Удельное сопротивление железо медь

Общеизвестно, что наилучшими проводниками электричества являются металлы. Но нетрудно заметить, что в подавляющем большинстве случаев токопроводящие элементы изготавливают из меди. Объясняется это тем, что разные металлы отличаются электропроводимостью, а также другими свойствами. В данной статье обсудим удельное сопротивление меди и прочие особенности, делающие ее столь популярной.

Свойства меди

Востребованность меди в электротехнике обусловлена следующими положительными качествами:

Удельное сопротивление железо медь

  1. высокая электропроводимость;
  2. пластичность. Из меди делают тончайшие жилы и пластины с толщиной, исчисляемой микронами. Благодаря пластичности, она не обламывается при монтаже, выдерживая множество циклов сгибания-разгибания без развития усталостных явлений;
  3. распространенность и простота добычи. Это преимущество условно. Получение меди обходится дешевле серебра — единственного металла, превосходящего ее в электропроводимости. Но в сравнении с алюминием, а тем более со сталью, медь стоит гораздо дороже. Потому ее нередко заменяют этими материалами;
  4. антикоррозионные свойства;
  5. прочность. Благодаря ей, изделия из меди устойчивы к деформациям.
  6. материал легко поддается пайке и сварке.

Источником меди служит сульфидная руда. Для применения в электротехнике металл после плавки руды подвергают электролитической очистке, так что доля примесей в нем составляет 0,05-0,1% (высококачественная рафинированная медь марок М0 и М1, также называемая электролитической).

В процессе получения минимизируют воздействие кислорода на металл, иначе механические характеристики последнего ухудшаются.

Удельное сопротивление железо медь

Дешевле меди стоят сплавы на ее основе — латунь (с цинком) и бронза (с оловом или свинцом). Помимо олова или свинца, в бронзу могут добавлять бериллий (бериллиевая бронза), кадмий, кремний, фосфор, магний, хром.

Сплавы превосходят чистую медь в прочности, но уступают ей в проводимости.

Медь и ее удельное сопротивление

Удельное сопротивление железо медьСпособность твердого токопроводящего материала противодействовать постоянному (!) току, то есть однонаправленному движению заряженных частиц, определяется лишь расстоянием между атомами в его кристаллической решетке.

Значит, для любого материала можно определить некий параметр, характеризующий эту способность. Он называется удельным сопротивлением и обозначается литерой ρ.

Данный параметр конкретного материала означает омическое сопротивление изготовленного из него проводника длиной 1 м и с площадью поперечного сечения 1 мм2.

Омическим называют сопротивление постоянному току. Оно состоит лишь в трении движущихся заряженных частиц о структуру материала. Сопротивление переменному току называют активным и оно имеет более сложную природу.

Показатель ρ измеряется в Ом* мм2 / м, его значение для некоторых металлов приведены в таблице:

Материал Удельное сопротивление при t = 200С,
Ом*мм2/м
Медь 0,0175
Серебро 0,0160
Золото 0,0240
Железо 0,100
Алюминий 0,0280
Свинец 0,2100
Вольфрам 0,0550

Как видно, по этому параметру медь уступает лишь серебру. Но стоимость последнего довольно высока, потому именно медь является наиболее предпочитаемым материалом в электротехнике.

В таблице указаны значения для температуры +200С. С ее ростом удельное сопротивление металлов возрастает, поскольку увеличивается амплитуда колебаний атомов и они оказывают более сильное противодействие движению частиц.

С уменьшением температуры происходит обратный процесс: атомы колеблются менее интенсивно и электрическое сопротивление падает. С полупроводниками все обстоит наоборот: с ростом температуры сопротивление падает. Это объясняется увеличением числа свободных электронов.

При температурах, близких к абсолютному нулю, в металлах наблюдается явление сверхпроводимости: сопротивление становится равным нулю. Можно генерировать ток в металлическом кольце, и он будет течь без источника питания, то есть «по инерции», несколько лет (реальный факт).

