Sähkövastus -fysikaalinen suure, joka osoittaa millaisen esteen virta aiheuttaa sen kulkiessa johtimen läpi. Mittayksiköt ovat ohmia Georg Ohmin mukaan. Lakissaan hän johti kaavan vastustuksen löytämiseksi, joka on annettu alla.

Harkitse johtimien resistanssia käyttämällä metallien esimerkkiä. Metalleilla on sisäinen rakenne kidehilan muodossa. Tällä hilalla on tiukka järjestys, ja sen solmut ovat positiivisesti varautuneita ioneja. Varauksen kantajat metallissa ovat "vapaita" elektroneja, jotka eivät kuulu tiettyyn atomiin, vaan liikkuvat satunnaisesti hilapaikkojen välillä. Kvanttifysiikasta tiedetään, että elektronien liike metallissa on sähkömagneettisen aallon etenemistä kiinteässä aineessa. Toisin sanoen elektroni johtimessa liikkuu valon nopeudella (käytännössä), ja on todistettu, että sillä ei ole ominaisuuksia vain hiukkasena, vaan myös aaltona. Ja metallin vastus syntyy sähkömagneettisten aaltojen (eli elektronien) sironnan seurauksena hilan lämpövärähtelyissä ja sen vioissa. Kun elektronit törmäävät kidehilan solmuihin, osa energiasta siirtyy solmuihin, minkä seurauksena energiaa vapautuu. Tämä energia voidaan laskea tasavirralla Joule-Lenzin lain ansiosta - Q \u003d I 2 Rt. Kuten näet, mitä suurempi vastus, sitä enemmän energiaa vapautuu.

Resistanssi

On olemassa niin tärkeä käsite kuin resistanssi, tämä on sama vastus, vain pituusyksikössä. Jokaisella metallilla on omansa, esim. kuparilla se on 0,0175 Ohm*mm2/m, alumiinilla 0,0271 Ohm*mm2/m. Tämä tarkoittaa, että kuparitangon, jonka pituus on 1 m ja poikkipinta-ala 1 mm2, resistanssi on 0,0175 ohmia ja saman, mutta alumiinista valmistetun tangon resistanssi on 0,0271 ohmia. Osoittautuu, että kuparin sähkönjohtavuus on korkeampi kuin alumiinin. Jokaisella metallilla on oma resistanssinsa, ja koko johtimen resistanssi voidaan laskea kaavalla

missä p on metallin ominaisvastus, l on johtimen pituus, s on poikkileikkausala.

Resistanssiarvot on annettu muodossa metallinen vastustaulukko(20°C)

Aine	p, Ohm * mm 2/2	a,10-3 1/K
Alumiini	0.0271
Volframi	0.055
Rauta	0.098
Kulta	0.023
Messinki	0.025-0.06
Manganiini	0.42-0.48	0,002-0,05
Kupari	0.0175
Nikkeli
Constantan	0.44-0.52	0.02
Nikromi		0.15
Hopea	0.016
Sinkki	0.059

Resistiivisyyden lisäksi taulukko sisältää TCR-arvot, tästä kertoimesta lisää hieman myöhemmin.

Resistiivisyyden riippuvuus muodonmuutoksista

Metallien kylmätyöstössä paineella metalli käy läpi plastisen muodonmuutoksen. Plastisen muodonmuutoksen aikana kidehila vääristyy, vikojen määrä kasvaa. Kun kidehilan vikoja kasvaa, vastus elektronien virtaukselle johtimen läpi kasvaa, joten metallin resistiivisyys kasvaa. Esimerkiksi lanka valmistetaan vetämällä, mikä tarkoittaa, että metalli kokee plastisen muodonmuutoksen, jonka seurauksena ominaisvastus kasvaa. Käytännössä vastuksen vähentämiseksi käytetään uudelleenkiteytyshehkutusta, tämä on monimutkainen teknologinen prosessi, jonka jälkeen kidehila ikään kuin "suorautuu" ja vikojen määrä vähenee, joten myös metallin vastus.

Kun metallia venytetään tai puristetaan, se muuttuu elastisesti. Venytyksen aiheuttaman elastisen muodonmuutoksen yhteydessä kidehilan solmujen lämpövärähtelyjen amplitudit kasvavat, joten elektronit kokevat suuria vaikeuksia ja tämän yhteydessä resistiivisyys kasvaa. Puristuksen aiheuttaman elastisen muodonmuutoksen yhteydessä solmujen lämpövärähtelyjen amplitudit pienenevät, joten elektronien liikkuminen on helpompaa ja ominaisvastus pienenee.

