Elektrický odpor -fyzikálna veličina, ktorá ukazuje, akú prekážku vytvára prúd pri prechode vodičom. Jednotky merania sú ohmy, podľa Georga Ohma. Vo svojom zákone odvodil vzorec na nájdenie odporu, ktorý je uvedený nižšie.

Zvážte odpor vodičov pomocou príkladu kovov. Kovy majú vnútornú štruktúru vo forme kryštálovej mriežky. Táto mriežka má prísny poriadok a jej uzly sú kladne nabité ióny. Nosiče náboja v kove sú „voľné“ elektróny, ktoré nepatria konkrétnemu atómu, ale náhodne sa pohybujú medzi miestami mriežky. Z kvantovej fyziky je známe, že pohyb elektrónov v kove je šírenie elektromagnetickej vlny v pevnej látke. To znamená, že elektrón vo vodiči sa pohybuje rýchlosťou svetla (prakticky) a je dokázané, že vykazuje vlastnosti nielen ako častica, ale aj ako vlna. A odpor kovu vzniká v dôsledku rozptylu elektromagnetických vĺn (to znamená elektrónov) na tepelných vibráciách mriežky a jej defektov. Pri zrážke elektrónov s uzlami kryštálovej mriežky sa časť energie prenáša na uzly, v dôsledku čoho sa energia uvoľňuje. Túto energiu je možné vypočítať pri jednosmernom prúde vďaka zákonu Joule-Lenz - Q \u003d I 2 Rt. Ako vidíte, čím väčší odpor, tým viac energie sa uvoľní.

Odpor

Existuje taký dôležitý koncept ako odpor, je to rovnaký odpor, len v jednotke dĺžky. Každý kov má svoje, napríklad pre meď je to 0,0175 Ohm*mm2/m, pre hliník je to 0,0271 Ohm*mm2/m. To znamená, že medená tyč s dĺžkou 1 m a plochou prierezu 1 mm2 bude mať odpor 0,0175 Ohm a tá istá tyč, ale vyrobená z hliníka, bude mať odpor 0,0271 Ohm. Ukazuje sa, že elektrická vodivosť medi je vyššia ako elektrická vodivosť hliníka. Každý kov má svoj vlastný odpor a odpor celého vodiča možno vypočítať pomocou vzorca

kde p je rezistivita kovu, l je dĺžka vodiča, s je plocha prierezu.

Hodnoty odporu sú uvedené v kovová tabuľka odporu(20°C)

Látka	p, Ohm * mm 2 / 2	a,10-3 1/K
hliník	0.0271
Volfrám	0.055
železo	0.098
Zlato	0.023
Mosadz	0.025-0.06
manganín	0.42-0.48	0,002-0,05
Meď	0.0175
nikel
Constantan	0.44-0.52	0.02
nichrom		0.15
Strieborná	0.016
Zinok	0.059

Okrem rezistivity tabuľka obsahuje hodnoty TCR, viac o tomto koeficiente o niečo neskôr.

Závislosť odporu od deformácií

Pri opracovaní kovov tlakom za studena dochádza k plastickej deformácii kovu. Počas plastickej deformácie sa kryštálová mriežka deformuje, počet defektov sa zväčšuje. S nárastom defektov kryštálovej mriežky sa zvyšuje odpor voči toku elektrónov cez vodič, preto sa zvyšuje odpor kovu. Napríklad drôt je vyrobený ťahaním, čo znamená, že kov podlieha plastickej deformácii, v dôsledku čoho sa zvyšuje odpor. V praxi sa na zníženie odolnosti používa rekryštalizačné žíhanie, ide o zložitý technologický proces, po ktorom sa kryštálová mriežka akoby „narovnáva“ a znižuje sa počet defektov, teda aj odolnosť kovu.

Pri natiahnutí alebo stlačení kov podlieha elastickej deformácii. Pri elastickej deformácii spôsobenej napínaním sa amplitúdy tepelných vibrácií uzlov kryštálovej mriežky zvyšujú, preto elektróny zažívajú veľké ťažkosti a v súvislosti s tým sa zvyšuje odpor. Pri elastickej deformácii spôsobenej kompresiou sa amplitúdy tepelných oscilácií uzlov znižujú, preto sa elektróny ľahšie pohybujú a merný odpor klesá.

