Tungsten resistivitet. Elektrisk motstand og ledningsevne

Mange har hørt om Ohms lov, men ikke alle vet hva den er. Studiet starter med et skolefysikkkurs. De undervises mer detaljert ved Fakultet for fysikk og elektrodynamikk. Denne kunnskapen er neppe nyttig for den gjennomsnittlige personen, men den er nødvendig for generell utvikling, og for andre, for et fremtidig yrke. På den annen side vil grunnleggende kunnskap om elektrisitet, dens struktur og funksjoner hjemme hjelpe deg med å beskytte deg mot skade. Det er ikke for ingenting at Ohms lov kalles den grunnleggende loven om elektrisitet. En husmann må ha kunnskap innen elektrisitet for å forhindre overspenning, som kan føre til økt belastning og brann.

Konsept av elektrisk motstand

Forholdet mellom de grunnleggende fysiske størrelsene til en elektrisk krets - motstand, spenning, strømstyrke - ble oppdaget av den tyske fysikeren Georg Simon Ohm.

Den elektriske motstanden til en leder er en verdi som karakteriserer dens motstand mot elektrisk strøm. Med andre ord, noen av elektronene under påvirkning av elektrisk strøm på lederen forlater sin plass i krystallgitteret og blir rettet mot den positive polen til lederen. Noen elektroner forblir i gitteret og fortsetter å rotere rundt kjerneatomet. Disse elektronene og atomene danner elektrisk motstand som hindrer bevegelse av frigjorte partikler.

Ovennevnte prosess gjelder for alle metaller, men motstanden oppstår forskjellig i dem. Dette skyldes forskjellen i størrelse, form og materiale som lederen er laget av. Følgelig har dimensjonene til krystallgitteret forskjellige former for forskjellige materialer, derfor er den elektriske motstanden mot strømbevegelsen gjennom dem ikke den samme.

Fra dette konseptet følger definisjonen av resistiviteten til et stoff, som er en individuell indikator for hvert metall separat. Elektrisk resistivitet (SER) er en fysisk størrelse, betegnet med den greske bokstaven ρ, og karakterisert ved et metalls evne til å hindre passasje av elektrisitet gjennom det.

Kobber er hovedmaterialet for ledere

Resistiviteten til et stoff beregnes ved hjelp av formelen, der en av de viktige indikatorene er temperaturkoeffisienten for elektrisk motstand. Tabellen inneholder resistivitetsverdiene til tre kjente metaller i temperaturområdet fra 0 til 100°C.

Hvis vi tar resistiviteten til jern, som et av de tilgjengelige materialene, lik 0,1 Ohm, vil du trenge 10 meter for 1 Ohm. Sølv har den laveste elektriske motstanden; for sin verdi på 1 ohm vil den være 66,7 meter. En betydelig forskjell, men sølv er et dyrt metall som ikke er praktisk å bruke overalt. Den nest beste indikatoren er kobber, hvor det kreves 57,14 meter per 1 ohm. På grunn av tilgjengeligheten og kostnadene sammenlignet med sølv, er kobber et av de populære materialene for bruk i elektriske nettverk. Den lave resistiviteten til kobbertråd eller motstanden til kobbertråd gjør det mulig å bruke kobberleder i mange grener av vitenskap, teknologi, så vel som til industrielle og husholdningsformål.

Resistivitetsverdi

Resistivitetsverdien er ikke konstant den varierer avhengig av følgende faktorer:

• Størrelse. Jo større diameter lederen har, jo flere elektroner slipper den gjennom seg selv. Derfor, jo mindre størrelsen er, desto større er resistiviteten.
• Lengde. Elektroner passerer gjennom atomer, så jo lengre ledningen er, jo flere elektroner må reise gjennom dem. Når du gjør beregninger, er det nødvendig å ta hensyn til lengden og størrelsen på ledningen, fordi jo lengre eller tynnere ledningen er, desto større er motstanden og omvendt. Unnlatelse av å beregne belastningen på utstyret som brukes kan føre til overoppheting av ledningen og brann.
• Temperatur. Det er kjent at temperatur har stor innflytelse på oppførselen til stoffer på forskjellige måter. Metall, som ingenting annet, endrer egenskapene ved forskjellige temperaturer. Resistiviteten til kobber avhenger direkte av temperaturkoeffisienten for motstand av kobber og øker ved oppvarming.
• Korrosjon. Dannelsen av korrosjon øker belastningen betydelig. Dette skjer på grunn av miljøpåvirkninger, fuktighet, salt, smuss, etc. manifestasjoner. Det anbefales å isolere og beskytte alle koblinger, terminaler, vridninger, installere beskyttelse for utstyr som er plassert på gaten, og umiddelbart erstatte skadede ledninger, komponenter og sammenstillinger.