Lämpötilan vaikutus resistiivisyyteen

Kuten olemme jo edellä todenneet, metallin vastuksen syynä ovat kidehilan solmut ja niiden värähtelyt. Joten lämpötilan noustessa solmujen lämpövaihtelut kasvavat, mikä tarkoittaa, että myös ominaisvastus kasvaa. On olemassa sellainen arvo kuin lämpötilavastuskerroin(TCS), joka osoittaa kuinka paljon metallin ominaisvastus kasvaa tai pienenee kuumennettaessa tai jäähdytettäessä. Esimerkiksi kuparin lämpötilakerroin 20 celsiusasteessa on 4.1 10 − 3 1/aste. Tämä tarkoittaa, että kun esimerkiksi kuparilankaa kuumennetaan 1 Celsius-asteella, sen ominaisvastus kasvaa 4.1 · 10–3 ohmia. Resistanssi lämpötilan muutoksilla voidaan laskea kaavalla

missä r on ominaisvastus kuumennuksen jälkeen, r 0 on ominaisvastus ennen kuumennusta, a on resistanssin lämpötilakerroin, t 2 on lämpötila ennen kuumennusta, t 1 on lämpötila kuumentamisen jälkeen.

Korvaamalla arvomme saamme: r=0.0175*(1+0.0041*(154-20))=0.0271 Ohm*mm2/m. Kuten näette, kuparitankomme, jonka pituus on 1 m ja jonka poikkileikkauspinta-ala on 1 mm 2, kestäisi 154 asteeseen lämmityksen jälkeen, kuten samassa tankossa, vain alumiinista ja lämpötila 20 celsiusastetta.

Ominaisuus muuttaa vastusta lämpötilan mukaan, käytetään vastuslämpömittareissa. Nämä laitteet voivat mitata lämpötilaa vastuslukemien perusteella. Resistanssilämpömittareiden mittaustarkkuus on korkea, mutta lämpötila-alueet ovat pienet.

Käytännössä johtimien ominaisuudet estävät läpikulkua nykyinen käytetään erittäin laajasti. Esimerkkinä on hehkulamppu, jossa volframifilamentti kuumennetaan metallin suuren vastuksen, suuren pituuden ja kapean poikkileikkauksen vuoksi. Tai mikä tahansa lämmityslaite, jossa patteri lämmitetään suuren vastuksen vuoksi. Sähkötekniikassa elementtiä, jonka pääominaisuus on vastus, kutsutaan vastukseksi. Vastusta käytetään lähes kaikissa sähköpiireissä.

Sähköinen resistiivisyys on fysikaalinen suure, joka osoittaa, missä määrin materiaali voi vastustaa sähkövirran kulkeutumista sen läpi. Jotkut ihmiset saattavat sekoittaa tämän ominaisuuden tavalliseen sähkövastukseen. Käsitteiden samankaltaisuudesta huolimatta niiden välinen ero on siinä, että spesifinen viittaa aineisiin ja toinen termi viittaa yksinomaan johtimiin ja riippuu niiden valmistusmateriaalista.

Tämän materiaalin käänteisluku on sähkönjohtavuus. Mitä suurempi tämä parametri, sitä paremmin virta kulkee aineen läpi. Vastaavasti mitä suurempi vastus, sitä enemmän lähdössä odotetaan häviöitä.

Laskentakaava ja mittausarvo

Ottaen huomioon, millä sähkövastus mitataan, on myös mahdollista jäljittää yhteys epäspesifiseen, koska parametrin nimeämiseen käytetään ohmin m yksikköä. Itse arvoa merkitään ρ:llä. Tällä arvolla on mahdollista määrittää aineen kestävyys tietyssä tapauksessa sen mittojen perusteella. Tämä mittayksikkö vastaa SI-järjestelmää, mutta muitakin vaihtoehtoja voi olla. Tekniikassa voit ajoittain nähdä vanhentuneen nimityksen Ohm mm 2 / m. Muuntaaksesi tästä järjestelmästä kansainväliseen, sinun ei tarvitse käyttää monimutkaisia ​​kaavoja, koska 1 ohm mm 2 /m vastaa 10 -6 ohmia m.

Sähkövastuskaava on seuraava:

R= (ρ l)/S, jossa:

• R on johtimen vastus;
• Ρ on materiaalin ominaisvastus;
• l on johtimen pituus;
• S on johtimen poikkileikkaus.

Lämpötilariippuvuus

Erityinen sähkövastus riippuu lämpötilasta. Mutta kaikki aineryhmät ilmenevät eri tavalla sen muuttuessa. Tämä on otettava huomioon laskettaessa johtoja, jotka toimivat tietyissä olosuhteissa. Esimerkiksi kadulla, jossa lämpötila-arvot riippuvat vuodenajasta, tarvittavat materiaalit ovat vähemmän alttiita muutoksille alueella -30 - +30 celsiusastetta. Jos aiot käyttää sitä tekniikassa, joka toimii samoissa olosuhteissa, sinun on myös optimoitava johdotus tietyille parametreille. Materiaali valitaan aina toiminta huomioiden.

