Wenn ein Stromkreis geschlossen wird, an dessen Anschlüssen ein Potentialunterschied besteht, entsteht ein elektrischer Strom. Freie Elektronen bewegen sich unter dem Einfluss elektrischer Feldkräfte entlang des Leiters. Bei ihrer Bewegung kollidieren die Elektronen mit den Atomen des Leiters und geben ihnen einen Vorrat an kinetischer Energie. Die Bewegungsgeschwindigkeit von Elektronen ändert sich ständig: Wenn Elektronen mit Atomen, Molekülen und anderen Elektronen kollidieren, nimmt sie ab, steigt dann unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes an und nimmt bei einer neuen Kollision wieder ab. Dadurch stellt sich im Leiter ein gleichmäßiger Elektronenfluss mit einer Geschwindigkeit von einigen Bruchteilen eines Zentimeters pro Sekunde ein. Folglich stoßen Elektronen, die einen Leiter passieren, bei ihrer Bewegung immer auf Widerstand von seiner Seite. Wenn ein elektrischer Strom durch einen Leiter fließt, erwärmt sich dieser.

Elektrischer Wiederstand

Der elektrische Widerstand des Leiters, der durch den lateinischen Buchstaben angegeben wird r, ist die Eigenschaft eines Körpers oder Mediums, elektrische Energie in thermische Energie umzuwandeln, wenn ein elektrischer Strom durch ihn fließt.

In den Diagrammen ist der elektrische Widerstand wie in Abbildung 1 dargestellt angegeben. a.

Variabler elektrischer Widerstand, der dazu dient, den Strom im Stromkreis zu ändern, wird als veränderlicher elektrischer Widerstand bezeichnet Regelwiderstand. In den Diagrammen werden Rheostate wie in Abbildung 1 dargestellt bezeichnet. b. Im Allgemeinen besteht ein Rheostat aus einem Draht mit dem einen oder anderen Widerstand, der auf eine isolierende Basis gewickelt ist. Der Schieber oder Hebel des Rheostaten wird in eine bestimmte Position gebracht, wodurch der gewünschte Widerstand in den Stromkreis eingeführt wird.

Ein langer Leiter mit kleinem Querschnitt erzeugt einen hohen Stromwiderstand. Kurze Leiter mit großem Querschnitt haben einen geringen Stromwiderstand.

Wenn wir zwei Leiter aus unterschiedlichen Materialien, aber gleicher Länge und gleichem Querschnitt nehmen, leiten die Leiter den Strom auf unterschiedliche Weise. Dies zeigt, dass der Widerstand eines Leiters vom Material des Leiters selbst abhängt.

Die Temperatur eines Leiters beeinflusst auch seinen Widerstand. Mit steigender Temperatur nimmt der Widerstand von Metallen zu und der Widerstand von Flüssigkeiten und Kohle ab. Nur einige spezielle Metalllegierungen (Manganin, Konstantan, Nickelin und andere) ändern ihren Widerstand bei steigender Temperatur fast nicht.

Wir sehen also, dass der elektrische Widerstand des Leiters abhängt von: 1) der Länge des Leiters, 2) dem Querschnitt des Leiters, 3) dem Material des Leiters, 4) der Temperatur des Leiters.

Die Widerstandseinheit ist ein Ohm. Om wird oft mit dem griechischen Großbuchstaben Ω (Omega) bezeichnet. Anstatt also "Der Widerstand des Leiters beträgt 15 Ohm" zu schreiben, können Sie einfach schreiben: r= 15Ω.
1000 Ohm heißt 1 Kiloohm(1kΩ oder 1kΩ),
1.000.000 Ohm heißt 1 Megaohm(1 mgOhm oder 1 MΩ).

Beim Vergleich des Widerstands von Leitern aus verschiedenen Materialien muss für jede Probe eine bestimmte Länge und ein bestimmter Abschnitt genommen werden. Dann können wir beurteilen, welches Material elektrischen Strom besser oder schlechter leitet.

Video 1. Leiterwiderstand

Spezifischer elektrischer Widerstand

Der Widerstand in Ohm eines 1 m langen Leiters mit einem Querschnitt von 1 mm² wird genannt Widerstand und wird mit dem griechischen Buchstaben bezeichnet ρ (ro).

Tabelle 1 gibt die spezifischen Widerstände einiger Leiter an.

