttore è di 20 ohm. Determina la sua conduttività.
Se R= 20 Ohm, quindi
Esempio 9 La conducibilità del conduttore è 0,1 (1/ohm). Determina la sua resistenza
Se g \u003d 0,1 (1 / Ohm), allora R= 1 / 0,1 = 10 (ohm)
La corrente elettrica I in qualsiasi sostanza viene creata dal movimento di particelle cariche in una certa direzione a causa dell'applicazione di energia esterna (differenza di potenziale U). Ogni sostanza ha proprietà individuali che influenzano il passaggio della corrente in essa in modi diversi. Queste proprietà sono valutate dalla resistenza elettrica R.
Georg Ohm determinò empiricamente i fattori che influenzano l'entità della resistenza elettrica di una sostanza, dedotta dalla tensione e dalla corrente, che porta il suo nome. Unità di resistenza in sistema internazionale SI prende il nome da lui. 1 Ohm è il valore della resistenza misurata alla temperatura di 0°C per un omogeneo colonna di mercurio 106,3 cm di lunghezza con una sezione trasversale di 1 mm 2 .
Definizione
Al fine di valutare e mettere in pratica i materiali per la fabbricazione di dispositivi elettrici, il termine "resistività del conduttore". L'aggettivo aggiunto "specifico" si riferisce al fattore di utilizzo del valore del volume di riferimento adottato per la sostanza in questione. Ciò consente di valutare i parametri elettrici di diversi materiali.
Allo stesso tempo, si tiene conto del fatto che la resistenza del conduttore aumenta con un aumento della sua lunghezza e una diminuzione della sua sezione trasversale. Il sistema SI utilizza il volume di un conduttore omogeneo con una lunghezza di 1 metro e una sezione trasversale di 1 m 2. Nei calcoli tecnici viene utilizzata un'unità di volume fuori sistema obsoleta ma conveniente, costituita da una lunghezza di 1 metro e un'area di 1 mm 2. La formula per la resistività ρ è mostrata in figura.
Per determinare proprietà elettriche sostanze, è stata introdotta un'altra caratteristica - conducibilità specifica b. È inversamente proporzionale al valore della resistività, determina la capacità del materiale di condurre corrente elettrica: b = 1/ρ.
In che modo la resistività dipende dalla temperatura?
La conducibilità di un materiale è influenzata dalla sua temperatura. Gruppi vari le sostanze si comportano in modo diverso se riscaldate o raffreddate. Questa proprietà è presa in considerazione nei cavi elettrici che operano all'aperto con il caldo e il freddo.
Il materiale e la resistività del filo vengono selezionati tenendo conto delle condizioni del suo funzionamento.
L'aumento della resistenza dei conduttori al passaggio di corrente durante il riscaldamento è spiegato dal fatto che con un aumento della temperatura del metallo in esso contenuto aumenta l'intensità del movimento di atomi e portatori. cariche elettriche in tutte le direzioni, che crea ostacoli inutili per il movimento di particelle cariche in una direzione, riduce l'entità del loro flusso.
Se la temperatura del metallo viene ridotta, le condizioni per il passaggio della corrente migliorano. Quando vengono raffreddati a una temperatura critica, il fenomeno della superconduttività appare in molti metalli, quando la loro resistenza elettrica è praticamente nulla. Questa proprietà è ampiamente utilizzata nei potenti elettromagneti.
L'influenza della temperatura sulla conducibilità di un metallo viene utilizzata dall'industria elettrica nella produzione di normali lampade a incandescenza. Durante il passaggio della corrente, si riscaldano a uno stato tale da emettere un flusso luminoso. In condizioni normali, la resistenza specifica del nicromo è di circa 1,05 ÷ 1,4 (ohm ∙ mm 2) / m.
Quando la lampadina è accesa, una grande corrente passa attraverso il filamento, che riscalda molto rapidamente il metallo. Allo stesso tempo, la resistenza del circuito elettrico aumenta, limitando la corrente iniziale al valore nominale necessario per ottenere l'illuminazione. In questo modo si effettua una semplice regolazione dell'intensità di corrente attraverso una spirale di nicromo, non c'è bisogno di utilizzare complessi reattori utilizzati nei LED e nelle sorgenti luminescenti.