Nimellistaulukossa sähkövastus on otettu 0 celsiusasteen lämpötilassa. Tämän parametrin kasvu materiaalia kuumennettaessa johtuu siitä, että atomien liikkeen intensiteetti aineessa alkaa kasvaa. Sähkövarausten kantajat hajoavat kaoottisesti kaikkiin suuntiin, mikä johtaa esteiden syntymiseen hiukkasten liikkeessä. Sähkövirran suuruus pienenee.

Kun lämpötila laskee, nykyiset virtausolosuhteet paranevat. Kun saavutetaan tietty lämpötila, joka on erilainen kullakin metallilla, syntyy suprajohtavuus, jossa kyseinen ominaisuus saavuttaa melkein nollan.

Parametrien erot saavuttavat joskus erittäin suuria arvoja. Eristeinä voidaan käyttää materiaaleja, joilla on korkea suorituskyky. Ne auttavat suojaamaan johtoja oikosululta ja tahattomalta ihmiskontaktilta. Jotkut aineet eivät yleensä sovellu sähkötekniikkaan, jos niillä on korkea tämän parametrin arvo. Muut ominaisuudet voivat häiritä tätä. Esimerkiksi veden sähkönjohtavuudella ei ole suurta merkitystä tälle alueelle. Tässä on joidenkin korkeiden aineiden arvot.

Materiaalit, joilla on korkea resistanssi	ρ (ohm m)
Bakeliitti	10 16
Bentseeni	10 15 ...10 16
Paperi	10 15
Tislattu vesi	10 4
merivettä	0.3
puu kuivana	10 12
Maa on märkä	10 2
kvartsi lasia	10 16
Kerosiini	10 1 1
Marmori	10 8
Parafiini	10 1 5
Parafiiniöljy	10 14
Pleksilasi	10 13
Polystyreeni	10 16
PVC	10 13
Polyeteeni	10 12
silikoniöljy	10 13
Kiille	10 14
Lasi	10 11
muuntaja öljyä	10 10
Posliini	10 14
Liuskekivi	10 14
Eboniitti	10 16
Keltainen	10 18

Aineita, joiden pitoisuus on alhainen, käytetään aktiivisemmin sähkötekniikassa. Usein nämä ovat metalleja, jotka toimivat johtimina. Niissä on myös monia eroja. Kuparin tai muiden materiaalien sähköisen resistiivisyyden selvittämiseksi kannattaa katsoa vertailutaulukkoa.

Materiaaleja, joilla on alhainen resistanssi	ρ (ohm m)
Alumiini	2,7 10 -8
Volframi	5,5 10 -8
Grafiitti	8,0 10 -6
Rauta	1,0 10 -7
Kulta	2,2 10 -8
Iridium	4,74 10 -8
Constantan	5,0 10 -7
valuterästä	1,3 10 -7
Magnesium	4,4 10 -8
Manganiini	4,3 10 -7
Kupari	1,72 10 -8
Molybdeeni	5,4 10 -8
Nikkeli hopea	3,3 10 -7
Nikkeli	8,7 10 -8
Nikromi	1.12 10 -6
Tina	1,2 10 -7
Platina	1,07 10 -7
Merkurius	9,6 10 -7
Johtaa	2.08 10 -7
Hopea	1,6 10 -8
Harmaa valurauta	1,0 10 -6
hiiliharjat	4,0 10 -5
Sinkki	5,9 10 -8
Nikkeliini	0,4 10 -6

Ominaistilavuuden sähkövastus

Tämä parametri kuvaa kykyä siirtää virtaa aineen tilavuuden läpi. Mittausta varten on tarpeen käyttää jännitepotentiaalia materiaalin eri puolilta, jonka tuote sisällytetään sähköpiiriin. Siihen syötetään virta nimellisparametreilla. Ohituksen jälkeen lähtötiedot mitataan.

Käyttö sähkötekniikassa

Parametrin muuttaminen eri lämpötiloissa on laajalti käytössä sähkötekniikassa. Yksinkertaisin esimerkki on hehkulamppu, jossa käytetään nikromifilamenttia. Kuumennettaessa se alkaa hehkua. Kun virta kulkee sen läpi, se alkaa lämmetä. Lämmön kasvaessa vastus kasvaa. Näin ollen valaistuksen saamiseen tarvittava alkuvirta on rajoitettu. Nikromikela, joka käyttää samaa periaatetta, voi tulla säätimeksi eri laitteissa.