Vplyv teploty na odpor

Ako sme už zistili vyššie, príčinou odporu v kove sú uzly kryštálovej mriežky a ich vibrácie. Takže so zvýšením teploty sa zvyšujú tepelné výkyvy uzlov, čo znamená, že sa zvyšuje aj odpor. Existuje taká hodnota ako teplotný koeficient odporu(TCS), ktorý ukazuje, o koľko sa odpor kovu zvyšuje alebo znižuje pri zahrievaní alebo ochladzovaní. Napríklad teplotný koeficient medi pri 20 stupňoch Celzia je 4.1 10 − 3 1/stupeň. To znamená, že keď sa napríklad medený drôt zahreje o 1 stupeň Celzia, jeho odpor sa zvýši o 4.1 · 10 − 3 Ohm. Odpor so zmenou teploty možno vypočítať podľa vzorca

kde r je rezistivita po zahriatí, r 0 je rezistivita pred zahriatím, a je teplotný koeficient odporu, t 2 je teplota pred zahriatím, t 1 je teplota po zahriatí.

Dosadením našich hodnôt dostaneme: r=0,0175*(1+0,0041*(154-20))=0,0271 Ohm*mm2/m. Ako vidíte, naša medená tyč s dĺžkou 1 m as plochou prierezu ​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​₂️ teplotu 20 stupňov Celzia.

Vlastnosť zmeny odporu s teplotou, používaná v odporových teplomeroch. Tieto prístroje dokážu merať teplotu na základe hodnôt odporu. Odporové teplomery majú vysokú presnosť merania, ale malé teplotné rozsahy.

V praxi vlastnosti vodičov bránia priechodu prúd sa používajú veľmi široko. Príkladom je žiarovka, kde sa vďaka vysokej odolnosti kovu, veľkej dĺžke a úzkemu prierezu zahrieva volfrámové vlákno. Alebo akékoľvek vykurovacie zariadenie, kde sa špirála zahrieva kvôli vysokému odporu. V elektrotechnike sa prvok, ktorého hlavnou vlastnosťou je odpor, nazýva - rezistor. Rezistor sa používa takmer v akomkoľvek elektrickom obvode.

Elektrický odpor je fyzikálna veličina, ktorá udáva, do akej miery môže materiál odolávať prechodu elektrického prúdu cez ňu. Niektorí ľudia si môžu túto charakteristiku pomýliť s obyčajným elektrickým odporom. Napriek podobnosti pojmov rozdiel medzi nimi spočíva v tom, že špecifikum sa vzťahuje na látky a druhý pojem sa vzťahuje výlučne na vodiče a závisí od materiálu ich výroby.

Recipročným účinkom tohto materiálu je elektrická vodivosť. Čím vyšší je tento parameter, tým lepšie prúd prechádza látkou. V súlade s tým, čím vyšší je odpor, tým väčšie straty sa očakávajú na výstupe.

Výpočtový vzorec a nameraná hodnota

Vzhľadom na to, v čom sa meria elektrický odpor, je tiež možné sledovať spojenie s nešpecifickým, pretože na označenie parametra sa používajú jednotky ohm m. Samotná hodnota je označená ako ρ. Pomocou tejto hodnoty je možné určiť odolnosť látky v konkrétnom prípade na základe jej veľkosti. Táto merná jednotka zodpovedá sústave SI, ale môžu existovať aj iné možnosti. V technológii môžete pravidelne vidieť zastarané označenie Ohm mm 2 / m. Na prevod z tohto systému na medzinárodný nebudete musieť používať zložité vzorce, pretože 1 ohm mm 2 /m sa rovná 10 -6 ohm m.

Vzorec elektrického odporu je nasledujúci:

R= (ρ l)/S, kde:

• R je odpor vodiča;
• Ρ je odpor materiálu;
• l je dĺžka vodiča;
• S je prierez vodiča.

Teplotná závislosť

Špecifický elektrický odpor závisí od teploty. Ale všetky skupiny látok sa pri jej zmene prejavujú inak. Toto je potrebné vziať do úvahy pri výpočte drôtov, ktoré budú fungovať za určitých podmienok. Napríklad na ulici, kde hodnoty teploty závisia od ročného obdobia, sú potrebné materiály menej náchylné na zmeny v rozsahu od -30 do +30 stupňov Celzia. Ak ho plánujete použiť v technike, ktorá bude fungovať za rovnakých podmienok, potom tu musíte tiež optimalizovať zapojenie pre konkrétne parametre. Materiál sa vždy vyberá s prihliadnutím na prevádzku.