Tabelle 1

Widerstand verschiedener Leiter

Die Tabelle zeigt, dass ein Eisendraht mit einer Länge von 1 m und einem Querschnitt von 1 mm² einen Widerstand von 0,13 Ohm hat. Um einen Widerstand von 1 Ohm zu erhalten, müssen Sie 7,7 m eines solchen Kabels nehmen. Silber hat den niedrigsten spezifischen Widerstand. 1 Ohm Widerstand erhält man, wenn man 62,5 m Silberdraht mit einem Querschnitt von 1 mm² nimmt. Silber ist der beste Leiter, aber die Kosten von Silber schließen seine weit verbreitete Verwendung aus. Nach Silber kommt in der Tabelle Kupfer: 1 m Kupferdraht mit einem Querschnitt von 1 mm² hat einen Widerstand von 0,0175 Ohm. Um einen Widerstand von 1 Ohm zu erhalten, müssen Sie 57 m eines solchen Kabels nehmen.

Chemisch reines, durch Raffination gewonnenes Kupfer hat in der Elektrotechnik zur Herstellung von Drähten, Kabeln, Wicklungen von elektrischen Maschinen und Apparaten breite Anwendung gefunden. Auch Aluminium und Eisen werden häufig als Leiter verwendet.

Der Widerstand eines Leiters kann durch die Formel bestimmt werden:

wo r- Leiterwiderstand in Ohm; ρ - spezifischer Widerstand des Leiters; l ist die Länge des Leiters in m; S– Leiterquerschnitt in mm².

Beispiel 1 Bestimmen Sie den Widerstand von 200 m Eisendraht mit einem Querschnitt von 5 mm².

Beispiel 2 Berechnen Sie den Widerstand von 2 km Aluminiumdraht mit einem Querschnitt von 2,5 mm².

Aus der Widerstandsformel lassen sich Länge, spezifischer Widerstand und Querschnitt des Leiters leicht ermitteln.

Beispiel 3 Für einen Funkempfänger muss aus Nickeldraht mit einem Querschnitt von 0,21 mm² ein Widerstand von 30 Ohm gewickelt werden. Bestimmen Sie die erforderliche Drahtlänge.

Beispiel 4 Bestimmen Sie den Querschnitt von 20 m Nichromdraht, wenn sein Widerstand 25 Ohm beträgt.

Beispiel 5 Eine Leitung mit einem Querschnitt von 0,5 mm² und einer Länge von 40 m hat einen Widerstand von 16 Ohm. Bestimmen Sie das Material des Drahtes.

Das Material eines Leiters charakterisiert seinen spezifischen Widerstand.

Gemäß der Widerstandstabelle finden wir, dass Blei einen solchen Widerstand hat.

Oben wurde gesagt, dass der Widerstand von Leitern von der Temperatur abhängt. Machen wir folgendes Experiment. Wir wickeln mehrere Meter dünnen Metalldraht in Form einer Spirale und verwandeln diese Spirale in einen Batteriekreislauf. Um den Strom im Stromkreis zu messen, schalten Sie das Amperemeter ein. Wenn Sie die Spirale in der Flamme des Brenners erhitzen, können Sie sehen, dass die Amperemeterwerte abnehmen. Dies zeigt, dass der Widerstand des Metalldrahts mit Erwärmung zunimmt.

Bei einigen Metallen erhöht sich der Widerstand bei Erwärmung um 100 ° um 40 - 50%. Es gibt Legierungen, die ihren Widerstand bei Hitze leicht verändern. Einige Speziallegierungen ändern den Widerstand kaum mit der Temperatur. Der Widerstand von Metallleitern steigt mit steigender Temperatur, der Widerstand von Elektrolyten (flüssigen Leitern), Kohle und einigen Feststoffen nimmt dagegen ab.

Die Fähigkeit von Metallen, ihren Widerstand bei Temperaturänderungen zu ändern, wird zum Bau von Widerstandsthermometern genutzt. Ein solches Thermometer ist ein Platindraht, der auf einen Glimmerrahmen gewickelt ist. Indem beispielsweise ein Thermometer in einen Ofen gestellt und der Widerstand des Platindrahtes vor und nach dem Erhitzen gemessen wird, kann die Temperatur im Ofen bestimmt werden.

Die Widerstandsänderung des Leiters bei Erwärmung pro 1 Ohm Anfangswiderstand und 1 ° Temperatur wird als bezeichnet Temperaturkoeffizient des Widerstands und wird mit dem Buchstaben α bezeichnet.

Wenn bei einer Temperatur t 0 Leiterwiderstand ist r 0 und bei Temperatur t gleich rt, dann der Temperaturkoeffizient des Widerstands

Notiz. Diese Formel kann nur in einem bestimmten Temperaturbereich (bis ca. 200°C) berechnet werden.