Myös jalometalleja, joilla on sähkötekniikkaan sopivat ominaisuudet, on käytetty laajalti. Kriittisille piireille, jotka vaativat nopeutta, valitaan hopeakoskettimet. Niillä on korkeat kustannukset, mutta suhteellisen pienen materiaalimäärän vuoksi niiden käyttö on melko perusteltua. Kupari on johtavuudeltaan huonompi kuin hopea, mutta sillä on edullisempi hinta, minkä vuoksi sitä käytetään useammin johtojen luomiseen.

Olosuhteissa, joissa voidaan käyttää erittäin alhaisia ​​lämpötiloja, käytetään suprajohteita. Huonelämpötilaan ja ulkokäyttöön ne eivät aina ole sopivia, koska lämpötilan noustessa niiden johtavuus alkaa laskea, joten alumiini, kupari ja hopea pysyvät johtajina tällaisissa olosuhteissa.

Käytännössä monet parametrit otetaan huomioon, ja tämä on yksi tärkeimmistä. Kaikki laskelmat tehdään suunnitteluvaiheessa, johon käytetään vertailumateriaaleja.

Kuten jo todettiin, piirin virranvoimakkuus ei riipu vain jännitteestä osan päissä, vaan myös piiriin sisältyvän johtimen ominaisuuksista. Virran voimakkuuden riippuvuus johtimien ominaisuuksista selittyy sillä, että eri johtimilla on erilainen sähkövastus.

Sähkövastus R on fysikaalinen skalaarisuure, joka kuvaa johtimen ominaisuutta vähentää vapaiden varauksenkuljettajien järjestetyn liikkeen nopeutta johtimessa. Resistanssi on merkitty kirjaimella R. SI:ssä johtimen resistanssin yksikkö on ohmi (Ohm).

1 ohm - sellaisen johtimen vastus, jonka virranvoimakkuus on 1 A jännitteellä 1 V.

Myös muita yksiköitä käytetään: kiloohm (kOhm), megaohm (MOhm), milliohm (mOhm): 1 kOhm \u003d 10 3 Ohm; 1 MΩ = 10 6 Ω; 1 mOhm = 10-3 Ohm.

Fysikaalista määrää G, resistanssin käänteislukua, kutsutaan sähkönjohtavuudeksi

Sähkönjohtavuuden yksikkö SI:ssä on Siemens: 1 cm on johtimen johtavuus, jonka resistanssi on 1 ohm.

Johtimessa ei ole vain vapaita varautuneita hiukkasia - elektroneja, vaan myös neutraaleja hiukkasia ja sitoutuneita varauksia. Kaikki ne osallistuvat kaoottiseen lämpöliikkeeseen, yhtä todennäköisesti mihin tahansa suuntaan. Kun sähkökenttä kytketään päälle, sähkövoimien vaikutuksesta vallitsee vapaiden varausten suunnattu järjestetty liike, jonka tulisi liikkua kiihtyvällä vauhdilla ja niiden nopeuden kasvaa ajan myötä. Mutta johtimissa vapaat maksut liikkuvat jollain vakionopeudella. Näin ollen johdin vastustaa vapaiden varausten määrättyä liikettä, osa tämän liikkeen energiasta siirtyy johtimeen, minkä seurauksena sen sisäinen energia kasvaa. Vapaiden varausten liikkeestä johtuen johtimen ihanteellinen kidehilakin vääristyy, vapaiden varausten järjestetyn liikkeen energia hajaantuu kiderakenteen vääristymiin. Johdin vastustaa sähkövirran virtausta.

Johtimen resistanssi riippuu materiaalista, josta se on valmistettu, johtimen pituudesta ja poikkipinta-alasta. Tämän riippuvuuden tarkistamiseksi voit käyttää samaa sähköpiiriä kuin Ohmin lain tarkistamiseen (kuva 2), mukaan lukien MN-piirin osassa erikokoisia sylinterimäisiä johtimia, jotka on valmistettu samasta materiaalista sekä eri materiaaleista.

Kokeen tulokset osoittivat, että johtimen vastus on suoraan verrannollinen johtimen pituuteen l, kääntäen verrannollinen sen poikkileikkauksen pinta-alaan S ja riippuu ainetyypistä, josta johdin on valmistettu:

missä on johtimen resistanssi.

Skalaarifyysinen suure, joka on numeerisesti yhtä suuri kuin homogeenisen sylinterimäisen, tietystä aineesta tehdyn johtimen resistanssi, jonka pituus on 1 m ja poikkileikkausala 1 m 2, tai kuution resistanssi, jossa on reuna 1 m. Resistiivisyyden yksikkö SI:nä on ohmimetri (Ohm m).

Metallijohtimen ominaisresistanssi riippuu

1. vapaiden elektronien pitoisuus johtimessa;
2. vapaiden elektronien sironnan intensiteetti kidehilan ioneille, jotka suorittavat lämpövärähtelyjä;
3. vapaiden elektronien sironnan intensiteetti kiderakenteen vioissa ja epäpuhtauksissa.