V nominálnej tabuľke sa elektrický odpor berie pri teplote 0 stupňov Celzia. Nárast tohto parametra pri zahrievaní materiálu je spôsobený tým, že intenzita pohybu atómov v látke sa začína zvyšovať. Nosiče elektrických nábojov sa chaoticky rozptyľujú do všetkých strán, čo vedie k vytváraniu prekážok pri pohybe častíc. Veľkosť elektrického toku sa zníži.

Keď teplota klesá, aktuálne podmienky prúdenia sa zlepšujú. Po dosiahnutí určitej teploty, ktorá bude pre každý kov iná, sa objaví supravodivosť, pri ktorej predmetná charakteristika takmer dosiahne nulu.

Rozdiely v parametroch niekedy dosahujú veľmi veľké hodnoty. Ako izolanty možno použiť tie materiály, ktoré majú vysoký výkon. Pomáhajú chrániť elektroinštaláciu pred skratmi a neúmyselným ľudským kontaktom. Niektoré látky vo všeobecnosti nie sú použiteľné pre elektrotechniku, ak majú vysokú hodnotu tohto parametra. Iné vlastnosti to môžu rušiť. Napríklad elektrická vodivosť vody nebude mať pre túto sféru veľký význam. Tu sú hodnoty niektorých látok s vysokými rýchlosťami.

Materiály s vysokým odporom	ρ (ohm m)
Bakelit	10 16
benzén	10 15 ...10 16
Papier	10 15
Destilovaná voda	10 4
morská voda	0.3
drevo suché	10 12
Zem je mokrá	10 2
kremenné sklo	10 16
Petrolej	10 1 1
Mramor	10 8
Parafín	10 1 5
Parafínový olej	10 14
Plexisklo	10 13
Polystyrén	10 16
PVC	10 13
Polyetylén	10 12
silikónový olej	10 13
Sľuda	10 14
sklo	10 11
transformátorový olej	10 10
Porcelán	10 14
Bridlica	10 14
Ebonit	10 16
Amber	10 18

Látky s nízkymi sadzbami sa aktívnejšie používajú v elektrotechnike. Často sú to kovy, ktoré slúžia ako vodiče. Ukazujú tiež veľa rozdielov. Ak chcete zistiť elektrický odpor medi alebo iných materiálov, stojí za to pozrieť sa na referenčnú tabuľku.

Materiály s nízkym odporom	ρ (ohm m)
hliník	2,7 10 -8
Volfrám	5,5 10 -8
Grafit	8,0 10 -6
železo	1,010-7
Zlato	2,2 10 -8
Iridium	4,74 10-8
Constantan	5,0 10 -7
liatej ocele	1,3 10 -7
horčík	4,4 10 -8
manganín	4,3 10 -7
Meď	1,72 10-8
molybdén	5,4 10 -8
Niklové striebro	3,3 10 -7
nikel	8,7 10 -8
nichrom	1,12 10 -6
Cín	1,2 10-7
Platina	1,07 10 -7
Merkúr	9,6 10 -7
Viesť	2.08 10 -7
Strieborná	1,6 10 -8
Šedá liatina	1,010-6
uhlíkové kefky	4,0 10 -5
Zinok	5,9 10 -8
nikelín	0,4 10-6

Elektrický odpor špecifického objemu

Tento parameter charakterizuje schopnosť prechádzať prúdom cez objem látky. Na meranie je potrebné aplikovať napäťový potenciál z rôznych strán materiálu, z ktorého bude výrobok zahrnutý do elektrického obvodu. Je napájaný prúdom s menovitými parametrami. Po prejdení sa výstupné dáta merajú.

Použitie v elektrotechnike

Zmena parametra pri rôznych teplotách je široko používaná v elektrotechnike. Najjednoduchším príkladom je žiarovka, kde sa používa nichrómové vlákno. Po zahriatí začne svietiť. Keď ním prechádza prúd, začne sa zahrievať. So zvyšujúcim sa teplom sa zvyšuje aj odpor. V súlade s tým je počiatočný prúd, ktorý bol potrebný na získanie osvetlenia, obmedzený. Nichrómová cievka, využívajúca rovnaký princíp, sa môže stať regulátorom na rôznych zariadeniach.