Wir geben die Werte des Temperaturkoeffizienten des Widerstands α für einige Metalle an (Tabelle 2).

Tabelle 2

Temperaturkoeffizientenwerte für einige Metalle

Aus der Formel für den Temperaturkoeffizienten des Widerstands bestimmen wir rt:

rt = r 0 .

Beispiel 6 Bestimmen Sie den Widerstand eines auf 200 °C erhitzten Eisendrahts, wenn sein Widerstand bei 0 °C 100 Ohm beträgt.

rt = r 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 Ohm.

Beispiel 7 Ein Widerstandsthermometer aus Platindraht hatte in einem Raum mit einer Temperatur von 15°C einen Widerstand von 20 Ohm. Das Thermometer wurde in den Ofen gestellt und nach einer Weile wurde sein Widerstand gemessen. Es stellte sich heraus, dass es gleich 29,6 Ohm war. Bestimmen Sie die Temperatur im Ofen.

elektrische Leitfähigkeit

Bisher haben wir den Widerstand des Leiters als ein Hindernis betrachtet, das der Leiter dem elektrischen Strom entgegensetzt. Strom fließt jedoch durch den Leiter. Daher hat der Leiter neben dem Widerstand (Hindernissen) auch die Fähigkeit, elektrischen Strom zu leiten, dh Leitfähigkeit.

Je mehr Widerstand ein Leiter hat, desto weniger Leitfähigkeit hat er, desto schlechter leitet er elektrischen Strom, und umgekehrt, je niedriger der Widerstand eines Leiters ist, desto mehr Leitfähigkeit hat er, desto leichter kann Strom durch den Leiter fließen. Daher sind Widerstand und Leitfähigkeit des Leiters reziproke Größen.

Aus der Mathematik ist bekannt, dass der Kehrwert von 5 1/5 ist und umgekehrt der Kehrwert von 1/7 7 ist. Also, wenn der Widerstand eines Leiters mit dem Buchstaben bezeichnet wird r, dann ist die Leitfähigkeit definiert als 1/ r. Die Leitfähigkeit wird üblicherweise mit dem Buchstaben g bezeichnet.

Die elektrische Leitfähigkeit wird in (1/Ohm) oder Siemens gemessen.

Beispiel 8 Der Leiterwiderstand beträgt 20 Ohm. Bestimme seine Leitfähigkeit.

Wenn ein r= 20 Ohm, dann

Beispiel 9 Die Leitfähigkeit des Leiters beträgt 0,1 (1/Ohm). Bestimme seinen Widerstand

Wenn g \u003d 0,1 (1 / Ohm), dann r= 1 / 0,1 = 10 (Ohm)

Eine der in der Elektrotechnik verwendeten physikalischen Größen ist der spezifische elektrische Widerstand. In Anbetracht des spezifischen Widerstands von Aluminium ist zu beachten, dass dieser Wert die Fähigkeit eines Stoffes charakterisiert, den Durchgang von elektrischem Strom zu verhindern.

Konzepte im Zusammenhang mit dem Widerstand

Der dem Widerstand entgegengesetzte Wert wird als Leitfähigkeit oder elektrische Leitfähigkeit bezeichnet. Der übliche elektrische Widerstand ist nur für einen Leiter charakteristisch, und der spezifische elektrische Widerstand ist nur für einen bestimmten Stoff charakteristisch.

Dieser Wert wird in der Regel für einen Leiter mit gleichmäßiger Struktur berechnet. Zur Bestimmung elektrischer homogener Leiter wird die Formel verwendet:

Die physikalische Bedeutung dieser Größe liegt in einem bestimmten Widerstand eines homogenen Leiters mit einer bestimmten Einheitslänge und Querschnittsfläche. Die Maßeinheit ist die SI-Einheit Ohm.m oder die systemfremde Einheit Ohm.mm2/m. Die letzte Einheit bedeutet, dass ein 1 m langer Leiter aus einer homogenen Substanz mit einer Querschnittsfläche von 1 mm2 einen Widerstand von 1 Ohm hat. Somit kann der spezifische Widerstand einer beliebigen Substanz anhand eines Abschnitts eines 1 m langen Stromkreises berechnet werden, dessen Querschnitt 1 mm2 beträgt.