Come viene utilizzata la resistività dei materiali in ingegneria
I metalli nobili non ferrosi hanno le migliori proprietà conduttività elettrica. Pertanto, i contatti critici nei dispositivi elettrici sono realizzati in argento. Ma questo aumenta il costo finale dell'intero prodotto. L'opzione più accettabile è usare metalli più economici. Ad esempio, la resistività del rame, pari a 0,0175 (ohm ∙ mm 2) / m, è abbastanza adatta a tali scopi.
metalli nobili- oro, argento, platino, palladio, iridio, rodio, rutenio e osmio, chiamati principalmente per la loro elevata resistenza chimica e il bell'aspetto in gioielleria. Inoltre, oro, argento e platino hanno un'elevata duttilità, mentre i metalli del gruppo del platino hanno un alto punto di fusione e, come l'oro, inerzia chimica. Questi vantaggi dei metalli nobili sono combinati.
Le leghe di rame con buona conducibilità vengono utilizzate per realizzare shunt che limitano il passaggio di correnti elevate attraverso la testa di misura di amperometri di alta potenza.
La resistenza specifica dell'alluminio 0,026 ÷ 0,029 (ohm ∙ mm 2) / m è leggermente superiore a quella del rame, ma la produzione e il costo di questo metallo è inferiore. Inoltre, è più facile. Questo lo spiega ampia applicazione nell'industria energetica per la produzione di cavi operanti all'aperto e anime di cavi.
La resistenza specifica del ferro 0,13 (ohm ∙ mm 2)/m ne consente l'utilizzo anche per la trasmissione di corrente elettrica, ma in questo caso si hanno grosse perdite di potenza. Le leghe di acciaio hanno una maggiore resistenza. Pertanto, i trefoli di acciaio vengono intrecciati nei fili aerei di alluminio delle linee elettriche ad alta tensione, progettati per resistere alle sollecitazioni di trazione.
Ciò è particolarmente vero quando si forma ghiaccio sui fili o forti raffiche di vento.
Alcune leghe, ad esempio la costantina e la nichelina, hanno caratteristiche resistive termicamente stabili in un certo intervallo. In nichel, la resistività elettrica praticamente non cambia da 0 a 100 gradi Celsius. Pertanto, le spirali per reostati sono realizzate in nichel.
Negli strumenti di misura è ampiamente utilizzata la proprietà di una rigida variazione dei valori della resistività del platino rispetto alla sua temperatura. Se una corrente elettrica viene fatta passare attraverso un conduttore di platino da una sorgente di tensione stabilizzata e viene calcolato il valore di resistenza, allora indicherà la temperatura del platino. Questo permette di calibrare la scala in gradi, corrispondenti a valori Ohm. Questo metodo consente di misurare la temperatura con una precisione di frazioni di grado.
A volte, per risolvere problemi pratici, è necessario conoscere impedenza o resistività del cavo. Per fare ciò, nei libri di riferimento per i prodotti via cavo, vengono forniti i valori della resistenza induttiva e attiva di un conduttore per ciascun valore della sezione trasversale. Con il loro aiuto vengono calcolati i carichi ammissibili, il calore generato, vengono determinate le condizioni operative consentite e vengono selezionate le protezioni efficaci.
La conduttività specifica dei metalli è influenzata dal modo in cui vengono lavorati. L'uso della pressione per deformare plasticamente la struttura si rompe reticolo cristallino, aumenta il numero di difetti e aumenta la resistenza. Per ridurlo, viene utilizzata la ricottura di ricristallizzazione.
Lo stiramento o la compressione dei metalli provoca in essi una deformazione elastica, da cui diminuiscono le ampiezze delle oscillazioni termiche degli elettroni e la resistenza diminuisce leggermente.
Quando si progettano i sistemi di messa a terra, è necessario tenerne conto. Presenta differenze nella definizione rispetto al metodo precedente ed è misurato in unità del sistema SI - Ohm∙metro. Con il suo aiuto viene valutata la qualità della diffusione della corrente elettrica all'interno della terra.
La conduttività del suolo è influenzata da molti fattori, tra cui l'umidità del suolo, la densità del suolo, la dimensione delle particelle, la temperatura, le concentrazioni di sale, acido e alcali.
