Cuprul este unul dintre cele mai comune materiale de sârmă. Rezistența sa electrică este cea mai scăzută dintre metalele accesibile. Este mai puțin doar în metale prețioase (argint și aur) și depinde de diverși factori.

Ce este curentul electric

Pe diferiți poli ai unei baterii sau ai altei surse de curent, există purtători de încărcare electrică cu nume opus. Dacă sunt conectați la un conductor, purtătorii de sarcină încep să se deplaseze de la un pol al sursei de tensiune la celălalt. Acești purtători în lichide sunt ioni, iar în metale sunt electroni liberi.

Definiție. Curentul electric este mișcarea direcționată a particulelor încărcate.

Rezistivitate

Rezistivitatea electrică este o mărime care determină rezistența electrică a unei probe de material de referință. Litera greacă „r” este folosită pentru a desemna această valoare. Formula de calcul:

p=(R*S)/ l.

Această valoare este măsurată în Ohm*m. Îl găsești în cărți de referință, în tabele de rezistivitate sau pe Internet.

Electronii liberi se deplasează prin metalul din interiorul rețelei cristaline. Trei factori influențează rezistența la această mișcare și rezistivitatea conductorului:

• Material. Metalele diferite au densități atomice și număr de electroni liberi diferite;
• impurităţi. La metalele pure, rețeaua cristalină este mai ordonată, deci rezistența este mai mică decât la aliaje;
• Temperatura. Atomii nu stau nemișcați la locul lor, ci oscilează. Cu cât temperatura este mai mare, cu atât este mai mare amplitudinea oscilațiilor, care interferează cu mișcarea electronilor și rezistența este mai mare.

În figura următoare, puteți vedea un tabel cu rezistivitatea metalelor.

Interesant. Există aliaje a căror rezistență electrică scade la încălzire sau nu se modifică.

Conductivitate și rezistență electrică

Deoarece dimensiunile cablurilor sunt măsurate în metri (lungime) și mm² (secțiune), rezistivitatea electrică are dimensiunea de Ohm mm²/m. Cunoscând dimensiunile cablului, rezistența acestuia se calculează prin formula:

R=(p* l)/S.

Pe lângă rezistența electrică, unele formule folosesc conceptul de „conductivitate”. Aceasta este reciproca rezistenței. Se numește „g” și se calculează prin formula:

Conductibilitatea lichidelor

Conductivitatea lichidelor este diferită de conductivitatea metalelor. Purtătorii de sarcină din ele sunt ioni. Numărul lor și conductivitatea electrică cresc atunci când sunt încălzite, astfel încât puterea cazanului cu electrozi crește de mai multe ori când este încălzit de la 20 la 100 de grade.

Interesant. Apa distilată este un izolator. Conductivitatea îi este conferită de impuritățile dizolvate.

Rezistența electrică a firelor

Cele mai comune materiale de sârmă sunt cuprul și aluminiul. Rezistența aluminiului este mai mare, dar este mai ieftin decât cuprul. Rezistența specifică a cuprului este mai mică, astfel încât dimensiunea firului poate fi aleasă mai mică. În plus, este mai puternic, iar firele flexibile sunt fabricate din acest metal.

Următorul tabel arată rezistivitatea electrică a metalelor la 20 de grade. Pentru a-l determina la alte temperaturi, valoarea din tabel trebuie înmulțită cu un factor de corecție diferit pentru fiecare metal. Puteți afla acest coeficient din cărțile de referință relevante sau folosind un calculator online.

Selectarea secțiunii cablului

Deoarece firul are rezistență, atunci când un curent electric trece prin el, se generează căldură și are loc o cădere de tensiune. Ambii factori trebuie să fie luați în considerare atunci când alegeți dimensiunile cablurilor.

Selecția în funcție de încălzirea permisă

Când curentul trece printr-un fir, energie este eliberată. Cantitatea sa poate fi calculată prin formula puterii electrice:

Într-un fir de cupru cu o secțiune transversală de 2,5 mm² și o lungime de 10 metri R=10*0,0074=0,074Ohm. La un curent de 30A, P \u003d 30² * 0,074 \u003d 66W.

Această putere încălzește conductorul și cablul în sine. Temperatura la care se încălzește depinde de condițiile de pozare, de numărul de miezuri din cablu și de alți factori, iar temperatura admisă depinde de materialul izolator. Cuprul are o conductivitate mai mare, astfel încât puterea de ieșire și secțiunea transversală necesară sunt mai mici. Acesta este determinat de tabele speciale sau folosind un calculator online.