Widerstand verschiedener Metalle

Jedes Metall hat seine ganz individuellen Eigenschaften. Wenn wir beispielsweise den spezifischen Widerstand von Aluminium mit Kupfer vergleichen, kann festgestellt werden, dass dieser Wert für Kupfer 0,0175 Ohm.mm2 / m und für Aluminium 0,0271 Ohm.mm2 / m beträgt. Somit ist der spezifische Widerstand von Aluminium viel höher als der von Kupfer. Daraus folgt, dass die elektrische Leitfähigkeit wesentlich höher ist als die von Aluminium.

Bestimmte Faktoren beeinflussen den Wert des spezifischen Widerstands von Metallen. Beispielsweise wird bei Verformungen die Struktur des Kristallgitters gestört. Aufgrund der resultierenden Defekte erhöht sich der Widerstand gegen den Durchgang von Elektronen innerhalb des Leiters. Daher steigt der spezifische Widerstand des Metalls an.

Auch die Temperatur hat einen Einfluss. Bei Erwärmung beginnen die Knoten des Kristallgitters stärker zu schwingen, wodurch sich der spezifische Widerstand erhöht. Derzeit werden Aluminiumdrähte aufgrund des hohen spezifischen Widerstands überall durch Kupferdrähte ersetzt, die eine höhere Leitfähigkeit aufweisen.

Oder elektrischer Stromkreis.

Der elektrische Widerstand ist als Proportionalitätsfaktor definiert R zwischen Spannung U und Gleichstrom ich im Ohmschen Gesetz für einen Kettenabschnitt.

Die Einheit des Widerstands wird genannt Ohm(Ohm) zu Ehren des deutschen Wissenschaftlers G. Ohm, der dieses Konzept in die Physik eingeführt hat. Ein Ohm (1 Ohm) ist der Widerstand eines solchen Leiters, bei dem eine Spannung anliegt 1 BEIM Stromstärke ist 1 SONDERN.

Widerstand.

Der Widerstand eines homogenen Leiters mit konstantem Querschnitt hängt vom Material des Leiters und seiner Länge ab l und Querschnitt S und kann durch die Formel bestimmt werden:

wo ρ ist der spezifische Widerstand des Materials, aus dem der Leiter besteht.

Widerstand der Materie- Dies ist eine physikalische Größe, die den Widerstand eines Leiters aus diesem Stoff mit Einheitslänge und Einheitsquerschnittsfläche angibt.

Aus der Formel folgt, dass

Wert, reziprok ρ , wird genannt Leitfähigkeit σ :

Da in SI die Einheit des Widerstands 1 Ohm ist. Die Flächeneinheit ist 1 m 2 und die Längeneinheit 1 m, dann ist die Einheit des spezifischen Widerstands in SI 1 Ohm · m 2 /m oder 1 Ohm m. Die Einheit der Leitfähigkeit in SI ist Ohm -1 m -1.

In der Praxis wird die Querschnittsfläche dünner Drähte oft in Quadratmillimetern (mm2) angegeben. In diesem Fall ist Ohm mm 2 /m eine bequemere Einheit des spezifischen Widerstands. Da 1 mm 2 \u003d 0,000001 m 2, dann 1 Ohm mm 2 / m \u003d 10 -6 Ohm m. Metalle haben einen sehr niedrigen spezifischen Widerstand – in der Größenordnung von (1 10 –2) Ohm mm 2 /m, Dielektrika – 10 15 –10 20 groß.

Abhängigkeit des Widerstandes von der Temperatur.

Mit steigender Temperatur nimmt der Widerstand von Metallen zu. Es gibt jedoch Legierungen, deren Widerstand sich mit steigender Temperatur fast nicht ändert (z. B. Konstantan, Mangan usw.). Der Widerstand von Elektrolyten nimmt mit steigender Temperatur ab.

Temperaturkoeffizient des Widerstands Leiter ist das Verhältnis der Widerstandsänderung des Leiters bei Erwärmung um 1 ° C zum Wert seines Widerstands bei 0 ° C:

.

Die Abhängigkeit des spezifischen Widerstands von Leitern von der Temperatur wird durch die Formel ausgedrückt:

.

Im Allgemeinen α hängt von der Temperatur ab, aber wenn das Temperaturintervall klein ist, kann der Temperaturkoeffizient als konstant angesehen werden. Für reine Metalle α \u003d (1/273) K -1. Für Elektrolytlösungen α < 0 . Zum Beispiel für 10%ige Kochsalzlösung α \u003d -0,02 K -1. Für Konstantan (Kupfer-Nickel-Legierung) α \u003d 10 -5 K -1.

Die Abhängigkeit des Leiterwiderstandes von der Temperatur wird in ausgenutzt Widerstandsthermometer.