Hopealla ja kuparilla on pienin ominaisvastus. Nikkelin, raudan, kromin ja mangaanin lejeeringin - "nikromin" - ominaisvastus on erittäin korkea. Metallikiteiden ominaisvastus riippuu suurelta osin niiden sisältämistä epäpuhtauksista. Esimerkiksi 1 %:n mangaaniepäpuhtauden lisääminen lisää kuparin ominaisvastusta kolminkertaiseksi.

Resistanssi metallit on mitta niiden ominaisuuksista vastustaa sähkövirran kulkeutumista. Tämä arvo ilmaistaan ​​ohmimetrinä (Ohm⋅m). Resistanssin symboli on kreikkalainen kirjain ρ (rho). Suuri resistiivisyys tarkoittaa, että materiaali ei johda sähkövarausta hyvin.

Resistanssi

Sähkövastus määritellään metallin sisällä olevan sähkökentän voimakkuuden ja siinä olevan virrantiheyden välisenä suhteena:

missä:
ρ on metallin ominaisvastus (Ohm⋅m),
E on sähkökentän voimakkuus (V/m),
J on metallin sähkövirran tiheyden arvo (A/m2)

Jos metallin sähkökentän voimakkuus (E) on erittäin suuri ja virrantiheys (J) on hyvin pieni, tämä tarkoittaa, että metallilla on korkea ominaisvastus.

Resistiivisyyden käänteisluku on sähkönjohtavuus, joka osoittaa kuinka hyvin materiaali johtaa sähköä:

σ on materiaalin johtavuus ilmaistuna siemensinä metriä kohti (S/m).

Sähkövastus

Sähkövastus, yksi komponenteista, ilmaistaan ​​ohmeina (Ohm). On huomattava, että sähkövastus ja resistanssi eivät ole sama asia. Resistanssi on materiaalin ominaisuus, kun taas sähkövastus on esineen ominaisuus.

Vastuksen sähkövastus määräytyy sen materiaalin muodon ja ominaisvastuksen yhdistelmän mukaan.

Esimerkiksi pitkästä ja ohuesta langasta valmistetussa lankavastuksessa on enemmän vastusta kuin vastuksella, joka on valmistettu samaa metallia olevasta lyhyestä ja paksusta langasta.

Samanaikaisesti korkearesistiivisestä materiaalista valmistetulla lankavastuksella on suurempi sähkövastus kuin matalaresistiivisestä materiaalista valmistetulla vastuksella. Ja kaikki tämä huolimatta siitä, että molemmat vastukset on valmistettu samanpituisesta ja halkaisijaltaan olevasta langasta.

Esimerkkinä voidaan vetää analogia hydraulijärjestelmän kanssa, jossa vettä pumpataan putkien kautta.

• Mitä pidempi ja ohuempi putki on, sitä parempi on vedenpitävyys.
• Hiekalla täytetty putki kestää vettä enemmän kuin putki ilman hiekkaa.

Johdon vastus

Langan vastusarvo riippuu kolmesta parametrista: metallin ominaisvastus, itse langan pituus ja halkaisija. Kaava langan vastuksen laskemiseksi:

Missä:
R - langan vastus (Ohm)
ρ - metallin ominaisvastus (ohm.m)
L - langan pituus (m)
A - langan poikkileikkauspinta-ala (m2)

Esimerkkinä voidaan harkita nikromilankavastusta, jonka ominaisvastus on 1,10 × 10-6 ohm.m. Langan pituus on 1500 mm ja halkaisija 0,5 mm. Näiden kolmen parametrin perusteella laskemme nikromilangan resistanssin:

R = 1,1 * 10 -6 * (1,5 / 0,000000196) \u003d 8,4 ohmia

Nikromia ja konstantaania käytetään usein resistanssimateriaalina. Alla olevasta taulukosta näet joidenkin yleisimmin käytettyjen metallien ominaisvastuksen.

Pintavastus

Pintaresistanssin arvo lasketaan samalla tavalla kuin langan vastus. Tässä tapauksessa poikkileikkausala voidaan esittää w:n ja t:n tulona:

Joillekin materiaaleille, kuten ohuille kalvoille, ominaisvastuksen ja kalvon paksuuden välistä suhdetta kutsutaan kerroslevyresistanssiksi RS:

jossa RS mitataan ohmeina. Tässä laskelmassa kalvon paksuuden on oltava vakio.

Usein vastusten valmistajat leikkaavat kalvosta raitoja lisätäkseen vastusta lisätäkseen sähkövirran polkua.