Pierderi de tensiune admisibile

Pe lângă încălzire, atunci când un curent electric trece prin fire, tensiunea din apropierea sarcinii scade. Această valoare poate fi calculată folosind legea lui Ohm:

Referinţă. Conform normelor PUE, nu ar trebui să fie mai mult de 5% sau într-o rețea de 220V - nu mai mult de 11V.

Prin urmare, cu cât cablul este mai lung, cu atât secțiunea transversală ar trebui să fie mai mare. O puteți determina din tabele sau folosind un calculator online. Spre deosebire de alegerea secțiunii în funcție de încălzirea admisă, pierderile de tensiune nu depind de condițiile garniturii și ale materialului izolator.

Într-o rețea de 220V, tensiunea este furnizată prin două fire: fază și zero, deci calculul se face pentru lungimea dublă a cablului. În cablul din exemplul anterior, acesta va fi U=I*R=30A*2*0,074Ω=4,44V. Acest lucru nu este mult, dar cu o lungime de 25 de metri se dovedește 11,1 V - valoarea maximă admisă, va trebui să creșteți secțiunea transversală.

Rezistența electrică a altor metale

În plus față de cupru și aluminiu, în inginerie electrică sunt utilizate alte metale și aliaje:

• Fier. Rezistența specifică a oțelului este mai mare, dar este mai puternic decât cuprul și aluminiul. Conductoarele de oțel sunt țesute în cabluri destinate așezării prin aer. Rezistența fierului este prea mare pentru transmiterea energiei electrice, prin urmare, la calcularea secțiunii transversale, nucleele nu sunt luate în considerare. În plus, este mai refractar, iar din el sunt realizate cabluri pentru conectarea încălzitoarelor în cuptoare electrice de mare putere;
• Nichrome (un aliaj de nichel și crom) și Fechral (fier, crom și aluminiu). Au conductivitate și refractare scăzute. Rezistoarele și încălzitoarele bobinate sunt fabricate din aceste aliaje;
• Tungsten. Rezistența sa electrică este mare, dar este un metal refractar (3422 °C). Se folosește la realizarea de filamente în lămpi electrice și electrozi pentru sudarea cu argon-arc;
• Constantan și manganina (cupru, nichel și mangan). Rezistivitatea acestor conductori nu se modifică odată cu schimbările de temperatură. Sunt utilizate în dispozitivele revendicate pentru fabricarea rezistențelor;
• Metale prețioase - aur și argint. Au cea mai mare conductivitate, dar din cauza prețului ridicat, utilizarea lor este limitată.

Reactanță inductivă

Formulele de calcul a conductivității firelor sunt valabile numai într-o rețea DC sau în conductoare drepte la frecvență joasă. În bobine și în rețelele de înaltă frecvență, o rezistență inductivă apare de multe ori mai mare decât de obicei. În plus, curentul de înaltă frecvență se propagă doar pe suprafața firului. Prin urmare, uneori este acoperit cu un strat subțire de argint sau se folosește sârmă de litz.

Experiența a arătat că rezistența R conductorul metalic este direct proporțional cu lungimea sa Lși invers proporțională cu aria secțiunii sale transversale DAR:

R = ρ L/ DAR (26.4)

unde coeficient ρ se numeste rezistivitate si serveste ca o caracteristica a substantei din care este realizat conductorul. Acesta este bunul simț: rezistența unui fir gros ar trebui să fie mai mică decât cea a unui fir subțire, deoarece electronii se pot deplasa pe o zonă mai mare într-un fir gros. Și ne putem aștepta la o creștere a rezistenței cu o creștere a lungimii conductorului, deoarece numărul de obstacole în calea fluxului de electroni crește.

Valori tipice ρ pentru diferite materiale sunt date în prima coloană a tabelului. 26.2. (Valorile reale pot varia în funcție de puritate, tratament termic, temperatură și alți factori.)

Tabelul 26.2. Rezistivitate și coeficient de rezistență la temperatură (TCR) (la 20 °C)
Substanţă	ρ , Ohm m	tks α ,°C -1
conductoare
Argint	1,59 10 -8	0,0061
Cupru	1,68 10 -8	0,0068
Aluminiu	2,65 10 -8	0,00429
Tungsten	5,6 10 -8	0,0045
Fier	9,71 10 -8	0,00651
Platină	10,6 10 -8	0,003927
Mercur	98 10 -8	0,0009
Nicrom (aliaj Ni, Fe, Cr)	100 10 -8	0,0004
Semiconductori 1)
Carbon (grafit)	(3-60) 10 -5	-0,0005
germaniu	(1-500) 10 -5	-0,05
Siliciu	0,1 - 60	-0,07
Dielectrice
Sticlă	10 9 - 10 12
Cauciuc dur	10 13 - 10 15
1) Valorile reale depind puternic de prezența chiar și a unei cantități mici de impurități.