Viele haben vom Ohmschen Gesetz gehört, aber nicht jeder weiß, was es ist. Das Studium beginnt mit einem Schulfach Physik. Ausführlicher gehen auf die physikalische Fakultät und die Elektrodynamik über. Es ist unwahrscheinlich, dass dieses Wissen für einen gewöhnlichen Laien nützlich ist, aber es ist für die allgemeine Entwicklung und für jemanden für einen zukünftigen Beruf notwendig. Auf der anderen Seite helfen grundlegende Kenntnisse über Elektrizität, ihre Struktur und Eigenschaften zu Hause, sich vor Ärger zu warnen. Kein Wunder, dass das Ohmsche Gesetz das Grundgesetz der Elektrizität genannt wird. Der Hausmeister muss Kenntnisse auf dem Gebiet der Elektrizität haben, um Überspannungen zu vermeiden, die zu einer Erhöhung der Last und einem Brand führen können.

Das Konzept des elektrischen Widerstands

Der Zusammenhang zwischen den grundlegenden physikalischen Größen eines Stromkreises - Widerstand, Spannung, Stromstärke - wurde vom deutschen Physiker Georg Simon Ohm entdeckt.

Der elektrische Widerstand eines Leiters ist eine Größe, die seinen Widerstand gegen elektrischen Strom charakterisiert. Mit anderen Worten, ein Teil der Elektronen verlässt unter Einwirkung eines elektrischen Stroms auf den Leiter seinen Platz im Kristallgitter und geht zum positiven Pol des Leiters. Ein Teil der Elektronen bleibt im Gitter und rotiert weiter um das Atom des Kerns. Diese Elektronen und Atome bilden einen elektrischen Widerstand, der die Bewegung freigesetzter Partikel verhindert.

Das obige Verfahren ist auf alle Metalle anwendbar, aber der Widerstand tritt bei ihnen auf unterschiedliche Weise auf. Dies liegt an dem Unterschied in Größe, Form und Material, aus dem der Leiter besteht. Dementsprechend haben die Abmessungen des Kristallgitters für verschiedene Materialien eine ungleiche Form, daher ist der elektrische Widerstand gegen die Bewegung des Stroms durch sie nicht gleich.

Aus diesem Konzept folgt die Definition des spezifischen Widerstands einer Substanz, die für jedes Metall separat ein individueller Indikator ist. Der elektrische Widerstand (ER) ist eine physikalische Größe, die mit dem griechischen Buchstaben ρ bezeichnet wird und durch die Fähigkeit eines Metalls gekennzeichnet ist, den Durchgang von Elektrizität zu verhindern.

Kupfer ist das Hauptmaterial für Leiter

Der spezifische Widerstand einer Substanz wird nach der Formel berechnet, wobei einer der wichtigen Indikatoren der Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstands ist. Die Tabelle enthält die Widerstandswerte von drei bekannten Metallen im Temperaturbereich von 0 bis 100°C.

Wenn wir den Widerstandsindex von Eisen als eines der verfügbaren Materialien gleich 0,1 Ohm nehmen, dann werden 10 Meter für 1 Ohm benötigt. Silber hat den niedrigsten elektrischen Widerstand, für seinen Indikator von 1 Ohm werden 66,7 Meter herauskommen. Ein erheblicher Unterschied, aber Silber ist ein teures Metall, das nicht weit verbreitet ist. Der nächste in Bezug auf die Leistung ist Kupfer, wo 1 Ohm 57,14 Meter erfordert. Aufgrund seiner Verfügbarkeit und seiner Kosten im Vergleich zu Silber ist Kupfer eines der beliebtesten Materialien für die Verwendung in elektrischen Netzwerken. Der geringe spezifische Widerstand von Kupferdraht oder der Widerstand von Kupferdraht ermöglicht die Verwendung eines Kupferleiters in vielen Bereichen der Wissenschaft, Technik sowie in Industrie und Haushalt.