Resistiivisten materiaalien ominaisuudet

Metallin ominaisvastus riippuu lämpötilasta. Niiden arvot on annettu pääsääntöisesti huoneenlämpötilalle (20 °C). Resistiivisyyden muutos lämpötilan muutoksen seurauksena on ominaista lämpötilakertoimella.

Esimerkiksi termistoreissa (termistoreissa) tätä ominaisuutta käytetään lämpötilan mittaamiseen. Toisaalta tarkkuuselektroniikassa tämä on melko ei-toivottu vaikutus.
Metallikalvovastuksilla on erinomaiset lämpötilan kestävyysominaisuudet. Tämä saavutetaan paitsi materiaalin alhaisen ominaisvastuksen, myös itse vastuksen mekaanisen suunnittelun ansiosta.

Vastusten valmistuksessa käytetään monia erilaisia ​​materiaaleja ja seoksia. Nikromia (nikkelin ja kromin seos), koska sen resistanssi ja hapettumiskestävyys korkeissa lämpötiloissa, käytetään usein materiaalina lankavastusten valmistukseen. Sen haittana on, että sitä ei voi juottaa. Toinen suosittu materiaali Constantan on helppo juottaa ja sen lämpötilakerroin on pienempi.

Jokainen aine pystyy johtamaan virtaa eri määrin, tähän arvoon vaikuttaa materiaalin vastus. Kuparin, alumiinin, teräksen ja minkä tahansa muun elementin ominaisvastus on merkitty kreikkalaisten aakkosten kirjaimella ρ. Tämä arvo ei riipu sellaisista johtimen ominaisuuksista kuten mitat, muoto ja fyysinen kunto, kun taas tavallinen sähkövastus ottaa nämä parametrit huomioon. Resistanssi mitataan ohmeina kerrottuna mm²:llä ja jaettuna metrillä.

Luokat ja niiden kuvaus

Mikä tahansa materiaali pystyy osoittamaan kahdentyyppistä vastusta riippuen siihen syötetystä sähköstä. Virta on muuttuva tai vakio, mikä vaikuttaa merkittävästi aineen tekniseen suorituskykyyn. Joten on olemassa tällaisia ​​vastustuksia:

1. Ohminen. Ilmestyy tasavirran vaikutuksesta. Luonnehtii kitkaa, joka syntyy sähköisesti varautuneiden hiukkasten liikkeestä johtimessa.
2. Aktiivinen. Se määräytyy samalla periaatteella, mutta se on jo luotu vaihtovirran vaikutuksesta.

Tässä suhteessa tietylle arvolle on myös kaksi määritelmää. Tasavirralle se on yhtä suuri kuin vastus, jonka tuottaa yksikköpituus johtavaa materiaalia, jonka poikkipinta-ala on kiinteä. Potentiaalinen sähkökenttä vaikuttaa kaikkiin johtimiin, samoin kuin puolijohteisiin ja ioneja johtaviin ratkaisuihin. Tämä arvo määrittää itse materiaalin johtavat ominaisuudet. Johtimen muotoa ja sen mittoja ei oteta huomioon, joten sitä voidaan kutsua sähkötekniikan ja materiaalitieteen perusasiaksi.

Vaihtovirran läpiviennissä spesifinen arvo lasketaan ottaen huomioon johtavan materiaalin paksuus. Tässä ei vaikuta jo pelkästään potentiaaliin, vaan myös pyörrevirtaan, lisäksi otetaan huomioon sähkökenttien taajuus. Tämän tyyppinen ominaisvastus on suurempi kuin tasavirralla, koska tässä otetaan huomioon pyörrekentän vastuksen positiivinen arvo. Tämä arvo riippuu myös itse johtimen muodosta ja koosta. Nämä parametrit määräävät varautuneiden hiukkasten pyörreliikkeen luonteen.

Vaihtovirta aiheuttaa tiettyjä sähkömagneettisia ilmiöitä johtimissa. Ne ovat erittäin tärkeitä johtavan materiaalin sähköisille ominaisuuksille:

1. Ihoefektille on ominaista sähkömagneettisen kentän heikkeneminen, mitä enemmän se tunkeutuu johtimen väliaineeseen. Tätä ilmiötä kutsutaan myös pintailmiöksi.
2. Läheisyysvaikutus vähentää virrantiheyttä viereisten johtimien läheisyydestä ja niiden vaikutuksesta johtuen.

Nämä vaikutukset ovat erittäin tärkeitä laskettaessa optimaalista johtimen paksuutta, koska käytettäessä lankaa, jonka säde on suurempi kuin virran tunkeutumissyvyys materiaaliin, sen loput massasta jää käyttämättä, ja siksi tämä lähestymistapa on tehoton. Tehtyjen laskelmien mukaan johtavan materiaalin tehollinen halkaisija joissain tilanteissa on seuraava:

• 50 Hz virralle - 2,8 mm;
• 400 Hz - 1 mm;
• 40 kHz - 0,1 mm.