Argintul are cea mai scăzută rezistivitate și, prin urmare, este cel mai bun conductor; cu toate acestea, este scump. Cuprul este ușor inferior argintului; este clar de ce firele sunt cel mai adesea din cupru.

Rezistența specifică a aluminiului este mai mare decât cea a cuprului, dar are o densitate mult mai mică, iar în unele cazuri este de preferat (de exemplu, în liniile electrice), deoarece rezistența firelor de aluminiu de aceeași masă este mai mică decât aceea. de cupru. Se folosește adesea reciproca rezistivității:

σ = 1/ρ (26.5)

σ numită conductivitate specifică. Conductibilitatea este măsurată în unități de (Ohm m) -1 .

Rezistivitatea unei substanțe depinde de temperatură. În general, rezistența metalelor crește cu temperatura. Acest lucru nu ar trebui să fie surprinzător: pe măsură ce temperatura crește, atomii se mișcă mai repede, aranjamentul lor devine mai puțin ordonat și se poate aștepta să interfereze mai mult cu fluxul de electroni. În intervale înguste de temperatură, rezistivitatea metalului crește aproape liniar cu temperatura:

Unde ρT- rezistivitate la temperatura T, ρ 0 - rezistivitate la temperatura standard T 0 și α - coeficient de rezistență la temperatură (TCR). Valorile lui a sunt date în tabel. 26.2. Rețineți că pentru semiconductori, TCR poate fi negativ. Acest lucru este evident, deoarece odată cu creșterea temperaturii, numărul de electroni liberi crește și ei îmbunătățesc proprietățile conductoare ale substanței. Astfel, rezistența unui semiconductor poate scădea odată cu creșterea temperaturii (deși nu întotdeauna).

Valorile lui a depind de temperatură, așa că ar trebui să acordați atenție intervalului de temperatură în care această valoare este valabilă (de exemplu, conform cărții de referință a cantităților fizice). Dacă intervalul de modificare a temperaturii este larg, atunci liniaritatea va fi încălcată și, în loc de (26.6), ar trebui utilizată o expresie care să conțină termeni care depind de al doilea și al treilea grad de temperatură:

ρT = ρ 0 (1+αT+ + βT 2 + yT 3),

unde coeficienți β și γ de obicei foarte mici (punem T 0 = 0°C), dar la mare T contribuţia acestor membri devine semnificativă.

La temperaturi foarte scăzute, rezistivitatea unor metale, precum și a aliajelor și compușilor, scade la zero, în limitele preciziei măsurătorilor moderne. Această proprietate se numește supraconductivitate; a fost observat pentru prima dată de fizicianul olandez Geike Kamer-ling-Onnes (1853-1926) în 1911, când mercurul a fost răcit sub 4,2 K. La această temperatură, rezistența electrică a mercurului a scăzut brusc la zero.

Supraconductorii trec în starea supraconductoare sub temperatura de tranziție, care este de obicei de câteva grade Kelvin (puțin peste zero absolut). S-a observat un curent electric în inelul supraconductor, care practic nu s-a slăbit în absența tensiunii timp de câțiva ani.

În ultimii ani, supraconductivitatea a fost investigată intens pentru a elucida mecanismul acesteia și pentru a găsi materiale supraconductoare la temperaturi mai ridicate pentru a reduce costurile și inconvenientele cauzate de necesitatea răcirii la temperaturi foarte scăzute. Prima teorie de succes a supraconductivității a fost creată de Bardeen, Cooper și Schrieffer în 1957. Supraconductorii sunt deja utilizați la magneții mari, unde câmpul magnetic este generat de un curent electric (vezi cap. 28), ceea ce reduce semnificativ consumul de energie. Desigur, energia este cheltuită și pentru a menține un supraconductor la o temperatură scăzută.

Comentariile și sugestiile sunt acceptate și binevenite!

Când un circuit electric este închis, la bornele căruia există o diferență de potențial, apare un curent electric. Electronii liberi sub influența forțelor câmpului electric se deplasează de-a lungul conductorului. În mișcarea lor, electronii se ciocnesc cu atomii conductorului și le oferă o rezervă de energie cinetică. Viteza de mișcare a electronilor este în continuă schimbare: atunci când electronii se ciocnesc cu atomi, molecule și alți electroni, aceasta scade, apoi crește sub influența unui câmp electric și scade din nou cu o nouă coliziune. Ca urmare, în conductor se stabilește un flux uniform de electroni cu o viteză de câteva fracțiuni de centimetru pe secundă. În consecință, electronii care trec printr-un conductor întâmpină întotdeauna rezistență din partea sa la mișcarea lor. Când un curent electric trece printr-un conductor, acesta din urmă se încălzește.