В последнее время научились достигать сверхпроводимости и при гораздо больших температурах — 1300К и выше. Для достижения таких температур достаточно жидкого азота, а он стоит меньше молока. Объяснить сверхпроводимость при таких температурах слабым колебанием атомов нельзя и ученые пока не знают, чем она вызывается.

Удельное сопротивление железо медь

Самая высокая температура сверхпроводимости, достигнутая на сегодняшний день, составляет -700С (2030К). Материал — сероводород под давлением в 1,6 млн. атм. Такой сверхпроводник работает в Антарктиде.

Изменение ρ  в зависимости от температуры характеризуется температурным коэффициентом сопротивления (ТКС). Зная ρ материала, можно вычислить R омическое любого изготовленного из него проводника, независимо от размеров и формы поперечного сечения.

Формула расчета: R = (ρ * L)/S, где: L — длина проводника, м; S — площадь поперечного сечения проводника, мм2. Чем длиннее проводник, тем сопротивление выше. А чем больше площадь его поперечного сечения, тем оно ниже.

Удельное сопротивление железо медь

Если, к примеру, имеется медный проводник длиной 10 м с площадью сечения 2,5 мм2, то его сопротивление постоянному току будет равно: R = 0,0175 * 10 / 2,5 = 0,07 Ом.

Не имеет значения, круглый это проводник или плоский, лишь бы площадь поперечного сечения составляла 2,5 мм2. Поскольку металлы имеют крайне незначительное сопротивление, для его измерения используют специальные приборы — микроомметры. Их чувствительность достигает 0,1 микроома (мкОм). Микроомметрами замеряют сопротивление контактов, обмоток и пр.

При протекании переменного тока

При протекании переменного тока все обстоит иначе.

Нельзя выделить постоянное удельное сопротивление, поскольку противодействие движению зарядов распределено неравномерно и зависит от ряда факторов:

Дело в том, что создаваемое переменным током магнитное поле также является переменным, а переменное магнитное поле, согласно закону электромагнитной индукции, создает в проводниках ЭДС. Это относится и к проводнику, по которому течет ток.

Возникающая в нем ЭДС направлена вопреки создающей ее силы, то есть против тока, потому ее называют «противоЭДС». Распределена она неравномерно: к центру проводника, где силовых линий магнитного поля больше, она возрастает, а в направлении к наружным слоям — убывает.

В результате ток вытесняется на периферию и вместо всего сечения проводника для передачи тока задействуется только часть его. А с уменьшением площади сечения проводника, как было описано выше, возрастает сопротивление. Данное явление называют «поверхностным эффектом» или «скин-эффектом».

ЭДС в проводнике, а значит и сопротивление в нем, зависит от воздействия соседних проводников. Это так называемый эффект близости.

Удельное сопротивление некоторых веществ

Некоторые металлы, уступая меди в проводимости, превосходят ее по другим свойствам. Поэтому они также применяются в электротехнике.

Алюминий

Удельное сопротивление данного металла составляет 0,028 Ом*мм2/ м. Также он уступает меди в пластичности: нельзя получать тонкие провода, после нескольких сгибов ломается.

Удельное сопротивление железо медьНо есть и важные достоинства:

  1. низкая стоимость. Объясняется большей, в сравнении с медью, распространенностью;
  2. малый вес. Легче меди в 3,5 раза. Это важно при прокладке воздушных ЛЭП: уменьшается нагрузка на опоры;
  3. коррозионная стойкость: на воздухе покрывается оксидной пленкой, защищающей от разрушения.

В электротехнике применяют алюминий отличающихся степенью очистки, марок:

  • АВ0000 — самый чистый, доля примесей не превышает 0,004%: применяется редко, для исследовательских и прочих специфических задач;
  • АВ00 — примесей до 0,03%: изготавливают фольгу, электродную продукцию, электролитические конденсаторы;
  • А1 — примесей не более 0,5%: кабели, клеммы и пр.

В первую очередь стремятся сократить содержание в алюминии химических элементов, способствующих возрастанию удельного сопротивления – таллия и марганца. Никель, цинк и кремний на этом параметре почти не отражается.