Motstandsberegning

Beregninger gjøres når man designer gjenstander for ulike formål og bruksområder, fordi alles livsstøtte er levert av elektrisitet. Alt er tatt i betraktning, fra lysarmaturer til teknisk komplekst utstyr. Hjemme vil det også være nyttig å gjøre en beregning, spesielt hvis det er planlagt å erstatte de elektriske ledningene. For privat boligbygging er det nødvendig å beregne belastningen, ellers kan den "provisoriske" monteringen av elektriske ledninger føre til brann.

Hensikten med beregningen er å bestemme den totale motstanden til lederne til alle enheter som brukes, under hensyntagen til deres tekniske parametere. Det beregnes ved hjelp av formelen R=p*l/S, hvor:

R – beregnet resultat;

p – resistivitetsindikator fra tabellen;

l - lengden på ledningen (leder);

S – snittdiameter.

Enheter

I International System of Units of Physical Quantities (SI) måles elektrisk motstand i Ohm (Ohm). Måleenheten for resistivitet i henhold til SI-systemet er lik resistiviteten til et stoff der en leder laget av ett materiale 1 m langt med et tverrsnitt på 1 kvm. m har en motstand på 1 Ohm. Bruken av 1 ohm/m for forskjellige metaller er tydelig vist i tabellen.

Betydningen av resistivitet

Forholdet mellom resistivitet og konduktivitet kan betraktes som gjensidige størrelser. Jo høyere indikatoren for en leder er, jo lavere indikator for den andre og omvendt. Derfor, når man beregner elektrisk ledningsevne, brukes beregningen 1/r, fordi inversen av X er 1/X og omvendt. Den spesifikke indikatoren er merket med bokstaven g.

Fordeler med elektrolytisk kobber

Kobber er ikke begrenset til sin lave resistivitetsindeks (etter sølv) som en fordel. Den har egenskaper som er unike i sine egenskaper, nemlig plastisitet og høy formbarhet. Takket være disse egenskapene produseres elektrolytisk kobber med høy renhetsgrad for produksjon av kabler som brukes i elektriske apparater, datautstyr, elektroindustrien og bilindustrien.

Avhengighet av motstandsindeks på temperatur

Temperaturkoeffisienten er en verdi som er lik endringen i spenningen til en del av kretsen og resistiviteten til metallet som følge av endringer i temperaturen. De fleste metaller har en tendens til å øke resistiviteten med økende temperatur på grunn av termiske vibrasjoner i krystallgitteret. Temperaturkoeffisienten for motstand av kobber påvirker motstanden til kobbertråd og ved temperaturer fra 0 til 100°C er 4,1 10− 3(1/Kelvin). For sølv er denne indikatoren under samme forhold 3,8, og for jern er den 6,0. Dette beviser nok en gang effektiviteten av å bruke kobber som leder.

Et av de mest populære metallene i industrien er kobber. Det er mest brukt innen elektrisk og elektronikk. Oftest brukes det til fremstilling av viklinger for elektriske motorer og transformatorer. Hovedårsaken til å bruke dette spesielle materialet er at kobber har den laveste elektriske resistiviteten av noe materiale som er tilgjengelig for øyeblikket. Inntil et nytt materiale med en lavere verdi av denne indikatoren vises, kan vi med sikkerhet si at det ikke vil være noen erstatning for kobber.

Generelle egenskaper av kobber

Når vi snakker om kobber, må det sies at ved begynnelsen av den elektriske epoken begynte det å bli brukt i produksjon av elektrisk utstyr. Den begynte å bli brukt i stor grad på grunn av de unike egenskapene denne legeringen har. I seg selv er det et materiale preget av høye egenskaper når det gjelder duktilitet og god formbarhet.

Sammen med den termiske ledningsevnen til kobber er en av dets viktigste fordeler dens høye elektriske ledningsevne. Det er på grunn av denne egenskapen at kobber og har blitt utbredt i kraftverk, der den fungerer som en universell leder. Det mest verdifulle materialet er elektrolytisk kobber, som har en høy renhetsgrad på 99,95%. Takket være dette materialet blir det mulig å produsere kabler.

Fordeler med å bruke elektrolytisk kobber

Bruken av elektrolytisk kobber lar deg oppnå følgende:

• Sørg for høy elektrisk ledningsevne;
• Oppnå utmerket stylingevne;
• Gir høy grad av plastisitet.