Rezistență electrică

Rezistența electrică a conductorului, care este indicată de litera latină r, este proprietatea unui corp sau mediu de a transforma energia electrică în energie termică atunci când trece un curent electric prin el.

În diagrame, rezistența electrică este indicată așa cum se arată în Figura 1, A.

Se numește rezistență electrică variabilă, care servește la schimbarea curentului din circuit reostat. În diagrame, reostatele sunt desemnate așa cum se arată în Figura 1, b. În general, un reostat este realizat dintr-un fir de una sau alta rezistență, înfășurat pe o bază izolatoare. Glisorul sau pârghia reostatului este plasată într-o anumită poziție, în urma căreia se introduce în circuit rezistența dorită.

Un conductor lung de secțiune transversală mică creează o rezistență ridicată la curent. Conductoarele scurte de secțiune transversală mare au o rezistență mică la curent.

Dacă luăm doi conductori din materiale diferite, dar de aceeași lungime și secțiune, atunci conductorii vor conduce curentul în moduri diferite. Aceasta arată că rezistența unui conductor depinde de materialul conductorului însuși.

Temperatura unui conductor afectează și rezistența acestuia. Pe măsură ce temperatura crește, rezistența metalelor crește, iar rezistența lichidelor și a cărbunelui scade. Doar unele aliaje metalice speciale (manganină, constantan, nichelină și altele) aproape că nu își schimbă rezistența odată cu creșterea temperaturii.

Deci, vedem că rezistența electrică a conductorului depinde de: 1) lungimea conductorului, 2) secțiunea transversală a conductorului, 3) materialul conductorului, 4) temperatura conductorului.

Unitatea de rezistență este un ohm. Om este adesea notat cu litera majusculă grecească Ω (omega). Deci, în loc să scrieți „Rezistența conductorului este de 15 ohmi”, puteți scrie pur și simplu: r= 15Ω.
1000 ohmi se numesc 1 kiloohm(1kΩ sau 1kΩ),
1.000.000 de ohmi se numește 1 megaohm(1mgOhm, sau 1MΩ).

Când se compară rezistența conductorilor din diferite materiale, este necesar să se ia o anumită lungime și secțiune pentru fiecare probă. Apoi vom putea judeca ce material conduce curentul electric mai bine sau mai rău.

Video 1. Rezistența conductorului

Rezistenta electrica specifica

Se numește rezistența în ohmi a unui conductor de 1 m lungime, cu o secțiune transversală de 1 mm² rezistivitateși este notat cu litera greacă ρ (ro).

Tabelul 1 prezintă rezistențele specifice ale unor conductori.

tabelul 1

Rezistivitatea diverșilor conductori

Tabelul arată că un fir de fier cu o lungime de 1 m și o secțiune transversală de 1 mm² are o rezistență de 0,13 ohmi. Pentru a obține 1 ohm de rezistență, trebuie să luați 7,7 m dintr-un astfel de fir. Argintul are cea mai scăzută rezistivitate. 1 ohm de rezistență poate fi obținut prin luarea a 62,5 m de sârmă de argint cu o secțiune transversală de 1 mm². Argintul este cel mai bun conductor, dar costul argintului împiedică utilizarea lui pe scară largă. După argint din tabel vine cuprul: 1 m de sârmă de cupru cu o secțiune transversală de 1 mm² are o rezistență de 0,0175 ohmi. Pentru a obține o rezistență de 1 ohm, trebuie să luați 57 m dintr-un astfel de fir.

Pur din punct de vedere chimic, obținut prin rafinare, cuprul și-a găsit o utilizare pe scară largă în inginerie electrică pentru fabricarea de fire, cabluri, înfășurări ale mașinilor și aparatelor electrice. Aluminiul și fierul sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă ca conductori.

Rezistența unui conductor poate fi determinată prin formula:

Unde r- rezistenta conductorului in ohmi; ρ - rezistenta specifica a conductorului; l este lungimea conductorului în m; S– secțiunea conductorului în mm².

Exemplul 1 Determinați rezistența a 200 m de sârmă de fier cu o secțiune transversală de 5 mm².

Exemplul 2 Calculați rezistența a 2 km de sârmă de aluminiu cu o secțiune transversală de 2,5 mm².

Din formula rezistenței, puteți determina cu ușurință lungimea, rezistivitatea și secțiunea transversală a conductorului.

Exemplul 3 Pentru un receptor radio, este necesar să înfășurați o rezistență de 30 ohmi dintr-un fir de nichel cu o secțiune transversală de 0,21 mm². Determinați lungimea necesară a firului.