Железо

Железо применяется не в чистом виде, а как сплав с углеродом — сталь.

Удельное сопротивление и железа в чистом виде, и стали очень высоко (0,1 Ом*мм2/ м), но и этот материал нашел применение в электротехническом производстве благодаря своим достоинствам:

Удельное сопротивление железо медь

  • низкая стоимость: железо — самый распространенный и дешевый металл;
  • прочность, деформационная стойкость;
  • пластичность.

Недостаток стали — подверженность коррозии. С этим борются при помощи нержавеющих покрытий — цинкового или медного.

Натрий

Сложный в эксплуатации металл с относительно высоким удельным сопротивлением (0,047 Ом*мм2/ м), но считается перспективным для использования в электротехнике из-за следующих достоинств:

Читайте также:  Маркировка жил проводов и кабелей

Удельное сопротивление железо медь

  • широкое распространение: получают из расплава поваренной соли (NaCl) путем электролиза. Это сырье присутствует на планете практически в неограниченных количествах;
  • малый вес: легче меди в 9 раз, что позволяет изготавливать сверхлегкие провода.

Сложность в эксплуатации обусловлена следующими свойствами:

  1. мягкость. Натрий крайне податлив, потому провода из него нуждаются в жесткой оболочке;
  2. химическая активность. Стремительно окисляется на воздухе и бурно реагирует с водой, даже в виде пара (также содержится в воздухе). Из-за этого оболочку натриевого провода требуется делать герметичной.

Видео по теме

О температурной зависимости сопротивления металлов в видео:

Среди металлов медь занимает второе место по электропроводимости, уступая только гораздо более дорогому серебру. Потому в электротехнике ее применяют очень широко, в частности, при устройстве домашней электропроводки.

Но в прежние времена проводку изготавливали из более дешевого алюминия и в старых домах такой кабель еще часто встречается.

Владельцу важно знать, что непосредственный контакт алюминиевого и медного проводников недопустим: металлы разрушаются из-за электрохимической реакции. Соединение осуществляют посредством специальных переходников.

Удельное сопротивление меди: в чем измеряется величина, формулы расчета, показатели для железа и алюминия

Удельное сопротивление железо медь

Любой материал способен проявлять два типа сопротивления в зависимости от подаваемого на него электричества. Ток бывает переменным или постоянным, что значительно влияет на технические показатели вещества. Так, существуют такие сопротивления:

  1. Омическое. Проявляется под воздействием постоянного тока. Характеризует трение, которое создается движением электрически заряженных частиц в проводнике.
  2. Активное. Определяется по такому же принципу, но создается уже под действием переменного тока.

В связи с этим определений удельной величины тоже два. Для постоянного тока она равна сопротивлению, которое оказывает единица длины проводящего материала единичной фиксированной площади сечения.

Потенциальное электрополе воздействует на все проводники, а также полупроводники и растворы, способные проводить ионы. Эта величина определяет проводящие свойства самого материала.

Форма проводника и его размеры не учитываются, поэтому ее можно назвать базовой в электротехнике и материаловедении.

При условии прохождения переменного тока удельная величина рассчитывается с учетом толщины проводящего материала. Здесь уже происходит воздействие не только потенциального, но и вихревого тока, кроме того, принимается во внимание частота электрических полей.

Удельное сопротивление этого типа больше, чем при постоянном токе, поскольку здесь идет учет положительной величины сопротивления вихревому полю. Также эта величина зависит от формы и размеров самого проводника.

Именно эти параметры и определяют характер вихревого движения заряженных частиц.

Переменный ток вызывает в проводниках определенные электромагнитные явления. Они очень важны для электротехнических характеристик проводящего материала:

  1. Скин-эффект характеризуется ослаблением электромагнитного поля тем больше, чем дальше оно проникает в среду проводника. Это явление также носит название поверхностного эффекта.
  2. Эффект близости снижает плотность тока благодаря близости соседних проводов и их влиянию.