Široké uplatnenie našli aj drahé kovy, ktoré majú vhodné vlastnosti pre elektrotechniku. Pre kritické obvody, ktoré vyžadujú rýchlosť, sú zvolené strieborné kontakty. Majú vysoké náklady, ale vzhľadom na relatívne malé množstvo materiálov je ich použitie celkom opodstatnené. Meď je vo vodivosti horšia ako striebro, ale má dostupnejšiu cenu, vďaka čomu sa častejšie používa na vytváranie drôtov.

V podmienkach, kde je možné použiť extrémne nízke teploty, sa používajú supravodiče. Pre izbovú teplotu a vonkajšie použitie nie sú vždy vhodné, pretože so stúpajúcou teplotou začne ich vodivosť klesať, takže hliník, meď a striebro zostávajú lídrami v takýchto podmienkach.

V praxi sa berie do úvahy veľa parametrov a tento je jeden z najdôležitejších. Všetky výpočty sa vykonávajú v štádiu projektovania, pre ktoré sa používajú referenčné materiály.

Ako už bolo uvedené, sila prúdu v obvode závisí nielen od napätia na koncoch sekcie, ale aj od vlastností vodiča zahrnutého v obvode. Závislosť sily prúdu od vlastností vodičov sa vysvetľuje tým, že rôzne vodiče majú rôzny elektrický odpor.

Elektrický odpor R je fyzikálna skalárna veličina, ktorá charakterizuje vlastnosť vodiča znižovať rýchlosť usporiadaného pohybu voľných nosičov náboja vo vodiči. Odpor sa označuje písmenom R. V SI je jednotkou odporu vodiča ohm (Ohm).

1 Ohm - odpor takého vodiča, ktorého prúdová sila je 1 A pri napätí 1 V na ňom.

Používajú sa aj ďalšie jednotky: kiloohm (kOhm), megaohm (MOhm), miliohm (mOhm): 1 kOhm \u003d 10 3 Ohm; 1 MΩ = 106 Ω; 1 mOhm = 10 -3 Ohm.

Fyzikálna veličina G, prevrátená hodnota odporu, sa nazýva elektrická vodivosť

Jednotkou elektrickej vodivosti v SI je Siemens: 1 cm je vodivosť vodiča s odporom 1 ohm.

Vodič obsahuje nielen voľné nabité častice - elektróny, ale aj neutrálne častice a viazané náboje. Všetky sa podieľajú na chaotickom tepelnom pohybe, rovnako pravdepodobnom v akomkoľvek smere. Keď je elektrické pole zapnuté, vplyvom elektrických síl prevládne riadený usporiadaný pohyb voľných nábojov, ktoré by sa mali pohybovať so zrýchlením a ich rýchlosť by sa mala časom zvyšovať. Vo vodičoch sa však voľné náboje pohybujú konštantnou priemernou rýchlosťou. Následne vodič odoláva usporiadanému pohybu voľných nábojov, časť energie tohto pohybu sa prenáša na vodič, v dôsledku čoho sa jeho vnútorná energia zvyšuje. Pohybom voľných nábojov sa deformuje aj ideálna kryštálová mriežka vodiča, energia usporiadaného pohybu voľných nábojov sa rozptýli na deformáciách kryštálovej štruktúry. Vodič odoláva toku elektrického prúdu.

Odolnosť vodiča závisí od materiálu, z ktorého je vyrobený, od dĺžky vodiča a od plochy prierezu. Ak chcete skontrolovať túto závislosť, môžete použiť rovnaký elektrický obvod ako na kontrolu Ohmovho zákona (obr. 2), vrátane v časti obvodu MN valcových vodičov rôznych veľkostí, vyrobených z rovnakého materiálu, ako aj z rôznych materiálov.

Výsledky experimentu ukázali, že odpor vodiča je priamo úmerný dĺžke l vodiča, nepriamo úmerný ploche S jeho prierezu a závisí od druhu látky, z ktorej je vodič vyrobený:

kde je rezistivita vodiča.