Exemplul 4 Determinați secțiunea transversală a 20 m de fir nicrom dacă rezistența acestuia este de 25 ohmi.

Exemplul 5 Un fir cu o secțiune transversală de 0,5 mm² și o lungime de 40 m are o rezistență de 16 ohmi. Determinați materialul firului.

Materialul unui conductor îi caracterizează rezistivitatea.

Conform tabelului de rezistivitate, constatăm că plumbul are o astfel de rezistență.

S-a afirmat mai sus că rezistența conductorilor depinde de temperatură. Să facem următorul experiment. Înfășurăm câțiva metri de sârmă subțire de metal sub formă de spirală și transformăm această spirală într-un circuit de baterie. Pentru a măsura curentul din circuit, porniți ampermetrul. Când încălziți spirala în flacăra arzătorului, puteți vedea că citirile ampermetrului vor scădea. Aceasta arată că rezistența firului metalic crește odată cu încălzirea.

Pentru unele metale, atunci când sunt încălzite cu 100 °, rezistența crește cu 40 - 50%. Există aliaje care își modifică ușor rezistența cu căldura. Unele aliaje speciale își schimbă greu rezistența cu temperatura. Rezistența conductoarelor metalice crește odată cu creșterea temperaturii, rezistența electroliților (conductoare lichide), a cărbunelui și a unor solide, dimpotrivă, scade.

Capacitatea metalelor de a-și modifica rezistența la schimbările de temperatură este folosită pentru a construi termometre de rezistență. Un astfel de termometru este un fir de platină înfășurat pe un cadru de mică. Prin plasarea unui termometru, de exemplu, într-un cuptor și măsurarea rezistenței firului de platină înainte și după încălzire, se poate determina temperatura în cuptor.

Modificarea rezistenței conductorului atunci când este încălzit, la 1 ohm de rezistență inițială și 1 ° temperatură, se numește coeficient de rezistență la temperaturăși este notat cu litera α.

Dacă la o temperatură t 0 rezistența conductorului este r 0 și la temperatură t egală r t, apoi coeficientul de temperatură al rezistenței

Notă. Această formulă poate fi calculată numai într-un anumit interval de temperatură (până la aproximativ 200°C).

Oferim valorile coeficientului de temperatură al rezistenței α pentru unele metale (tabelul 2).

masa 2

Valorile coeficientului de temperatură pentru unele metale

Din formula pentru coeficientul de temperatură al rezistenței, determinăm r t:

r t = r 0 .

Exemplul 6 Determinați rezistența unui fir de fier încălzit la 200°C dacă rezistența lui la 0°C a fost de 100 ohmi.

r t = r 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 ohmi.

Exemplul 7 Un termometru de rezistență realizat din sârmă de platină într-o încăpere cu o temperatură de 15°C avea o rezistență de 20 ohmi. Termometrul a fost introdus în cuptor și după un timp i s-a măsurat rezistența. S-a dovedit a fi egal cu 29,6 ohmi. Determinați temperatura în cuptor.

conductivitate electrică

Până acum am considerat rezistența conductorului drept un obstacol pe care conductorul îl asigură curentului electric. Cu toate acestea, curentul trece prin conductor. Prin urmare, pe lângă rezistență (obstacole), conductorul are și capacitatea de a conduce curentul electric, adică conductivitatea.

Cu cât un conductor are mai multă rezistență, cu atât are mai puțină conductivitate, cu atât conduce mai rău curentul electric și, invers, cu cât rezistența unui conductor este mai mică, cu atât are mai multă conductivitate, cu atât trece mai ușor curentul prin conductor. Prin urmare, rezistența și conductivitatea conductorului sunt mărimi reciproce.

Din matematică se știe că reciproca lui 5 este 1/5 și, invers, reciproca lui 1/7 este 7. Prin urmare, dacă rezistența unui conductor este notă cu litera r, atunci conductivitatea este definită ca 1/ r. Conductibilitatea este de obicei indicată cu litera g.

Conductivitatea electrică se măsoară în (1/ohm) sau siemens.

Exemplul 8 Rezistența conductorului este de 20 ohmi. Determinați-i conductivitatea.

În cazul în care un r= 20 Ohm, atunci

Exemplul 9 Conductivitatea conductorului este de 0,1 (1/ohm). Determinați-i rezistența

Dacă g \u003d 0,1 (1 / Ohm), atunci r= 1 / 0,1 = 10 (ohmi)

Curentul electric apare ca urmare a închiderii circuitului cu o diferență de potențial la bornele. Forțele câmpului acționează asupra electronilor liberi și se deplasează de-a lungul conductorului. În timpul acestei călătorii, electronii întâlnesc atomi și le transferă o parte din energia lor acumulată. Ca urmare, viteza lor scade. Dar, datorită influenței câmpului electric, acesta capătă din nou avânt. Astfel, electronii experimentează constant rezistență, motiv pentru care curentul electric se încălzește.