Bruksområder

Kabelprodukter laget av elektrolytisk kobber er mye brukt i ulike bransjer. Oftest brukes det på følgende områder:

• elektrisk industri;
• elektriske apparater;
• bilindustrien;
• produksjon av datautstyr.

Hva er resistiviteten?

For å forstå hva kobber er og dets egenskaper, er det nødvendig å forstå hovedparameteren til dette metallet - resistivitet. Det bør være kjent og brukt når du utfører beregninger.

Resistivitet forstås vanligvis som en fysisk størrelse, som er karakterisert som et metalls evne til å lede elektrisk strøm.

Det er også nødvendig å kjenne denne verdien for å kunne beregne elektrisk motstand korrekt dirigent. Når de gjør beregninger, blir de også styrt av dens geometriske dimensjoner. Når du utfører beregninger, bruk følgende formel:

Denne formelen er kjent for mange. Ved å bruke den kan du enkelt beregne motstanden til en kobberkabel, og fokusere bare på egenskapene til det elektriske nettverket. Den lar deg beregne kraften som brukes ineffektivt på oppvarming av kabelkjernen. I tillegg, en lignende formel lar deg beregne motstand hvilken som helst kabel. Det spiller ingen rolle hvilket materiale som ble brukt til å lage kabelen - kobber, aluminium eller en annen legering.

En parameter som elektrisk resistivitet måles i Ohm*mm2/m. Denne indikatoren for kobberledninger lagt i en leilighet er 0,0175 Ohm*mm2/m. Hvis du prøver å se etter et alternativ til kobber - et materiale som kan brukes i stedet, da bare sølv kan betraktes som den eneste passende, hvis resistivitet er 0,016 Ohm*mm2/m. Men når du velger et materiale, er det nødvendig å være oppmerksom ikke bare på resistivitet, men også til å reversere ledningsevne. Denne verdien måles i Siemens (Cm).

Siemens = 1/ Ohm.

For kobber uansett vekt er denne sammensetningsparameteren 58 100 000 S/m. Når det gjelder sølv, er dens omvendte ledningsevne 62 500 000 S/m.

I vår verden av høyteknologi, når hvert hjem har et stort antall elektriske enheter og installasjoner, er viktigheten av et materiale som kobber rett og slett uvurderlig. Dette materiale som brukes til å lage ledninger, uten noe rom kan klare seg. Hvis kobber ikke fantes, ville mennesket måtte bruke ledninger laget av andre tilgjengelige materialer, for eksempel aluminium. Men i dette tilfellet må man møte ett problem. Saken er at dette materialet har en mye lavere ledningsevne enn kobberledere.

Resistivitet

Bruk av materialer med lav elektrisk og termisk ledningsevne uansett vekt fører til store tap av elektrisitet. EN dette påvirker strømtapet på utstyret som brukes. De fleste eksperter kaller kobber som hovedmaterialet for å lage isolerte ledninger. Det er hovedmaterialet som individuelle elementer av utstyr drevet av elektrisk strøm er laget av.

• Tavler installert i datamaskiner er utstyrt med etsede kobberspor.
• Kobber brukes også til å lage et bredt utvalg av komponenter som brukes i elektroniske enheter.
• I transformatorer og elektriske motorer er det representert av en vikling, som er laget av dette materialet.

Det er ingen tvil om at utvidelsen av anvendelsesområdet for dette materialet vil skje med den videre utviklingen av teknologisk fremgang. Selv om det finnes andre materialer enn kobber, bruker designere fortsatt kobber når de lager utstyr og ulike installasjoner. Hovedårsaken til etterspørselen etter dette materialet er med god elektrisk og termisk ledningsevne dette metallet, som det gir ved romtemperatur.

Temperaturkoeffisient for motstand

Alle metaller med en hvilken som helst termisk ledningsevne har egenskapen til å redusere ledningsevnen med økende temperatur. Når temperaturen synker, øker konduktiviteten. Eksperter kaller egenskapen til å redusere motstand med synkende temperatur spesielt interessant. Faktisk, i dette tilfellet, når temperaturen i rommet synker til en viss verdi, lederen kan miste elektrisk motstand og den vil flytte inn i klassen superledere.

For å bestemme motstandsverdien til en bestemt leder med en viss vekt ved romtemperatur, er det en kritisk motstandskoeffisient. Det er en verdi som viser endringen i motstanden til en del av en krets når temperaturen endres med en Kelvin. For å beregne den elektriske motstanden til en kobberleder i en viss tidsperiode, bruk følgende formel:

ΔR = α*R*ΔT, hvor α er temperaturkoeffisienten for elektrisk motstand.