Эти эффекты являются очень важными при расчете оптимальной толщины проводника, так как при использовании провода, у которого радиус больше глубины проникновения тока в материал, остальная его масса останется незадействованной, а следовательно, такой подход будет неэффективным. В соответствии с проведенными расчетами эффективный диаметр проводящего материала в некоторых ситуациях будет следующим:

  • для тока в 50 Гц — 2,8 мм;
  • 400 Гц — 1 мм;
  • 40 кГц — 0,1 мм.

Ввиду этого для высокочастотных токов активно применяется использование плоских многожильных кабелей, состоящих из множества тонких проводов.

Характеристики металлов

Удельные показатели металлических проводников содержатся в специальных таблицах. По этим данным можно производить необходимые дальнейшие расчеты. Пример такой таблицы удельных сопротивлений можно увидеть на изображении.

Удельное сопротивление железо медь

На таблице видно, что наибольшей проводимостью обладает серебро — это идеальный проводник среди всех существующих металлов и сплавов. Если рассчитать, сколько потребуется провода из этого материала для получения сопротивления в 1 Ом, то выйдет 62,5 м. Проволоки из железа для такой же величины понадобится целых 7,7 м.

Достоинства меди

Какими бы замечательными свойствами ни обладало серебро, оно является слишком дорогим материалом для массового использования в электросетях, поэтому широкое применение в быту и промышленности нашла медь.

По величине удельного показателя она стоит на втором месте после серебра, а по распространенности и простоте добычи намного лучше его. Медь обладает и другими преимуществами, позволившими ей стать самым распространенным проводником.

К ним относятся:

  • Удельное сопротивление железо медьвысокая стойкость к коррозии;
  • механическая прочность;
  • устойчивость к деформациям;
  • легкость фиксирования путем пайки и сварки;
  • высокая обрабатываемость (благодаря мягкости медь раскатывают в листы любой толщины, а вытягиваемая из нее проволока может быть настолько тонкой, что ее сечение будет иметь значение тысячных миллиметра).

Для применения в электротехнике используют рафинированную медь, которая после плавки из сульфидной руды проходит процессы обжигания и дутья, а далее обязательно подвергается электролитической очистке.

После такой обработки можно получить материал очень высокого качества (марки М1 и М0), который будет содержать от 0,1 до 0,05% примесей.

Важным нюансом является присутствие кислорода в крайне малых количествах, так как он негативно влияет на механические характеристики меди.

Часто этот металл заменяют более дешевыми материалами — алюминием и железом, а также различными бронзами (сплавами с кремнием, бериллием, магнием, оловом, кадмием, хромом и фосфором). Такие составы обладают более высокой прочностью по сравнению с чистой медью, хотя и меньшей проводимостью.

Преимущества алюминия

Удельное сопротивление железо медь

Для электрических работ применяют очищенный алюминий марки А1, содержащий не более 0,5% примесей. Более высокую марку АВ00 используют для изготовления электролитических конденсаторов, электродов и алюминиевой фольги. Содержание примесей в этом алюминии составляет не более 0,03%. Существует и чистый металл АВ0000, включающий не более 0,004% добавок. Имеют значение и сами примеси: никель, кремний и цинк незначительно влияют на проводимость алюминия, а содержание в этом металле меди, серебра и магния дает ощутимый эффект. Наиболее сильно уменьшают проводимость таллий и марганец.

Алюминий отличается хорошими антикоррозийными свойствами. При контакте с воздухом он покрывается тонкой пленкой окиси, которая и защищает его от дальнейшего разрушения. Для улучшения механических характеристик металл сплавляют с другими элементами.

Показатели стали и железа

Удельное сопротивление железо медь

Хоть железо и сталь, удельное сопротивление которой еще выше, имеют существенные недостатки, изготовители проводникового материала нашли методы их компенсирования. В частности, низкую стойкость к коррозии преодолевают путем покрытия стальной проволоки цинком или медью.

Свойства натрия

Металлический натрий также очень перспективен в проводниковом производстве. По показателям сопротивления он значительно превышает медь, однако имеет плотность в 9 раз меньше, чем у неё. Это позволяет использовать материал в изготовлении сверхлёгких проводов.