Proprietatea unei substanțe de a transforma electricitatea în căldură în timpul acțiunii unui curent este rezistența electrică și se notează cu R, unitatea sa este Ohm. Cantitatea de rezistență depinde în principal de capacitatea diferitelor materiale de a conduce curentul.
Pentru prima dată, cercetătorul german G. Ohm a anunțat rezistență.

Pentru a afla dependența puterii curente de rezistență, un fizician celebru a efectuat multe experimente. Pentru experimente a folosit diverși conductori și a obținut diverși indicatori.
Primul lucru pe care l-a determinat G. Ohm a fost că rezistivitatea depinde de lungimea conductorului. Adică, dacă lungimea conductorului crește, crește și rezistența. Ca urmare, această relație a fost determinată a fi direct proporțională.

A doua dependență este aria secțiunii transversale. Ar putea fi determinată de o secțiune transversală a conductorului. Aria figurii care s-a format pe tăietură este aria secțiunii transversale. Aici relația este invers proporțională. Adică, cu cât aria secțiunii transversale este mai mare, cu atât rezistența conductorului este mai mică.

Iar a treia cantitate importantă, de care depinde rezistența, este materialul. Ca urmare a faptului că Ohm a folosit diferite materiale în experimente, a găsit diferite proprietăți de rezistență. Toate aceste experimente și indicatori au fost rezumate într-un tabel din care se pot vedea diferitele valori ale rezistenței specifice a diferitelor substanțe.

Se știe că cei mai buni conductori sunt metalele. Care metale sunt cele mai bune conductoare? Tabelul arată că cuprul și argintul au cea mai mică rezistență. Cuprul este folosit mai des datorită costului său mai mic, în timp ce argintul este folosit în cele mai importante și critice dispozitive.

Substanțele cu rezistivitate ridicată din tabel nu conduc bine electricitatea, ceea ce înseamnă că pot fi materiale izolante excelente. Substanțele cu această proprietate în cea mai mare măsură sunt porțelanul și ebonita.

În general, rezistivitatea electrică este un factor foarte important, deoarece prin determinarea indicatorului acestuia, putem afla din ce substanță este alcătuit conductorul. Pentru a face acest lucru, este necesar să măsurați aria secțiunii transversale, să aflați puterea curentului folosind un voltmetru și un ampermetru și, de asemenea, măsurați tensiunea. Astfel, vom afla valoarea rezistivității și, folosind tabelul, putem ajunge cu ușurință la substanță. Se pare că rezistivitatea este ca amprentele unei substanțe. În plus, rezistivitatea este importantă atunci când planificați circuite electrice lungi: trebuie să cunoaștem această cifră pentru a găsi un echilibru între lungime și suprafață.

Există o formulă care determină că rezistența este de 1 ohm, dacă la o tensiune de 1V, puterea sa de curent este de 1A. Adică, rezistența unității de suprafață și a unității de lungime, făcută dintr-o anumită substanță, este rezistivitatea.

De asemenea, trebuie menționat că indicele de rezistivitate depinde direct de frecvența substanței. Adică dacă are impurități. Asta, adăugarea de doar un procent de mangan crește rezistența celei mai conductoare substanțe - cuprul, de trei ori.

Acest tabel arată rezistivitatea electrică a unor substanțe.

Materiale foarte conductive

Cupru
După cum am spus, cuprul este cel mai adesea folosit ca conductor. Acest lucru se datorează nu numai rezistenței sale scăzute. Cuprul are avantajele unei rezistențe ridicate, rezistență la coroziune, ușurință în utilizare și prelucrabilitate bună. Clasele bune de cupru sunt M0 și M1. În ele, cantitatea de impurități nu depășește 0,1%.