Konklusjon

Kobber er et materiale som er mye brukt i elektronikk. Det brukes ikke bare i viklinger og kretser, men også som et metall for fremstilling av kabelprodukter. For at maskiner og utstyr skal fungere effektivt, er det nødvendig beregne resistiviteten til ledningene riktig, lagt i leiligheten. Det er en viss formel for dette. Når du vet det, kan du gjøre en beregning som lar deg finne ut den optimale størrelsen på kabeltverrsnittet. I dette tilfellet er det mulig å unngå tap av utstyrskraft og sikre effektiv bruk.

Elektrisk motstand, uttrykt i ohm, er forskjellig fra begrepet resistivitet. For å forstå hva resistivitet er, må vi relatere det til materialets fysiske egenskaper.

Om ledningsevne og resistivitet

Strømmen av elektroner beveger seg ikke uhindret gjennom materialet. Ved konstant temperatur svinger elementærpartikler rundt en hviletilstand. I tillegg forstyrrer elektroner i ledningsbåndet hverandre gjennom gjensidig frastøting på grunn av lignende ladning. Slik oppstår motstand.

Konduktivitet er en iboende egenskap ved materialer og kvantifiserer hvor lett ladninger kan bevege seg når et stoff utsettes for et elektrisk felt. Resistivitet er den gjensidige av materialet og beskriver vanskelighetsgraden elektroner møter når de beveger seg gjennom et materiale, og gir en indikasjon på hvor god eller dårlig en leder er.

Viktig! En elektrisk resistivitet med høy verdi indikerer at materialet er en dårlig leder, mens en resistivitet med lav verdi indikerer en god leder.

Spesifikk konduktivitet er angitt med bokstaven σ og beregnes med formelen:

Resistivitet ρ, som en invers indikator, kan finnes som følger:

I dette uttrykket er E intensiteten til det genererte elektriske feltet (V/m), og J er den elektriske strømtettheten (A/m²). Da vil måleenheten ρ være:

V/m x m²/A = ohm m.

For konduktivitet σ er enheten den måles i S/m eller Siemens per meter.

Typer materialer

I henhold til resistiviteten til materialer kan de klassifiseres i flere typer:

1. Konduktører. Disse inkluderer alle metaller, legeringer, løsninger dissosiert til ioner, samt termisk eksiterte gasser, inkludert plasma. Blant ikke-metaller kan grafitt nevnes som eksempel;
2. Halvledere, som faktisk er ikke-ledende materialer, hvis krystallgitter er målrettet dopet med inkludering av fremmede atomer med et større eller mindre antall bundne elektroner. Som et resultat dannes det kvasi-frie overflødige elektroner eller hull i gitterstrukturen, som bidrar til strømmens ledningsevne;
3. Dielektriske eller dissosierte isolatorer er alle materialer som under normale forhold ikke har frie elektroner.

For transport av elektrisk energi eller i elektriske installasjoner til husholdnings- og industriformål er et ofte brukt materiale kobber i form av en- eller flerkjernekabler. Et alternativt metall er aluminium, selv om resistiviteten til kobber er 60 % av den til aluminium. Men det er mye lettere enn kobber, som forhåndsbestemt bruken i høyspentledninger. Gull brukes som leder i spesielle elektriske kretser.

Interessant. Den elektriske ledningsevnen til rent kobber ble vedtatt av International Electrotechnical Commission i 1913 som standard for denne verdien. Per definisjon er ledningsevnen til kobber målt ved 20° 0,58108 S/m. Denne verdien kalles 100 % LACS, og ledningsevnen til de gjenværende materialene uttrykkes som en viss prosentandel av LACS.

De fleste metaller har en konduktivitetsverdi mindre enn 100 % LACS. Det finnes imidlertid unntak, som sølv eller spesialkobber med svært høy ledningsevne, betegnet henholdsvis C-103 og C-110.

Dielektriske stoffer leder ikke elektrisitet og brukes som isolatorer. Eksempler på isolatorer:

• glass,
• keramikk,
• plast,
• gummi,
• glimmer,
• voks,
• papir,
• tørt tre,
• porselen,
• noe fett til industriell og elektrisk bruk og bakelitt.

Mellom de tre gruppene er overgangene flytende. Det er kjent med sikkerhet: det finnes ingen absolutt ikke-ledende medier og materialer. For eksempel er luft en isolator ved romtemperatur, men når den utsettes for et sterkt lavfrekvent signal, kan det bli en leder.