Skalárna fyzikálna veličina, ktorá sa číselne rovná odporu homogénneho valcového vodiča vyrobeného z danej látky s dĺžkou 1 m a plochou prierezu 1 m 2 alebo odporu kocky s hranou. 1 m Jednotkou odporu v SI je ohmmeter (Ohm m).

Špecifický odpor kovového vodiča závisí od

1. koncentrácia voľných elektrónov vo vodiči;
2. intenzita rozptylu voľných elektrónov na iónoch kryštálovej mriežky, ktoré vykonávajú tepelné vibrácie;
3. intenzita rozptylu voľných elektrónov na defektoch a nečistotách kryštálovej štruktúry.

Striebro a meď majú najnižší odpor. Špecifická odolnosť zliatiny niklu, železa, chrómu a mangánu - "nichróm" je veľmi vysoká. Odpor kovových kryštálov do značnej miery závisí od prítomnosti nečistôt v nich. Napríklad zavedenie 1% mangánovej nečistoty zvyšuje merný odpor medi o faktor tri.

Odpor kovov je mierou ich vlastností odolávať prechodu elektrického prúdu. Táto hodnota je vyjadrená v ohmmetroch (Ohm⋅m). Symbol odporu je grécke písmeno ρ (rho). Vysoký odpor znamená, že materiál nevedie dobre elektrický náboj.

Odpor

Elektrický odpor je definovaný ako pomer medzi silou elektrického poľa vo vnútri kovu a hustotou prúdu v ňom:

kde:
ρ je odpor kovu (Ohm⋅m),
E je intenzita elektrického poľa (V/m),
J je hodnota hustoty elektrického prúdu v kove (A/m2)

Ak je sila elektrického poľa (E) v kove veľmi veľká a prúdová hustota (J) je veľmi malá, znamená to, že kov má vysoký odpor.

Recipročná hodnota odporu je elektrická vodivosť, ktorá udáva, ako dobre materiál vedie elektrinu:

σ je vodivosť materiálu vyjadrená v siemens na meter (S/m).

Elektrický odpor

Elektrický odpor, jedna zo zložiek, sa vyjadruje v ohmoch (Ohm). Treba poznamenať, že elektrický odpor a rezistivita nie sú to isté. Odpor je vlastnosťou materiálu, zatiaľ čo elektrický odpor je vlastnosťou predmetu.

Elektrický odpor odporu je určený kombináciou tvaru a odporu materiálu, z ktorého je vyrobený.

Napríklad drôtový odpor vyrobený z dlhého a tenkého drôtu má väčší odpor ako odpor vyrobený z krátkeho a hrubého drôtu z rovnakého kovu.

Súčasne má drôtový odpor vyrobený z materiálu s vysokým odporom vyšší elektrický odpor ako odpor vyrobený z materiálu s nízkym odporom. A to všetko napriek tomu, že oba odpory sú vyrobené z drôtu rovnakej dĺžky a priemeru.

Ako ilustráciu môžeme nakresliť analógiu s hydraulickým systémom, kde sa voda čerpá potrubím.

• Čím dlhšia a tenšia je rúrka, tým väčšia bude odolnosť voči vode.
• Potrubie naplnené pieskom odolá vode viac ako potrubie bez piesku.

Odolnosť drôtu

Hodnota odporu drôtu závisí od troch parametrov: rezistivita kovu, dĺžka a priemer samotného drôtu. Vzorec na výpočet odporu drôtu:

Kde:
R - odpor vodiča (Ohm)
ρ - špecifický odpor kovu (Ohm.m)
L - dĺžka drôtu (m)
A - plocha prierezu drôtu (m2)

Ako príklad uvažujme nichromový drôtový odpor s odporom 1,10 × 10-6 ohm.m. Drôt má dĺžku 1500 mm a priemer 0,5 mm. Na základe týchto troch parametrov vypočítame odpor nichrómového drôtu:

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

Ako odporový materiál sa často používa nichróm a konštantán. Nižšie v tabuľke môžete vidieť odpor niektorých najčastejšie používaných kovov.

Povrchová odolnosť

Hodnota povrchového odporu sa vypočíta rovnakým spôsobom ako odpor drôtu. V tomto prípade môže byť plocha prierezu reprezentovaná ako súčin w at:

Pre niektoré materiály, ako sú tenké filmy, sa vzťah medzi merným odporom a hrúbkou filmu označuje ako odpor vrstvy RS:

kde RS sa meria v ohmoch. Pri tomto výpočte musí byť hrúbka filmu konštantná.