Costul ridicat al metalului și deficitul său recent încurajează producătorii să folosească aluminiul ca conductor. De asemenea, se folosesc aliaje de cupru cu diferite metale.
Aluminiu
Acest metal este mult mai ușor decât cuprul, dar aluminiul are o capacitate ridicată de căldură și un punct de topire. În acest sens, pentru a-l aduce în stare topită este necesară mai multă energie decât cuprul. Cu toate acestea, trebuie luat în considerare faptul deficienței de cupru.
În producția de produse electrice, de regulă, se utilizează aluminiu de calitate A1. Nu conține mai mult de 0,5% impurități. Iar metalul cu cea mai înaltă frecvență este aluminiul de calitate AB0000.
Fier
Ieftinitatea și disponibilitatea fierului este umbrită de rezistența sa specifică ridicată. În plus, se corodează rapid. Din acest motiv, conductoarele de oțel sunt adesea acoperite cu zinc. Așa-numitul bimetal este utilizat pe scară largă - acesta este oțel acoperit cu cupru pentru protecție.
Sodiu
Sodiul este, de asemenea, un material accesibil și promițător, dar rezistența sa este de aproape trei ori mai mare decât a cuprului. În plus, sodiul metalic are o activitate chimică ridicată, ceea ce face necesară acoperirea unui astfel de conductor cu protecție ermetică. De asemenea, ar trebui să protejeze conductorul de deteriorarea mecanică, deoarece sodiul este un material foarte moale și destul de fragil.

Supraconductivitate
Tabelul de mai jos arată rezistivitatea substanțelor la o temperatură de 20 de grade. Indicarea temperaturii nu este întâmplătoare, deoarece rezistivitatea depinde direct de acest indicator. Acest lucru se explică prin faptul că atunci când sunt încălziți, viteza atomilor crește și ea, ceea ce înseamnă că probabilitatea întâlnirii lor cu electronii va crește și ea.

Este interesant ce se întâmplă cu rezistența în condiții de răcire. Pentru prima dată, comportamentul atomilor la temperaturi foarte scăzute a fost observat de G. Kamerling-Onnes în 1911. El a răcit firul de mercur la 4K și a constatat că rezistența sa scade la zero. Fizicianul a numit modificarea indicelui de rezistență specific al unor aliaje și metale în condiții de temperatură scăzută supraconductivitate.

Supraconductorii trec în starea de supraconductivitate atunci când sunt răciți, iar caracteristicile lor optice și structurale nu se modifică. Principala descoperire este că proprietățile electrice și magnetice ale metalelor în stare supraconductoare sunt foarte diferite de proprietățile lor în stare obișnuită, precum și de proprietățile altor metale, care nu pot intra în această stare atunci când temperatura este scăzută.
Utilizarea supraconductoarelor se realizează în principal în obținerea unui câmp magnetic superputernic, a cărui putere ajunge la 107 A/m. De asemenea, sunt dezvoltate sisteme de linii electrice supraconductoare.

Materiale similare.

Conceptul de rezistență și conductivitate electrică

Orice corp prin care trece un curent electric are o anumită rezistență la acesta. Proprietatea unui material conductor de a împiedica trecerea curentului electric prin el se numește rezistență electrică.

Teoria electronică explică în acest fel esența rezistenței electrice a conductorilor metalici. Când se deplasează de-a lungul unui conductor, electronii liberi întâlnesc atomi și alți electroni de nenumărate ori pe drum și, interacționând cu ei, își pierd inevitabil o parte din energia lor. Electronii experimentează, parcă, rezistență la mișcarea lor. Diferiții conductori metalici cu structură atomică diferită au rezistență diferită la curentul electric.

Exact același lucru explică rezistența conductoarelor lichide și a gazelor la trecerea curentului electric. Cu toate acestea, nu trebuie uitat că în aceste substanțe, nu electronii, ci particulele încărcate de molecule întâlnesc rezistență în timpul mișcării lor.

Rezistența este indicată prin literele latine R sau r.

Ohmul este considerat unitatea de măsură a rezistenței electrice.

Ohm este rezistența unei coloane de mercur de 106,3 cm înălțime cu o secțiune transversală de 1 mm2 la o temperatură de 0 ° C.

Dacă, de exemplu, rezistența electrică a conductorului este de 4 ohmi, atunci se scrie după cum urmează: R \u003d 4 ohmi sau r \u003d 4 ohmi.

Pentru a măsura rezistența unei valori mari, se adoptă o unitate numită megaohm.

Un mega este egal cu un milion de ohmi.

Cu cât rezistența conductorului este mai mare, cu atât conduce mai rău curentul electric și, invers, cu cât rezistența conductorului este mai mică, cu atât trece mai ușor curentul electric prin acest conductor.

Prin urmare, pentru a caracteriza conductorul (în ceea ce privește trecerea curentului electric prin el), se poate lua în considerare nu numai rezistența acestuia, ci și reciproca rezistenței și se numește conductivitate.

conductivitate electrică Capacitatea unui material de a trece un curent electric prin el însuși se numește.

Deoarece conductivitatea este reciproca rezistenței, este exprimată ca 1 / R, conductivitatea este notată cu litera latină g.