Bestemmelse av ledningsevne

Når man sammenligner den elektriske resistiviteten til forskjellige stoffer, kreves standardiserte måleforhold:

1. Ved væsker, dårlige ledere og isolatorer brukes kubikkprøver med en kantlengde på 10 mm;
2. Resistivitetsverdiene til jordsmonn og geologiske formasjoner bestemmes på terninger med en lengde på hver kant på 1 m;
3. Konduktiviteten til en løsning avhenger av konsentrasjonen av dens ioner. En konsentrert løsning er mindre dissosiert og har færre ladningsbærere, noe som reduserer ledningsevnen. Når fortynningen øker, øker antallet ionepar. Konsentrasjonen av løsninger er satt til 10 %;
4. For å bestemme resistiviteten til metallledere, brukes ledninger på en meter lengde og et tverrsnitt på 1 mm².

Hvis et materiale, for eksempel et metall, kan gi frie elektroner, vil en elektrisk strøm flyte gjennom ledningen når en potensialforskjell påføres. Når spenningen øker, beveger flere elektroner seg gjennom stoffet inn i tidsenheten. Hvis alle tilleggsparametre (temperatur, tverrsnittsareal, lengde og trådmateriale) er uendret, da er forholdet mellom strøm og påført spenning også konstant og kalles konduktivitet:

Følgelig vil den elektriske motstanden være:

Resultatet er i ohm.

I sin tur kan lederen ha forskjellige lengder, tverrsnittsstørrelser og laget av forskjellige materialer, noe som bestemmer verdien av R. Matematisk ser dette forholdet slik ut:

Materialfaktoren tar hensyn til koeffisienten ρ.

Fra dette kan vi utlede formelen for resistivitet:

Hvis verdiene til S og l samsvarer med de gitte betingelsene for den komparative beregningen av resistivitet, dvs. 1 mm² og 1 m, så er ρ = R. Når dimensjonene til lederen endres, endres også antall ohm.

Elektrisk motstand er hovedkarakteristikken til ledermaterialer. Avhengig av lederens bruksområde, kan verdien av motstanden spille både en positiv og negativ rolle i funksjonen til det elektriske systemet. Også den spesifikke anvendelsen av lederen kan nødvendiggjøre å ta hensyn til ytterligere egenskaper, hvis påvirkning i et bestemt tilfelle ikke kan neglisjeres.

Ledere er rene metaller og deres legeringer. I et metall har atomer festet i en enkelt "sterk" struktur frie elektroner (den såkalte "elektrongassen"). Det er disse partiklene som i dette tilfellet er ladningsbærerne. Elektroner er i konstant, tilfeldig bevegelse fra ett atom til et annet. Når et elektrisk felt vises (kobler en spenningskilde til endene av metallet), blir bevegelsen av elektroner i lederen ordnet. Bevegelige elektroner møter hindringer på deres vei forårsaket av særegenhetene til lederens molekylære struktur. Når de kolliderer med en struktur, mister ladningsbærere energien, og gir den til lederen (varmer den). Jo flere hindringer en ledende struktur skaper for å lade bærere, jo høyere motstand.

Når tverrsnittet av den ledende strukturen øker for ett antall elektroner, vil "overføringskanalen" bli bredere og motstanden vil avta. Følgelig, når lengden på ledningen øker, vil det være flere slike hindringer og motstanden vil øke.

Dermed inkluderer den grunnleggende formelen for beregning av motstand lengden på ledningen, tverrsnittsarealet og en viss koeffisient som relaterer disse dimensjonale egenskapene til de elektriske verdiene av spenning og strøm (1). Denne koeffisienten kalles resistivitet.
R= r*L/S (1)

Resistivitet

Resistiviteten er uendret og er en egenskap til stoffet som lederen er laget av. Måleenheter r - ohm*m. Ofte er resistivitetsverdien gitt i ohm*mm sq./m. Dette skyldes det faktum at tverrsnittsarealet til de mest brukte kablene er relativt lite og måles i mm2. La oss gi et enkelt eksempel.

Oppgave nr. 1. Kobbertrådlengde L = 20 m, tverrsnitt S = 1,5 mm. sq. Beregn ledningens motstand.
Løsning: resistivitet til kobbertråd r = 0,018 ohm*mm. kvm/m. Ved å erstatte verdiene i formel (1) får vi R=0,24 ohm.
Når du beregner motstanden til kraftsystemet, må motstanden til en ledning multipliseres med antall ledninger.
Hvis du i stedet for kobber bruker aluminium med høyere resistivitet (r = 0,028 ohm * mm sq. / m), vil motstanden til ledningene øke tilsvarende. For eksempelet ovenfor vil motstanden være R = 0,373 ohm (55 % mer). Kobber og aluminium er hovedmaterialene for ledninger. Det finnes metaller med lavere resistivitet enn kobber, for eksempel sølv. Imidlertid er bruken begrenset på grunn av den åpenbare høye kostnaden. Tabellen nedenfor viser motstanden og andre grunnleggende egenskaper til ledermaterialer.
Tabell - hovedegenskaper til ledere