Widerstandswert

Der Widerstandswert ist nicht konstant, er ändert sich in Abhängigkeit von folgenden Faktoren:

• Die Größe. Je größer der Durchmesser des Leiters ist, desto mehr Elektronen passieren ihn selbst. Daher ist der spezifische Widerstand umso größer, je kleiner seine Größe ist.
• Länge. Elektronen passieren Atome, je länger also der Draht, desto mehr Elektronen müssen durch sie wandern. Bei der Berechnung muss die Länge und Größe des Drahtes berücksichtigt werden, denn je länger und dünner der Draht ist, desto größer ist sein spezifischer Widerstand und umgekehrt. Wird die Belastung der verwendeten Ausrüstung nicht berechnet, kann dies zu einer Überhitzung des Drahtes und einem Brand führen.
• Temperatur. Es ist bekannt, dass das Temperaturregime in unterschiedlicher Weise von großer Bedeutung für das Verhalten von Stoffen ist. Metall ändert wie nichts anderes seine Eigenschaften bei unterschiedlichen Temperaturen. Der spezifische Widerstand von Kupfer hängt direkt vom Temperaturkoeffizienten des Widerstands von Kupfer ab und steigt bei Erwärmung an.
• Korrosion. Die Korrosionsbildung erhöht die Belastung erheblich. Dies geschieht durch Umwelteinflüsse, Eindringen von Feuchtigkeit, Salz, Schmutz etc. Manifestationen. Es wird empfohlen, alle Verbindungen, Klemmen und Verdrillungen zu isolieren und zu schützen, einen Schutz für Außengeräte zu installieren und beschädigte Kabel, Baugruppen und Baugruppen rechtzeitig auszutauschen.

Widerstandsberechnung

Beim Entwerfen von Objekten für verschiedene Zwecke und Verwendungen werden Berechnungen angestellt, da die Lebenserhaltung eines jeden von Elektrizität kommt. Von Beleuchtungskörpern bis hin zu technisch komplexen Geräten wird alles berücksichtigt. Zu Hause ist es auch nützlich, eine Berechnung durchzuführen, insbesondere wenn die Verkabelung ausgetauscht werden soll. Für den privaten Wohnungsbau muss die Belastung berechnet werden, da sonst die „handwerkliche“ Montage der elektrischen Leitungen zu einem Brand führen kann.

Der Zweck der Berechnung besteht darin, den Gesamtwiderstand der Leiter aller verwendeten Geräte unter Berücksichtigung ihrer technischen Parameter zu bestimmen. Er wird nach der Formel R=p*l/S berechnet, wobei:

R ist das berechnete Ergebnis;

p ist der Widerstandsindex aus der Tabelle;

l ist die Länge des Drahtes (Leiter);

S ist der Durchmesser des Abschnitts.

Einheiten

Im internationalen System physikalischer Größen (SI) wird der elektrische Widerstand in Ohm (Ohm) gemessen. Die Maßeinheit des spezifischen Widerstands nach dem SI-System ist gleich einem solchen spezifischen Widerstand eines Stoffes, bei dem ein Leiter aus einem Material mit einer Länge von 1 m und einem Querschnitt von 1 sq. m. hat einen Widerstand von 1 Ohm. Die Verwendung von 1 Ohm / m in Bezug auf verschiedene Metalle ist in der Tabelle übersichtlich dargestellt.

Bedeutung des Widerstands

Die Beziehung zwischen spezifischem Widerstand und Leitfähigkeit kann als Kehrwert angesehen werden. Je höher der Index eines Leiters, desto niedriger der Index des anderen und umgekehrt. Daher wird bei der Berechnung der elektrischen Leitfähigkeit die Berechnung 1 / r verwendet, da die zu X reziproke Zahl 1 / X ist und umgekehrt. Der spezifische Indikator wird mit dem Buchstaben g bezeichnet.

Vorteile von Elektrolytkupfer

Geringer Widerstand (nach Silber) als Vorteil, Kupfer ist nicht limitiert. Es hat Eigenschaften, die in seinen Eigenschaften einzigartig sind, nämlich Plastizität, hohe Formbarkeit. Dank dieser Eigenschaften entsteht hochreines Elektrolytkupfer für die Herstellung von Kabeln, die in Elektrogeräten, der Computertechnik, der Elektroindustrie und der Automobilindustrie eingesetzt werden.

Die Abhängigkeit des Widerstandsindex von der Temperatur

Der Temperaturkoeffizient ist ein Wert, der der Änderung der Spannung eines Teils der Schaltung und des spezifischen Widerstands des Metalls als Folge von Temperaturänderungen entspricht. Die meisten Metalle neigen aufgrund thermischer Schwingungen des Kristallgitters dazu, mit zunehmender Temperatur den spezifischen Widerstand zu erhöhen. Der Temperaturkoeffizient des Widerstands von Kupfer beeinflusst den spezifischen Widerstand des Kupferdrahts und beträgt bei Temperaturen von 0 bis 100 °C 4,1 · 10−3 (1/Kelvin). Für Silber hat dieser Indikator unter gleichen Bedingungen einen Wert von 3,8 und für Eisen einen Wert von 6,0. Dies beweist einmal mehr die Wirksamkeit der Verwendung von Kupfer als Leiter.