Tämän vuoksi suurtaajuusvirroille käytetään aktiivisesti litteitä monijohtimia kaapeleita, jotka koostuvat monista ohuista johtimista.

Metallien ominaisuudet

Metallijohtimien erityiset indikaattorit sisältyvät erityisiin taulukoihin. Näiden tietojen perusteella voidaan tehdä tarvittavat lisälaskelmat. Esimerkki tällaisesta ominaisvastustaulukosta näkyy kuvassa.

Taulukko osoittaa, että hopealla on korkein johtavuus - se on ihanteellinen johdin kaikkien olemassa olevien metallien ja metalliseosten joukossa. Jos lasket kuinka monta johtoa tästä materiaalista tarvitaan 1 ohmin resistanssin saamiseksi, niin ulos tulee 62,5 m. Saman arvon rautalangat tarvitsevat jopa 7,7 m.

Huolimatta siitä, kuinka upeita ominaisuuksia hopealla on, se on liian kallis materiaali sähköverkoissa käytettäväksi massakäyttöön, joten kupari on löytänyt laajan sovelluksen jokapäiväisessä elämässä ja teollisuudessa. Erityisen indeksin suhteen se on toisella sijalla hopean jälkeen, ja esiintyvyyden ja talteenoton helppouden suhteen se on paljon parempi kuin se. Kuparilla on muita etuja, jotka ovat tehneet siitä yleisimmän johtimen. Nämä sisältävät:

Sähkötekniikassa käytettäväksi käytetään puhdistettua kuparia, joka sulatuksen jälkeen sulfidimalmista käy läpi pasutus- ja puhallusprosessit, ja sitten se alistetaan välttämättä elektrolyyttiselle puhdistukselle. Tällaisen käsittelyn jälkeen on mahdollista saada erittäin korkealaatuista materiaalia (luokat M1 ja M0), joka sisältää 0,1 - 0,05 % epäpuhtauksia. Tärkeä vivahde on hapen läsnäolo erittäin pieninä määrinä, koska se vaikuttaa negatiivisesti kuparin mekaanisiin ominaisuuksiin.

Usein tämä metalli korvataan halvemmilla materiaaleilla - alumiinilla ja raudalla sekä erilaisilla pronsseilla (piin, berylliumin, magnesiumin, tinan, kadmiumin, kromin ja fosforin seokset). Tällaisilla koostumuksilla on korkeampi lujuus verrattuna puhtaaseen kupariin, vaikkakin pienempi johtavuus.

Alumiinin edut

Vaikka alumiinilla on enemmän vastustuskykyä ja se on hauraampaa, sen laaja käyttö johtuu siitä, että sitä ei ole yhtä vähän kuin kuparia ja siksi halvempaa. Alumiinin ominaisvastus on 0,028 ja sen alhainen tiheys tekee siitä 3,5 kertaa kuparia kevyemmän.

Sähkötöissä käytetään puhdistettua alumiiniluokkaa A1, joka ei sisällä enempää kuin 0,5 % epäpuhtauksia. Korkeampaa laatua AB00 käytetään elektrolyyttikondensaattorien, elektrodien ja alumiinifolion valmistukseen. Tämän alumiinin epäpuhtauspitoisuus on enintään 0,03%. Siellä on myös puhdasta metallia AB0000, sisältäen enintään 0,004 % lisäaineita. Myös epäpuhtauksilla on merkitystä: nikkeli, pii ja sinkki vaikuttavat hieman alumiinin johtavuuteen, ja kuparin, hopean ja magnesiumin pitoisuus tässä metallissa antaa huomattavan vaikutuksen. Tallium ja mangaani vähentävät johtavuutta eniten.

Alumiinilla on hyvät korroosionesto-ominaisuudet. Joutuessaan kosketuksiin ilman kanssa, se peittyy ohuella oksidikalvolla, joka suojaa sitä myöhemmältä tuhoutumiselta. Mekaanisten ominaisuuksien parantamiseksi metalli seostetaan muiden alkuaineiden kanssa.

Teräksen ja raudan indikaattorit

Raudan ominaisvastus kupariin ja alumiiniin verrattuna on erittäin korkea, mutta saatavuuden, lujuuden ja muodonmuutoskestävyyden vuoksi materiaalia käytetään laajalti sähköntuotannossa.

Vaikka raudalla ja teräksellä, joiden ominaisvastus on vielä suurempi, on merkittäviä haittoja, johdinmateriaalien valmistajat ovat löytäneet menetelmiä niiden kompensoimiseksi. Erityisesti alhainen korroosionkestävyys selviää pinnoittamalla teräslanka sinkillä tai kuparilla.