Varmetap av ledninger

Hvis en belastning på 2,2 kW er koblet til et enfaset 220 V-nettverk ved hjelp av kabelen fra eksemplet ovenfor, vil strøm I = P / U eller I = 2200/220 = 10 A strømme gjennom ledningen beregne effekttap i lederen:
Ppr=(I^2)*R (2)
Eksempel nr. 2. Beregn aktive tap ved overføring av effekt på 2,2 kW i et nett med en spenning på 220 V for nevnte ledning.
Løsning: erstatter verdiene for strøm og motstand til ledningene i formel (2), får vi Ppr=(10^2)*(2*0,24)=48 W.
Således, når du overfører energi fra nettverket til lasten, vil tapene i ledningene være litt mer enn 2%. Denne energien omdannes til varme som frigjøres av lederen til miljøet. I henhold til oppvarmingstilstanden til lederen (i henhold til gjeldende verdi), er tverrsnittet valgt, styrt av spesielle tabeller.
For eksempel, for lederen ovenfor, er den maksimale strømmen 19 A eller 4,1 kW i et 220 V-nettverk.

For å redusere aktive tap i kraftledninger brukes økt spenning. Samtidig avtar strømmen i ledningene, tapene faller.

Effekt av temperatur

En økning i temperatur fører til en økning i vibrasjoner av metallkrystallgitteret. Følgelig møter elektroner flere hindringer, noe som fører til en økning i motstand. Størrelsen på "følsomheten" til metallmotstanden for en temperaturøkning kalles temperaturkoeffisienten α. Formelen for å beregne temperatur er som følger
R=Rн*, (3)
hvor Rн – ledningsmotstand under normale forhold (ved temperatur t°н); t° er temperaturen på lederen.
Vanligvis t°n = 20° C. Verdien av α er også angitt for temperatur t°n.
Oppgave 4. Beregn motstanden til en kobbertråd ved en temperatur t° = 90° C. α kobber = 0,0043, Rн = 0,24 Ohm (oppgave 1).
Løsning: ved å erstatte verdiene i formel (3) får vi R = 0,312 Ohm. Motstanden til den oppvarmede ledningen som analyseres er 30 % større enn motstanden ved romtemperatur.

Effekt av frekvens

Når frekvensen av strømmen i lederen øker, oppstår prosessen med å forskyve ladninger nærmere overflaten. Som et resultat av en økning i konsentrasjonen av ladninger i overflatelaget, øker også motstanden til ledningen. Denne prosessen kalles "hudeffekten" eller overflateeffekten. Hudkoeffisient– effekten avhenger også av størrelsen og formen på ledningen. For eksempelet ovenfor, ved en AC-frekvens på 20 kHz, vil ledningsmotstanden øke med omtrent 10 %. Merk at høyfrekvente komponenter kan ha et strømsignal fra mange moderne industri- og husholdningsforbrukere (energisparende lamper, bytte av strømforsyninger, frekvensomformere og så videre).

Påvirkning av nabokonduktører

Det er et magnetfelt rundt enhver leder som strøm flyter gjennom. Samspillet mellom feltene til naboledere forårsaker også energitap og kalles "nærhetseffekten". Vær også oppmerksom på at enhver metallleder har induktans skapt av den ledende kjernen og kapasitans skapt av isolasjonen. Disse parameterne er også preget av nærhetseffekten.

Teknologier

Høyspentledninger med null motstand

Denne typen ledning er mye brukt i biltenningssystemer. Motstanden til høyspentledninger er ganske lav og utgjør flere brøkdeler av en ohm per meter lengde. La oss huske at motstand av denne størrelsesorden ikke kan måles med et ohmmeter for generell bruk. Ofte brukes målebroer til oppgaven med å måle lave motstander.
Strukturelt har slike ledninger et stort antall kobberkjerner med isolasjon basert på silikon, plast eller andre dielektriske stoffer. Det særegne ved bruken av slike ledninger er ikke bare driften ved høy spenning, men også overføringen av energi på kort tid (pulsmodus).

Bimetallkabel

Hovedanvendelsesområdet for de nevnte kablene er overføring av høyfrekvente signaler. Kjernen av ledningen er laget av en type metall, hvis overflate er belagt med en annen type metall. Siden ved høye frekvenser kun overflatelaget til lederen er ledende, er det mulig å erstatte innsiden av ledningen. Dette sparer kostbart materiale og forbedrer ledningens mekaniske egenskaper. Eksempler på slike ledninger: sølvbelagt kobber, kobberbelagt stål.