Kupfer ist eines der gängigsten Drahtmaterialien. Sein elektrischer Widerstand ist der niedrigste der erschwinglichen Metalle. Sie ist nur bei Edelmetallen (Silber und Gold) geringer und hängt von verschiedenen Faktoren ab.

Was ist elektrischer strom

An verschiedenen Polen einer Batterie oder einer anderen Stromquelle befinden sich gegensätzlich benannte elektrische Ladungsträger. Werden sie mit einem Leiter verbunden, beginnen Ladungsträger von einem Pol der Spannungsquelle zum anderen zu wandern. Diese Ladungsträger sind in Flüssigkeiten Ionen und in Metallen freie Elektronen.

Definition. Elektrischer Strom ist die gerichtete Bewegung geladener Teilchen.

Widerstand

Der spezifische elektrische Widerstand ist eine Größe, die den elektrischen Widerstand einer Referenzmaterialprobe bestimmt. Der griechische Buchstabe „r“ wird verwendet, um diesen Wert zu bezeichnen. Formel zur Berechnung:

p=(R*S)/ l.

Dieser Wert wird in Ohm*m gemessen. Sie finden ihn in Nachschlagewerken, in Widerstandstabellen oder im Internet.

Freie Elektronen bewegen sich durch das Metall innerhalb des Kristallgitters. Drei Faktoren beeinflussen den Widerstand gegen diese Bewegung und den spezifischen Widerstand des Leiters:

• Material. Unterschiedliche Metalle haben unterschiedliche Atomdichten und die Anzahl freier Elektronen;
• Verunreinigungen. Bei reinen Metallen ist das Kristallgitter geordneter, daher ist der Widerstand geringer als bei Legierungen;
• Temperatur. Atome sitzen nicht still an ihrem Platz, sondern oszillieren. Je höher die Temperatur, desto größer die Schwingungsamplitude, die die Bewegung der Elektronen stört, und desto höher der Widerstand.

In der folgenden Abbildung sehen Sie eine Tabelle des spezifischen Widerstands von Metallen.

Interessant. Es gibt Legierungen, deren elektrischer Widerstand beim Erhitzen abfällt oder sich nicht ändert.

Leitfähigkeit und elektrischer Widerstand

Da die Abmessungen der Kabel in Meter (Länge) und mm² (Querschnitt) gemessen werden, hat der elektrische Widerstand die Dimension Ohm mm² / m. In Kenntnis der Abmessungen des Kabels wird sein Widerstand nach folgender Formel berechnet:

R=(p* l)/S.

Zusätzlich zum elektrischen Widerstand verwenden einige Formeln das Konzept der "Leitfähigkeit". Dies ist der Kehrwert des Widerstands. Er wird mit „g“ bezeichnet und errechnet sich nach der Formel:

Leitfähigkeit von Flüssigkeiten

Die Leitfähigkeit von Flüssigkeiten unterscheidet sich von der Leitfähigkeit von Metallen. Die Ladungsträger in ihnen sind Ionen. Ihre Anzahl und elektrische Leitfähigkeit nehmen beim Erhitzen zu, sodass die Leistung des Elektrodenkessels beim Erhitzen von 20 auf 100 Grad um ein Vielfaches zunimmt.

Interessant. Destilliertes Wasser ist ein Isolator. Leitfähigkeit wird ihm durch gelöste Verunreinigungen verliehen.

Elektrischer Widerstand von Drähten

Die gängigsten Drahtmaterialien sind Kupfer und Aluminium. Der Widerstand von Aluminium ist höher, aber es ist billiger als Kupfer. Der spezifische Widerstand von Kupfer ist geringer, sodass die Drahtstärke kleiner gewählt werden kann. Außerdem ist es stärker und aus diesem Metall werden flexible Litzen hergestellt.

Die folgende Tabelle zeigt den spezifischen elektrischen Widerstand von Metallen bei 20 Grad. Um ihn bei anderen Temperaturen zu ermitteln, muss der Wert aus der Tabelle mit einem für jedes Metall unterschiedlichen Korrekturfaktor multipliziert werden. Diesen Koeffizienten können Sie den einschlägigen Fachbüchern oder einem Online-Rechner entnehmen.

Auswahl Kabelquerschnitt

Da der Draht einen Widerstand hat, wird Wärme erzeugt, wenn ein elektrischer Strom durch ihn fließt, und es tritt ein Spannungsabfall auf. Beide Faktoren müssen bei der Auswahl der Kabelgrößen berücksichtigt werden.