Výrobcovia rezistorov často vyrezávajú vo fólii stopy, aby zvýšili odpor, aby zvýšili cestu elektrického prúdu.

Vlastnosti odporových materiálov

Odpor kovu závisí od teploty. Ich hodnoty sú uvedené spravidla pre izbovú teplotu (20°C). Zmena odporu v dôsledku zmeny teploty je charakterizovaná teplotným koeficientom.

Napríklad v termistoroch (termistoroch) sa táto vlastnosť používa na meranie teploty. Na druhej strane v presnej elektronike je to dosť nežiaduci efekt.
Kovové filmové rezistory majú vynikajúcu tepelnú stabilitu. To je dosiahnuté nielen vďaka nízkemu odporu materiálu, ale aj vďaka mechanickému prevedeniu samotného odporu.

Pri výrobe rezistorov sa používa veľa rôznych materiálov a zliatin. Nichróm (zliatina niklu a chrómu) sa vďaka svojmu vysokému odporu a odolnosti voči oxidácii pri vysokých teplotách často používa ako materiál na výrobu drôtových rezistorov. Jeho nevýhodou je, že sa nedá nadpájať. Constantan, ďalší populárny materiál, sa ľahko spájkuje a má nižší teplotný koeficient.

Každá látka je schopná viesť prúd v inej miere, túto hodnotu ovplyvňuje odpor materiálu. Špecifická odolnosť medi, hliníka, ocele a akéhokoľvek iného prvku sa označuje písmenom gréckej abecedy ρ. Táto hodnota nezávisí od takých charakteristík vodiča, ako sú rozmery, tvar a fyzický stav, pričom bežný elektrický odpor tieto parametre zohľadňuje. Odpor sa meria v ohmoch vynásobený mm² a delený metrom.

Kategórie a ich popis

Akýkoľvek materiál je schopný vykazovať dva typy odporu v závislosti od elektriny, ktorá je do neho dodávaná. Prúd je premenlivý alebo konštantný, čo výrazne ovplyvňuje technickú výkonnosť látky. Takže existujú také odpory:

1. Ohmic. Objavuje sa pod vplyvom jednosmerného prúdu. Charakterizuje trenie, ktoré vzniká pohybom elektricky nabitých častíc vo vodiči.
2. Aktívne. Je určený rovnakým princípom, ale je už vytvorený pod vplyvom striedavého prúdu.

V tejto súvislosti existujú aj dve definície konkrétnej hodnoty. Pre jednosmerný prúd sa rovná odporu, ktorý poskytuje jednotková dĺžka vodivého materiálu s jednotkovou pevnou plochou prierezu. Potenciálne elektrické pole ovplyvňuje všetky vodiče, ako aj polovodiče a roztoky schopné viesť ióny. Táto hodnota určuje vodivé vlastnosti samotného materiálu. Tvar vodiča a jeho rozmery sa neberú do úvahy, takže ho možno nazvať základným v elektrotechnike a materiálovej vede.

Pod podmienkou prechodu striedavého prúdu sa špecifická hodnota vypočíta s prihliadnutím na hrúbku vodivého materiálu. Tu je už ovplyvnený nielen potenciál, ale aj vírivý prúd, navyše sa berie do úvahy frekvencia elektrických polí. Špecifický odpor tohto typu je väčší ako pri jednosmernom prúde, pretože tu sa berie do úvahy kladná hodnota odporu voči vírovému poľu. Táto hodnota tiež závisí od tvaru a veľkosti samotného vodiča. Práve tieto parametre určujú charakter vírivého pohybu nabitých častíc.

Striedavý prúd spôsobuje vo vodičoch určité elektromagnetické javy. Sú veľmi dôležité pre elektrické vlastnosti vodivého materiálu:

1. Kožný efekt je charakterizovaný zoslabovaním elektromagnetického poľa tým viac, čím viac preniká do média vodiča. Tento jav sa nazýva aj povrchový efekt.
2. Efekt blízkosti znižuje hustotu prúdu v dôsledku blízkosti susedných vodičov a ich vplyvu.