Natriumin ominaisuudet

Metallinen natrium on myös erittäin lupaava sähköä johtavalla teollisuudella. Resistanssin suhteen se ylittää huomattavasti kuparin, mutta sen tiheys on 9 kertaa pienempi kuin sen. Tämä mahdollistaa materiaalin käytön ultrakevyiden lankojen valmistuksessa.

Natriummetalli on erittäin pehmeää ja täysin epävakaa kaikenlaisille muodonmuutosvaikutuksille, mikä tekee sen käytöstä ongelmallista - tästä metallista valmistettu lanka on peitettävä erittäin vahvalla, erittäin vähän joustavalla vaipalla. Kuori on suljettava, koska natriumilla on voimakas kemiallinen aktiivisuus neutraalimmissa olosuhteissa. Se hapettuu välittömästi ilmassa ja reagoi voimakkaasti veden, mukaan lukien ilman, kanssa.

Toinen natriumin käytön etu on sen saatavuus. Sitä voidaan saada sulan natriumkloridin elektrolyysiprosessissa, jota maailmassa on rajoittamaton määrä. Muut metallit ovat tässä suhteessa selvästi häviämässä.

Tietyn johtimen indikaattoreiden laskemiseksi on tarpeen jakaa tietyn luvun ja langan pituuden tulo sen poikkipinta-alalla. Tuloksena on resistanssiarvo ohmeina. Esimerkiksi 200 m:n rautalangan, jonka nimellispoikkileikkaus on 5 mm², vastuksen määrittämiseksi sinun on kerrottava 0,13 200:lla ja jaettava tulos 5:llä. Vastaus on 5,2 ohmia.

Laskennan säännöt ja ominaisuudet

Mikroohmetreillä mitataan metallisten väliaineiden vastus. Nykyään ne valmistetaan digitaalisessa muodossa, joten niiden avulla tehdyt mittaukset ovat tarkkoja. Se voidaan selittää sillä, että metallien johtavuus on korkea ja niillä on erittäin alhainen vastus. Esimerkiksi mittauslaitteiden alaraja on 10 -7 ohmia.

Mikroohmitreiden avulla voit nopeasti selvittää, kuinka hyvä kontakti on ja mitä vastusta generaattoreiden, sähkömoottoreiden ja muuntajien käämit sekä virtakiskot osoittavat. On mahdollista laskea muiden metallien sulkeumien esiintyminen harkon sisällä. Esimerkiksi kullalla pinnoitetun volframipalan johtavuus on puolet täyskultaisen kappaleen johtavuudesta. Samalla tavalla voidaan määrittää johtimessa olevat sisäiset viat ja ontelot.

Resistiivisyyskaava on seuraava: ρ \u003d Ohm mm 2 / m. Sanalla sitä voidaan kuvata 1 metrin johtimen resistanssina joiden poikkileikkausala on 1 mm². Lämpötilan oletetaan olevan normaali - 20 °C.

Lämpötilan vaikutus mittaukseen

Joidenkin johtimien lämmityksellä tai jäähdytyksellä on merkittävä vaikutus mittauslaitteiden suorituskykyyn. Esimerkkinä voidaan mainita seuraava koe: akkuun on kytkettävä spiraalimaisesti kierretty lanka ja kytkeä piiriin ampeerimittari.

Mitä enemmän johdin lämpenee, sitä pienemmiksi laitteen lukemat tulevat. Virran voimakkuus on kääntäen verrannollinen vastukseen. Tästä syystä voimme päätellä, että kuumennuksen seurauksena metallin johtavuus laskee. Suuremmassa tai pienemmässä määrin kaikki metallit käyttäytyvät tällä tavalla, mutta joidenkin seoksien johtavuudessa ei käytännössä tapahdu muutoksia.

Erityisesti nestemäiset johtimet ja jotkut kiinteät ei-metallit pyrkivät vähentämään vastustaan ​​lämpötilan noustessa. Mutta tutkijat käänsivät tämän metallien kyvyn edukseen. Tietäen resistanssin lämpötilakertoimen (α) joitain materiaaleja lämmitettäessä on mahdollista määrittää ulkolämpötila. Esimerkiksi kiillerunkoon asetettu platinalanka laitetaan uuniin, jonka jälkeen tehdään vastusmittaus. Sen mukaan, kuinka paljon se on muuttunut, tehdään johtopäätös uunin lämpötilasta. Tätä mallia kutsutaan vastuslämpömittariksi.

Jos lämpötilassa t 0 johtimen vastus on r 0 ja lämpötilassa t on yhtä suuri rt, niin vastuksen lämpötilakerroin on yhtä suuri kuin

Tämä kaava voidaan laskea vain tietyllä lämpötila-alueella (noin 200 °C asti).