Contenuto:
Nell'ingegneria elettrica, uno degli elementi principali dei circuiti elettrici sono i fili. Il loro compito è far passare la corrente elettrica con perdite minime. Sperimentalmente, è stato a lungo stabilito che per ridurre al minimo le perdite di potenza, i fili sono meglio realizzati in argento. È questo metallo che fornisce le proprietà di un conduttore con una resistenza minima in ohm. Ma poiché questo metallo nobile è costoso, il suo utilizzo nell'industria è molto limitato.
E i metalli principali per i fili sono l'alluminio e il rame. Sfortunatamente, la resistenza del ferro come conduttore di elettricità è troppo grande per farne un buon filo. Nonostante il costo inferiore, viene utilizzato solo come base portante per i cavi delle linee di trasmissione di potenza.
Resistenze così diverse
La resistenza è misurata in ohm. Ma per i fili, questo valore è molto piccolo. Se provi a misurare con un tester nella modalità di misurazione della resistenza, ottieni risultato corretto sarà difficile. Inoltre, indipendentemente dal filo che prendiamo, il risultato sul cruscotto differirà poco. Ma questo non significa che in realtà la resistenza elettrica di questi fili influirà ugualmente sulla perdita di elettricità. Per verificarlo, è necessario analizzare la formula con cui viene calcolata la resistenza:
Questa formula utilizza quantità come:
Si scopre che la resistenza determina la resistenza. C'è una resistenza calcolata da una formula usando un'altra resistenza. Questa resistenza elettrica specifica ρ (lettera greca ro) determina solo il vantaggio di un particolare metallo come conduttore elettrico:
Pertanto, se rame, ferro, argento o qualsiasi altro materiale viene utilizzato per realizzare fili identici o conduttori di design speciale, ruolo di primo pianoè il materiale che giocherà nelle sue proprietà elettriche.
Ma in realtà, la situazione con la resistenza è più complicata dei semplici calcoli che utilizzano le formule sopra. Queste formule non tengono conto della temperatura e della forma del diametro del conduttore. E con l'aumentare della temperatura, la resistività del rame, come qualsiasi altro metallo, aumenta. Un esempio molto chiaro di ciò sarebbe una lampadina a incandescenza. Puoi misurare la resistenza della sua spirale con un tester. Quindi, misurando la corrente nel circuito con questa lampada, secondo la legge di Ohm, calcola la sua resistenza nello stato di incandescenza. Il risultato sarà molto maggiore rispetto a quando si misura la resistenza con un tester.
Allo stesso modo, il rame non darà l'efficienza prevista ad alta corrente, se trascuriamo la forma della sezione trasversale del conduttore. L'effetto pelle, che si manifesta in modo direttamente proporzionale all'aumento di corrente, rende inefficienti i conduttori a sezione tonda, anche se si utilizzano argento o rame. Per questo motivo, la resistenza di un filo tondo di rame ad alta corrente può essere superiore a quella di un filo piatto di alluminio.
Inoltre, anche se le loro aree trasversali sono le stesse. Con la corrente alternata si manifesta anche l'effetto pelle, che aumenta all'aumentare della frequenza della corrente. L'effetto pelle significa che la corrente tende a scorrere più vicino alla superficie del conduttore. Per questo motivo, in alcuni casi è più vantaggioso utilizzare il rivestimento in argento dei fili. Anche una leggera diminuzione della resistività superficiale del conduttore in rame argentato riduce significativamente la perdita di segnale.
Generalizzazione del concetto di resistività
Come in ogni altro caso relativo alla visualizzazione delle dimensioni, la resistività è espressa in termini di sistemi diversi unità. Il SI (Sistema Internazionale di Unità) usa ohm m, ma è anche accettabile usare ohm*kV mm/m (questa è un'unità di resistività non sistemica). Ma in un vero conduttore, il valore della resistività non è costante. Poiché tutti i materiali sono caratterizzati da una certa purezza, che può variare da punto a punto, è stato necessario creare un'opportuna rappresentazione della resistenza in un materiale reale. La legge di Ohm in forma differenziale divenne una tale manifestazione:
Questa legge, molto probabilmente, non verrà applicata ai calcoli domestici. Ma nel corso della progettazione di vari componenti elettronici, ad esempio resistori, elementi cristallini, viene sicuramente utilizzato. Poiché consente di eseguire calcoli basati su un dato punto, per il quale esiste una densità di corrente e un'intensità di campo elettrico. E la resistività corrispondente. La formula è applicata sia a sostanze isotrope disomogenee sia a sostanze anisotrope (cristalli, scariche gassose, ecc.).