Auswahl nach zulässiger Erwärmung

Wenn Strom durch einen Draht fließt, wird Energie freigesetzt. Seine Menge kann durch die Formel der elektrischen Leistung berechnet werden:

Bei einem Kupferdraht mit einem Querschnitt von 2,5 mm² und einer Länge von 10 Metern ist R = 10 * 0,0074 = 0,074 Ohm. Bei einem Strom von 30 A ist P \u003d 30² * 0,074 \u003d 66 W.

Diese Energie erwärmt den Leiter und das Kabel selbst. Die Temperatur, auf die es sich erwärmt, hängt von den Verlegebedingungen, der Anzahl der Adern im Kabel und anderen Faktoren ab, und die zulässige Temperatur hängt vom Isolationsmaterial ab. Kupfer hat eine höhere Leitfähigkeit, daher sind die Leistungsabgabe und der benötigte Querschnitt geringer. Es wird durch spezielle Tabellen oder mit einem Online-Rechner ermittelt.

Zulässige Spannungsverluste

Zusätzlich zur Erwärmung nimmt die Spannung in der Nähe der Last ab, wenn ein elektrischer Strom durch die Drähte fließt. Dieser Wert kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden:

Referenz. Gemäß den PUE-Normen sollte es nicht mehr als 5% oder in einem 220-V-Netz nicht mehr als 11 V betragen.

Je länger das Kabel ist, desto größer sollte sein Querschnitt sein. Sie können es aus Tabellen oder mit einem Online-Rechner ermitteln. Im Gegensatz zur Querschnittsauswahl nach zulässiger Erwärmung sind Spannungsverluste nicht von der Beschaffenheit der Dichtung und des Isolationsmaterials abhängig.

In einem 220-V-Netz wird die Spannung über zwei Drähte zugeführt: Phase und Null, daher wird die Berechnung für die doppelte Länge des Kabels durchgeführt. Im Kabel aus dem vorherigen Beispiel ist es U = I * R = 30 A * 2 * 0,074 Ω = 4,44 V. Das ist nicht viel, aber bei einer Länge von 25 Metern ergeben sich 11,1 V - der maximal zulässige Wert, Sie müssen den Querschnitt erhöhen.

Elektrischer Widerstand anderer Metalle

Neben Kupfer und Aluminium werden in der Elektrotechnik weitere Metalle und Legierungen verwendet:

• Eisen. Der spezifische Widerstand von Stahl ist höher, aber er ist stärker als Kupfer und Aluminium. Stahlleiter werden in Kabel eingewebt, die für die Verlegung durch die Luft bestimmt sind. Der Widerstand von Eisen ist für die Stromübertragung zu hoch, daher werden bei der Berechnung des Querschnitts die Kerne nicht berücksichtigt. Außerdem ist es feuerfester und es werden Leitungen zum Anschließen von Heizgeräten in Elektroöfen mit hoher Leistung hergestellt.
• Nichrome (eine Legierung aus Nickel und Chrom) und Fechral (Eisen, Chrom und Aluminium). Sie haben eine geringe Leitfähigkeit und Feuerfestigkeit. Aus diesen Legierungen werden drahtgewickelte Widerstände und Heizelemente hergestellt;
• Wolfram. Sein elektrischer Widerstand ist hoch, aber es ist ein Refraktärmetall (3422 °C). Es wird zur Herstellung von Filamenten in elektrischen Lampen und Elektroden für das Argon-Lichtbogenschweißen verwendet;
• Konstantan und Manganin (Kupfer, Nickel und Mangan). Der spezifische Widerstand dieser Leiter ändert sich bei Temperaturänderungen nicht. Sie werden in Anspruchsvorrichtungen zur Herstellung von Widerständen verwendet;
• Edelmetalle - Gold und Silber. Sie haben die höchste Leitfähigkeit, sind aber aufgrund des hohen Preises nur begrenzt einsetzbar.

Induktive Reaktanz

Die Formeln zur Berechnung der Leitfähigkeit von Drähten gelten nur in einem Gleichstromnetz oder in geraden Leitern bei niedriger Frequenz. In Spulen und in Hochfrequenznetzen erscheint ein induktiver Widerstand um ein Vielfaches höher als üblich. Außerdem breitet sich der Hochfrequenzstrom nur über die Oberfläche des Drahtes aus. Daher wird es manchmal mit einer dünnen Silberschicht überzogen oder es wird Litze verwendet.