Tieto efekty sú veľmi dôležité pri výpočte optimálnej hrúbky vodiča, keďže pri použití drôtu, ktorého polomer je väčší ako hĺbka prieniku prúdu do materiálu, zostane zvyšok jeho hmoty nevyužitý, a preto bude tento prístup neefektívny. V súlade s vykonanými výpočtami bude efektívny priemer vodivého materiálu v niektorých situáciách takýto:

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

Vzhľadom na to sa pre vysokofrekvenčné prúdy aktívne používajú ploché viacžilové káble pozostávajúce z mnohých tenkých drôtov.

Charakteristika kovov

Špecifické ukazovatele kovových vodičov sú obsiahnuté v špeciálnych tabuľkách. Na základe týchto údajov je možné vykonať potrebné ďalšie výpočty. Príklad takejto tabuľky odporu je možné vidieť na obrázku.

Tabuľka ukazuje, že striebro má najvyššiu vodivosť – je ideálnym vodičom spomedzi všetkých existujúcich kovov a zliatin. Ak vypočítate, koľko drôtu z tohto materiálu je potrebné na získanie odporu 1 Ohm, potom vyjde 62,5 m. Železné drôty na rovnakú hodnotu budú potrebovať až 7,7 m.

Bez ohľadu na to, aké úžasné vlastnosti má striebro, je to príliš drahý materiál pre masové použitie v elektrických sieťach, preto meď našla široké uplatnenie v každodennom živote a priemysle. Z hľadiska špecifického indexu je na druhom mieste za striebrom a z hľadiska rozšírenosti a jednoduchosti ťažby je na tom oveľa lepšie. Meď má ďalšie výhody, ktoré z nej urobili najbežnejší vodič. Tie obsahujú:

Na použitie v elektrotechnike sa používa rafinovaná meď, ktorá po tavení zo sulfidovej rudy prechádza procesom praženia a fúkania a potom sa nevyhnutne podrobí elektrolytickému čisteniu. Po takomto spracovaní je možné získať materiál veľmi vysokej kvality (triedy M1 a M0), ktorý bude obsahovať od 0,1 do 0,05 % nečistôt. Dôležitou nuansou je prítomnosť kyslíka v extrémne malých množstvách, pretože negatívne ovplyvňuje mechanické vlastnosti medi.

Často sa tento kov nahrádza lacnejšími materiálmi - hliníkom a železom, ako aj rôznymi bronzmi (zliatiny s kremíkom, berýliom, horčíkom, cínom, kadmiom, chrómom a fosforom). Takéto kompozície majú vyššiu pevnosť v porovnaní s čistou meďou, hoci nižšiu vodivosť.

Výhody hliníka

Hliník má síce väčšiu odolnosť a je krehkejší, no jeho rozšírenosť je spôsobená tým, že nie je taký vzácny ako meď, a preto je lacnejší. Špecifický odpor hliníka je 0,028 a jeho nízka hustota ho robí 3,5-krát ľahším ako meď.

Na elektrické práce sa používa čistený hliník triedy A1, ktorý neobsahuje viac ako 0,5 % nečistôt. Vyššia trieda AB00 sa používa na výrobu elektrolytických kondenzátorov, elektród a hliníkovej fólie. Obsah nečistôt v tomto hliníku nie je väčší ako 0,03%. Existuje aj čistý kov AB0000 vrátane najviac 0,004 % prísad. Nečistoty samotné sú tiež dôležité: nikel, kremík a zinok mierne ovplyvňujú vodivosť hliníka a obsah medi, striebra a horčíka v tomto kove dáva viditeľný efekt. Tálium a mangán najviac znižujú vodivosť.

Hliník má dobré antikorózne vlastnosti. Pri kontakte so vzduchom je pokrytý tenkým filmom oxidu, ktorý ho chráni pred ďalšou deštrukciou. Na zlepšenie mechanických vlastností je kov legovaný inými prvkami.

Ukazovatele ocele a železa

Špecifický odpor železa v porovnaní s meďou a hliníkom má veľmi vysoké miery, avšak vďaka dostupnosti, pevnosti a odolnosti voči deformácii je materiál široko používaný v elektrotechnickej výrobe.

Hoci železo a oceľ, ktorých merný odpor je ešte vyšší, majú značné nevýhody, výrobcovia materiálu vodičov našli spôsoby, ako ich kompenzovať. Nízka odolnosť proti korózii sa prekoná najmä potiahnutím oceľového drôtu zinkom alebo meďou.