Come si ottiene il rame puro?
Per ridurre al minimo le perdite nei fili e nelle anime dei cavi in rame, questo deve essere particolarmente puro. Ciò si ottiene mediante speciali processi tecnologici:
- sulla base del fascio di elettroni, nonché della fusione della zona;
- pulizia ripetuta per elettrolisi.
Molti hanno sentito parlare della legge di Ohm, ma non tutti sanno cosa sia. Lo studio inizia con un corso scolastico in fisica. Più in dettaglio trasmetta la facoltà fisica e l'elettrodinamica. È improbabile che questa conoscenza sia utile a un normale laico, ma è necessaria per lo sviluppo generale e per qualcuno futura professione. D'altra parte, le conoscenze di base sull'elettricità, la sua struttura, le caratteristiche della casa ti aiuteranno a metterti in guardia dai guai. Non c'è da stupirsi che la legge di Ohm sia chiamata la legge fondamentale dell'elettricità. Il padrone di casa deve avere conoscenze nel campo dell'elettricità per prevenire sovratensioni, che possono portare ad un aumento del carico e ad un incendio.
Il concetto di resistenza elettrica
La relazione tra le quantità fisiche di base di un circuito elettrico - resistenza, tensione, intensità di corrente è stata scoperta dal fisico tedesco Georg Simon Ohm.
La resistenza elettrica di un conduttore è un valore che caratterizza la sua resistenza alla corrente elettrica. In altre parole, parte degli elettroni sotto l'azione di una corrente elettrica sul conduttore lascia il suo posto nel reticolo cristallino e va al polo positivo del conduttore. Alcuni degli elettroni rimangono nel reticolo, continuando a ruotare attorno all'atomo del nucleo. Questi elettroni e atomi formano una resistenza elettrica che impedisce il movimento delle particelle rilasciate.
Il processo di cui sopra è applicabile a tutti i metalli, ma la resistenza in essi si verifica in modi diversi. Ciò è dovuto alla differenza di dimensioni, forma, materiale di cui è costituito il conduttore. Di conseguenza, le dimensioni del reticolo cristallino hanno una forma disuguale per materiali diversi, pertanto la resistenza elettrica al movimento della corrente attraverso di essi non è la stessa.
Da questo concetto segue la definizione della resistività di una sostanza, che è un indicatore individuale per ciascun metallo separatamente. La resistività elettrica (SER) è una grandezza fisica indicata dalla lettera greca ρ e caratterizzata dalla capacità di un metallo di impedire il passaggio di elettricità attraverso di esso.
Il rame è il materiale principale per i conduttori
La resistività di una sostanza è calcolata dalla formula, in cui uno degli indicatori importanti è il coefficiente di temperatura della resistenza elettrica. La tabella contiene i valori di resistività di tre metalli noti nell'intervallo di temperatura da 0 a 100°C.
Se prendiamo l'indice di resistività del ferro, come uno dei materiali disponibili, pari a 0,1 Ohm, allora saranno necessari 10 metri per 1 Ohm. L'argento ha la resistenza elettrica più bassa, per il suo indicatore di 1 Ohm usciranno 66,7 metri. Una differenza significativa, ma l'argento è un metallo costoso che non è molto utilizzato. Il prossimo in termini di prestazioni è il rame, dove 1 ohm richiede 57,14 metri. A causa della sua disponibilità, costo rispetto all'argento, il rame è uno dei materiali più popolari per l'uso nelle reti elettriche. La bassa resistività del filo di rame o la resistenza del filo di rame consente di utilizzare un conduttore di rame in molti rami della scienza, della tecnologia, nonché per scopi industriali e domestici.
Valore di resistività
Il valore di resistività non è costante, cambia in funzione dei seguenti fattori:
- Misurare. Maggiore è il diametro del conduttore, più elettroni passa attraverso se stesso. Pertanto, minore è la sua dimensione, maggiore è la resistività.