Influența materialului conductor, dimensiunile acestuia și temperatura ambiantă asupra valorii rezistenței electrice

Rezistența diverșilor conductori depinde de materialul din care sunt fabricați. Pentru a caracteriza rezistența electrică a diferitelor materiale, a fost introdus conceptul de așa-numită rezistivitate.

Rezistivitate este rezistența unui conductor de 1 m lungime și cu aria secțiunii transversale de 1 mm2. Rezistivitatea este indicată de litera greacă p. Fiecare material din care este realizat conductorul are propria sa rezistivitate.

De exemplu, rezistivitatea cuprului este de 0,017, adică un conductor de cupru de 1 m lungime și 1 mm2 în secțiune transversală are o rezistență de 0,017 ohmi. Rezistivitatea aluminiului este 0,03, rezistivitatea fierului este 0,12, rezistivitatea constantanului este 0,48, rezistivitatea nicromului este 1-1,1.

Rezistența unui conductor este direct proporțională cu lungimea sa, adică cu cât conductorul este mai lung, cu atât rezistența lui electrică este mai mare.

Rezistența unui conductor este invers proporțională cu aria secțiunii sale transversale, adică cu cât conductorul este mai gros, cu atât rezistența lui este mai mică și, invers, cu cât conductorul este mai subțire, cu atât rezistența sa este mai mare.

Pentru a înțelege mai bine această relație, imaginați-vă două perechi de vase comunicante, o pereche de vase având un tub de legătură subțire, iar cealaltă având unul gros. Este clar că atunci când unul dintre vase (fiecare pereche) este umplut cu apă, trecerea lui într-un alt vas printr-un tub gros se va produce mult mai rapid decât printr-un tub subțire, adică un tub gros va oferi mai puțină rezistență la curgerea apă. La fel, un curent electric este mai ușor să treacă printr-un conductor gros decât printr-un conductor subțire, adică primul îi oferă mai puțină rezistență decât al doilea.

Rezistența electrică a unui conductor este egală cu rezistența specifică a materialului din care este realizat acest conductor, înmulțită cu lungimea conductorului și împărțită la aria ariei secțiunii transversale a conductorului.:

R = R l / S,

Unde - R - rezistența conductorului, ohm, l - lungimea conductorului în m, S - aria secțiunii transversale a conductorului, mm 2.

Aria secțiunii transversale a unui conductor rotund calculat prin formula:

S = π d 2 / 4

Unde π - valoare constantă egală cu 3,14; d este diametrul conductorului.

Și astfel se determină lungimea conductorului:

l = S R / p ,

Această formulă face posibilă determinarea lungimii conductorului, a secțiunii transversale a acestuia și a rezistivității, dacă sunt cunoscute celelalte mărimi incluse în formulă.

Dacă este necesar să se determine aria secțiunii transversale a conductorului, atunci formula se reduce la următoarea formă:

S = Rl/R

Transformând aceeași formulă și rezolvând egalitatea față de p, găsim rezistivitatea conductorului:

R = R S/l

Ultima formulă trebuie utilizată în cazurile în care rezistența și dimensiunile conductorului sunt cunoscute, iar materialul acestuia este necunoscut și, în plus, greu de determinat după aspect. Pentru a face acest lucru, este necesar să se determine rezistivitatea conductorului și, folosind tabelul, să se găsească un material care are o astfel de rezistivitate.

Un alt motiv care afectează rezistența conductorilor este temperatura.

S-a stabilit că odată cu creșterea temperaturii, rezistența conductorilor metalici crește și scade odată cu scăderea. Această creștere sau scădere a rezistenței pentru conductorii de metal pur este aproape aceeași și este în medie de 0,4% la 1°C. Rezistența conductoarelor lichide și a cărbunelui scade odată cu creșterea temperaturii.

Teoria electronică a structurii materiei oferă următoarea explicație pentru creșterea rezistenței conductoarelor metalice odată cu creșterea temperaturii. Când este încălzit, conductorul primește energie termică, care este inevitabil transferată tuturor atomilor substanței, în urma căreia intensitatea mișcării lor crește. Mișcarea crescută a atomilor creează mai multă rezistență la mișcarea dirijată a electronilor liberi, motiv pentru care rezistența conductorului crește. Odată cu scăderea temperaturii, se creează condiții mai bune pentru mișcarea dirijată a electronilor, iar rezistența conductorului scade. Aceasta explică un fenomen interesant - supraconductivitatea metalelor.

Supraconductivitate, adică o scădere a rezistenței metalelor la zero, are loc la o temperatură negativă uriașă - 273 ° C, numită zero absolut. La o temperatură de zero absolut, atomii de metal par să înghețe pe loc, fără a împiedica deloc mișcarea electronilor.