Konklusjon

Trådmotstand er en verdi som avhenger av en gruppe faktorer: ledertype, temperatur, strømfrekvens, geometriske parametere. Betydningen av påvirkningen av disse parameterne avhenger av driftsforholdene til ledningen. Optimaliseringskriterier, avhengig av oppgavene for ledninger, kan være: redusere aktive tap, forbedre mekaniske egenskaper, redusere priser.

Derfor er det viktig å kjenne parametrene til alle elementer og materialer som brukes. Og ikke bare elektrisk, men også mekanisk. Og ha til disposisjon noen praktiske referansematerialer som lar deg sammenligne egenskapene til forskjellige materialer og velge for design og arbeid akkurat det som vil være optimalt i en bestemt situasjon.
I energioverføringslinjer, hvor målet er å levere energi til forbrukeren på den mest produktive måten, det vil si med høy effektivitet, tas både tapsøkonomien og selve ledningenes mekanikk i betraktning. Den endelige økonomiske effektiviteten til linjen avhenger av mekanikken - det vil si enheten og arrangementet av ledere, isolatorer, støtter, step-up/step-down transformatorer, vekten og styrken til alle strukturer, inkludert ledninger strukket over lange avstander, samt materialene som er valgt for hvert konstruksjonselement, dets arbeid og driftskostnader. I tillegg er det i ledninger som overfører elektrisitet, høyere krav for å sikre sikkerheten til både ledningene selv og alt rundt dem der de passerer. Og dette legger til kostnader både for å levere strømledninger og for en ekstra sikkerhetsmargin for alle strukturer.

For sammenligning reduseres data vanligvis til en enkelt, sammenlignbar form. Ofte legges tilnavnet "spesifikk" til slike egenskaper, og verdiene i seg selv vurderes basert på visse standarder forent av fysiske parametere. For eksempel er elektrisk resistivitet motstanden (ohm) til en leder laget av noe metall (kobber, aluminium, stål, wolfram, gull) som har en lengdeenhet og et enhetstverrsnitt i systemet med måleenheter som brukes (vanligvis SI) ). I tillegg er temperaturen spesifisert, siden ved oppvarming kan motstanden til lederne oppføre seg annerledes. Normale gjennomsnittlige driftsforhold legges til grunn - ved 20 grader Celsius. Og der egenskaper er viktige ved endring av miljøparametere (temperatur, trykk), introduseres koeffisienter og tilleggstabeller og avhengighetsgrafer kompileres.

Typer av resistivitet

Siden motstand skjer:

• aktiv - eller ohmsk, resistiv - som følge av forbruk av elektrisitet på oppvarming av lederen (metallet) når en elektrisk strøm passerer gjennom den, og
• reaktiv - kapasitiv eller induktiv - som oppstår fra uunngåelige tap på grunn av dannelsen av endringer i strømmen som går gjennom lederen av elektriske felt, så kommer lederens resistivitet i to varianter:

1. Spesifikk elektrisk motstand mot likestrøm (som har en resistiv natur) og
2. Spesifikk elektrisk motstand mot vekselstrøm (har reaktiv karakter).

Her er type 2-resistivitet en kompleks verdi, den består av to TC-komponenter - aktiv og reaktiv, siden resistiv motstand alltid eksisterer når strømmen passerer, uavhengig av dens natur, og reaktiv motstand oppstår bare med enhver endring i strømmen i kretsene. I DC-kretser oppstår reaktans bare under forbigående prosesser som er forbundet med å slå på strømmen (endring i strøm fra 0 til nominell) eller slå av (forskjell fra nominell til 0). Og de blir vanligvis bare tatt i betraktning ved utforming av overbelastningsbeskyttelse.

I vekselstrømkretser er fenomenene knyttet til reaktans mye mer varierte. De avhenger ikke bare av den faktiske passeringen av strømmen gjennom et visst tverrsnitt, men også av lederens form, og avhengigheten er ikke lineær.