- Lunghezza. Gli elettroni passano attraverso gli atomi, quindi più lungo è il filo, più elettroni devono attraversarli. Nel calcolo è necessario tenere conto della lunghezza, delle dimensioni del filo, perché più lungo e sottile è il filo, maggiore è la sua resistività e viceversa. Il mancato calcolo del carico dell'attrezzatura utilizzata può portare al surriscaldamento del filo e al fuoco.
- Temperatura. È risaputo che regime di temperatura Esso ha Grande importanza sul comportamento delle sostanze in modi diversi. Il metallo, come nient'altro, cambia le sue proprietà a diverse temperature. La resistività del rame dipende direttamente dal coefficiente di temperatura della resistenza del rame e aumenta quando riscaldato.
- Corrosione. La formazione di corrosione aumenta notevolmente il carico. Ciò accade a causa dell'impatto ambiente, ingresso di umidità, sale, sporco, ecc. manifestazioni. Si consiglia di isolare, proteggere tutti i collegamenti, i terminali, le torsioni, installare la protezione per le apparecchiature situate sulla strada, sostituire tempestivamente i cavi danneggiati, gli assiemi, gli assiemi.
Calcolo della resistenza
I calcoli vengono fatti quando si progettano oggetti per vari scopi e usi, perché il supporto vitale di ciascuno viene dall'elettricità. Tutto è preso in considerazione, dagli apparecchi di illuminazione alle apparecchiature tecnicamente complesse. A casa sarà utile anche fare un calcolo, soprattutto se si prevede di sostituire il cablaggio. Per la costruzione di abitazioni private è necessario calcolare il carico, altrimenti l'assemblaggio "artigianale" dei cavi elettrici può provocare un incendio.
Lo scopo del calcolo è determinare la resistenza totale dei conduttori di tutti i dispositivi utilizzati, tenendo conto dei loro parametri tecnici. È calcolato dalla formula R=p*l/S , dove:
R è il risultato calcolato;
p è l'indice di resistività dalla tabella;
l è la lunghezza del filo (conduttore);
S è il diametro della sezione.
Unità
Nel sistema internazionale di unità quantità fisiche(SI) la resistenza elettrica è misurata in ohm (ohm). L'unità di misura della resistività secondo il sistema SI è uguale a tale resistività di una sostanza alla quale un conduttore costituito da un materiale lungo 1 m con una sezione trasversale di 1 mq. m ha una resistenza di 1 ohm. L'uso di 1 ohm / m rispetto a diversi metalli è chiaramente mostrato nella tabella.
Significato della resistività
La relazione tra resistività e conduttività può essere vista come reciproca. Maggiore è l'indice di un conduttore, minore è l'indice dell'altro e viceversa. Pertanto, quando si calcola la conduttività elettrica, viene utilizzato il calcolo 1 / r, poiché il numero reciproco di X è 1 / X e viceversa. L'indicatore specifico è indicato dalla lettera g.
Vantaggi del rame elettrolitico
Bassa resistività (dopo l'argento) come vantaggio, il rame non è limitato. Ha proprietà uniche nelle sue caratteristiche, vale a dire plasticità, alta malleabilità. Grazie a queste qualità, alto grado rame elettrolitico di purezza per la produzione di cavi utilizzati negli apparecchi elettrici, informatica, industria elettrica e industria automobilistica.
La dipendenza dell'indice di resistenza dalla temperatura
Il coefficiente di temperatura è un valore che eguaglia la variazione della tensione di una parte del circuito e la resistività del metallo a seguito di variazioni di temperatura. La maggior parte dei metalli tende ad aumentare la resistività con l'aumentare della temperatura a causa delle vibrazioni termiche del reticolo cristallino. Il coefficiente di temperatura della resistenza del rame influisce sulla resistenza specifica del filo di rame ea temperature da 0 a 100°C è 4,1 10−3(1/Kelvin). Per l'argento, questo indicatore nelle stesse condizioni ha un valore di 3,8 e per il ferro di 6,0. Ciò dimostra ancora una volta l'efficacia dell'utilizzo del rame come conduttore.