Vlastnosti sodíka

Kovový sodík je tiež veľmi sľubný vo vodivom priemysle. Pokiaľ ide o odolnosť, výrazne prevyšuje meď, ale má hustotu 9-krát menšiu ako jej hustota. To umožňuje použitie materiálu pri výrobe ultraľahkých drôtov.

Sodíkový kov je veľmi mäkký a úplne nestabilný voči akémukoľvek druhu deformačných účinkov, čo sťažuje jeho použitie - drôt z tohto kovu musí byť obalený veľmi pevným plášťom s extrémne malou pružnosťou. Škrupina musí byť utesnená, pretože sodík vykazuje silnú chemickú aktivitu v najneutrálnejších podmienkach. Okamžite oxiduje na vzduchu a vykazuje prudkú reakciu s vodou, vrátane vzduchu.

Ďalšou výhodou používania sodíka je jeho dostupnosť. Dá sa získať v procese elektrolýzy roztaveného chloridu sodného, ​​ktorého je na svete neobmedzené množstvo. Ostatné kovy v tomto smere jednoznačne strácajú.

Na výpočet výkonu konkrétneho vodiča je potrebné rozdeliť súčin konkrétneho čísla a dĺžky drôtu jeho prierezovou plochou. Výsledkom je hodnota odporu v ohmoch. Ak chcete napríklad určiť, aký je odpor 200 m železného drôtu s menovitým prierezom 5 mm², musíte vynásobiť 0,13 číslom 200 a výsledok vydeliť 5. Odpoveď je 5,2 ohmov.

Pravidlá a vlastnosti výpočtu

Mikroohmmetre sa používajú na meranie odporu kovových médií. Dnes sa vyrábajú v digitálnej podobe, takže merania s ich pomocou sú presné. Dá sa to vysvetliť skutočnosťou, že kovy majú vysokú úroveň vodivosti a majú extrémne nízky odpor. Napríklad dolný prah meracích prístrojov je 10 -7 ohmov.

Pomocou mikroohmmetrov môžete rýchlo určiť, aký dobrý je kontakt a aký odpor vykazujú vinutia generátorov, elektromotorov a transformátorov, ako aj prípojníc. Je možné vypočítať prítomnosť iných kovových inklúzií v ingote. Napríklad kus volfrámu potiahnutý zlatom vykazuje polovičnú vodivosť ako celozlatý kus. Rovnakým spôsobom je možné určiť vnútorné chyby a dutiny vo vodiči.

Vzorec odporu je nasledujúci: ρ \u003d Ohm mm 2 / m. Slovami sa to dá opísať ako odpor 1 metra vodiča s plochou prierezu 1 mm². Predpokladá sa, že teplota je štandardná - 20 ° C.

Vplyv teploty na meranie

Ohrev alebo chladenie niektorých vodičov má významný vplyv na výkon meracích prístrojov. Ako príklad možno uviesť nasledujúci experiment: k batérii je potrebné pripojiť špirálovo vinutý drôt a do obvodu zapojiť ampérmeter.

Čím viac sa vodič zahrieva, tým nižšie sú hodnoty zariadenia. Sila prúdu je nepriamo úmerná odporu. Preto môžeme konštatovať, že v dôsledku zahrievania sa vodivosť kovu znižuje. Vo väčšej či menšej miere sa takto správajú všetky kovy, ale u niektorých zliatin prakticky nedochádza k zmene vodivosti.

Najmä kvapalné vodiče a niektoré pevné nekovy majú tendenciu znižovať svoj odpor so zvyšujúcou sa teplotou. Vedci však túto schopnosť kovov premenili vo svoj prospech. Poznaním teplotného koeficientu odporu (α) pri ohreve niektorých materiálov je možné určiť vonkajšiu teplotu. Napríklad platinový drôt umiestnený na sľudovom ráme sa umiestni do pece, po ktorej sa vykoná meranie odporu. V závislosti od toho, ako veľmi sa zmenil, sa urobí záver o teplote v peci. Tento dizajn sa nazýva odporový teplomer.

Ak pri teplote t 0 odpor vodiča je r 0 a pri teplote t rovná sa rt, potom sa teplotný koeficient odporu rovná

Tento vzorec je možné vypočítať len v rámci určitého teplotného rozsahu (približne do 200 °C).