Faktum er at vekselstrøm induserer et elektrisk felt både rundt lederen den strømmer gjennom og i selve lederen. Og fra dette feltet oppstår det virvelstrømmer, som gir effekten av å "skyve" den faktiske hovedbevegelsen av ladninger, fra dypet av hele tverrsnittet av lederen til overflaten, den såkalte "hudeffekten" (fra hud - hud). Det viser seg at virvelstrømmer ser ut til å "stjele" tverrsnittet fra lederen. Strømmen flyter i et bestemt lag nær overflaten, den gjenværende tykkelsen på lederen forblir ubrukt, den reduserer ikke motstanden, og det er rett og slett ingen vits i å øke tykkelsen på lederne. Spesielt ved høye frekvenser. Derfor, for vekselstrøm, måles motstand i slike seksjoner av ledere der hele seksjonen kan betraktes som nær overflaten. En slik ledning kalles tynn dens tykkelse er lik to ganger dybden av dette overflatelaget, hvor virvelstrømmer fortrenger den nyttige hovedstrømmen som flyter i lederen.

Å redusere tykkelsen på runde ledninger tømmer selvfølgelig ikke den effektive ledningen av vekselstrøm. Lederen kan tynnes, men samtidig gjøres flat i form av et bånd, da vil tverrsnittet være høyere enn for en rund ledning, og følgelig vil motstanden være lavere. I tillegg vil en enkelt økning av overflatearealet ha effekten av å øke det effektive tverrsnittet. Det samme kan oppnås ved å bruke trådet tråd i stedet for enkeltkjernet tråd er dessuten mer fleksibel enn enkeltkjernet tråd, som ofte er verdifullt. På den annen side, med tanke på hudeffekten i ledninger, er det mulig å lage ledningene kompositt ved å lage kjernen av et metall som har gode styrkeegenskaper, for eksempel stål, men lave elektriske egenskaper. I dette tilfellet er det laget en aluminiumsfletting over stålet, som har en lavere resistivitet.

I tillegg til hudeffekten, påvirkes flyten av vekselstrøm i ledere av eksitering av virvelstrømmer i omkringliggende ledere. Slike strømmer kalles induksjonsstrømmer, og de induseres både i metaller som ikke spiller rollen som ledninger (bærende strukturelle elementer), og i ledningene til hele det ledende komplekset - spiller rollen som ledninger i andre faser, nøytrale , jording.

Alle disse fenomenene forekommer i alle elektriske strukturer, noe som gjør det enda viktigere å ha en omfattende referanse for et bredt utvalg av materialer.

Resistiviteten for ledere måles med svært følsomme og presise instrumenter, siden metaller med den laveste motstanden er valgt for kabling - i størrelsesorden ohm * 10 -6 per meter lengde og kvm. mm. seksjoner. For å måle isolasjonsresistivitet trenger du instrumenter, tvert imot, som har områder med svært store motstandsverdier - vanligvis megohm. Det er klart at ledere skal lede godt, og isolatorer skal isolere godt.

Bord

Jern som leder i elektroteknikk

Jern er det vanligste metallet i natur og teknologi (etter hydrogen, som også er et metall). Det er det billigste og har utmerkede styrkeegenskaper, derfor brukes det overalt som grunnlag for styrken til forskjellige strukturer.

I elektroteknikk brukes jern som leder i form av fleksible ståltråder hvor fysisk styrke og fleksibilitet er nødvendig, og nødvendig motstand kan oppnås gjennom passende tverrsnitt.

Ved å ha en tabell over resistiviteter for forskjellige metaller og legeringer, kan du beregne tverrsnittet til ledninger laget av forskjellige ledere.

Som et eksempel, la oss prøve å finne det elektrisk ekvivalente tverrsnittet av ledere laget av forskjellige materialer: kobber, wolfram, nikkel og jerntråd. La oss ta aluminiumtråd med et tverrsnitt på 2,5 mm som utgangsmateriale.

Vi trenger at over en lengde på 1 m er motstanden til ledningen laget av alle disse metallene lik motstanden til den originale. Motstanden til aluminium per 1 m lengde og 2,5 mm seksjon vil være lik

Hvor R- motstand, ρ – motstanden til metallet fra bordet, S- tverrsnittsareal, L- lengde.

Ved å erstatte de opprinnelige verdiene får vi motstanden til et meterlangt stykke aluminiumstråd i ohm.

Etter dette, la oss løse formelen for S

Vi vil erstatte verdiene fra tabellen og få tverrsnittsarealer for forskjellige metaller.

Siden resistiviteten i tabellen er målt på en ledning 1 m lang, i mikroohm per 1 mm 2 seksjon, så fikk vi den i mikroohm. For å få den i ohm, må du multiplisere verdien med 10 -6. Men vi trenger ikke nødvendigvis å få tallet ohm med 6 nuller etter desimaltegnet, siden vi fortsatt finner det endelige resultatet i mm2.

Som du kan se, er motstanden til jernet ganske høy, ledningen er tykk.

Men det er materialer som det er enda større for, for eksempel nikkel eller konstantan.