Металлический натрий очень мягкий и совершенно неустойчив к любого рода деформационным воздействиям, что делает его использование проблемным — провод из этого металла должен быть покрыт очень прочной оболочкой с крайне малой гибкостью.

Оболочка должна быть герметичной, так как натрий проявляет сильную химическую активность в самых нейтральных условиях. Он моментально окисляется на воздухе и демонстрирует бурную реакцию с водой, в том числе и с содержащейся в воздухе.

Еще одним плюсом использования натрия является его доступность. Его можно получить в процессе электролиза расплавленного хлористого натрия, которого в мире существует неограниченное количество. Другие металлы в этом плане явно проигрывают.

Чтобы рассчитать показатели конкретного проводника, необходимо произведение удельного числа и длины проволоки разделить на площадь ее сечения. В результате получится значение сопротивления в Омах. Например, чтобы определить, чему равно сопротивление 200 м проволоки из железа с номинальным сечением 5 мм², нужно 0,13 умножить на 200 и разделить полученный результат на 5. Ответ — 5,2 Ом.

Читайте также:  Как найти параллельное сопротивление формула

Правила и особенности вычисления

Удельное сопротивление железо медьДля измерения сопротивления металлических сред пользуются микроомметрами. Сегодня их выпускают в цифровом варианте, поэтому проведенные с их помощью измерения отличаются точностью. Объяснить ее можно тем, что металлы обладают высоким уровнем проводимости и имеют крайне маленькое сопротивление. Для примера, нижний порог измерительных приборов имеет значение 10 -7 Ом.

С помощью микроомметров можно быстро определить, насколько качественен контакт и какое сопротивление проявляют обмотки генераторов, электродвигателей и трансформаторов, а также электрические шины.

Можно вычислить присутствие включений другого металла в слитке. Например, вольфрамовый кусок, покрытый позолотой, показывает вдвое меньшую проводимость, чем полностью золотой.

Тем же способом можно определить внутренние дефекты и полости в проводнике.

Чтобы рассчитать параметры провода — его длину, диаметр и сопротивление — потребуется всего лишь знать величину его удельного значения ρ.

Формула удельного сопротивления выглядит следующим образом: ρ = Ом · мм2/м. Словами ее можно описать как сопротивление 1 метра проводника, имеющего площадь сечения 1 мм². Температура подразумевается стандартная — 20 °C.

Влияние температуры на измерение

Удельное сопротивление железо медь

Чем сильнее нагревается проводник, тем меньше становятся показания прибора. Сила тока имеет обратно пропорциональную зависимость от сопротивления. Следовательно, можно сделать вывод, что в результате нагрева проводимость металла уменьшается. В большей или меньшей степени так ведут себя все металлы, однако изменения проводимости у некоторых сплавов практически не наблюдается.

Примечательно, что жидкие проводники и некоторые твердые неметаллы имеют тенденцию уменьшать свое сопротивление с повышением температуры. Но и эту способность металлов ученые обратили себе на пользу.

Зная температурный коэффициент сопротивления (α) при нагреве некоторых материалов, можно определять внешнюю температуру. Например, проволоку из платины, размещенную на каркасе из слюды, помещают в печь, после чего проводят измерение сопротивления.

В зависимости от того, насколько оно изменилось, делают вывод о температуре в печи. Такая конструкция называется термометром сопротивления.

  • Если при температуре t0 сопротивление проводника равно r0, а при температуре t равно rt, то температурный коэффициент сопротивления равен Удельное сопротивление железо медь
  • Расчет по этой формуле можно производить лишь в определенном интервале температур (примерно до 200 °C).

Удельное сопротивление меди: чему равно, таблица сопротивления материалов

Направленное движение частиц в любом веществе создает электрический ток за счет образования разности потенциалов. Индивидуальные физические характеристики каждого вещества определяют влияние на прохождение тока и оцениваются как электрическое сопротивление.

Суть явления

Это величина, характерная для проводника, имеющего длину 1 метр и площадь поперечного сечения 1 квадратный метр/миллиметр. Ее обозначают греческой буквой ρ. Разным материалам свойственны разные удельные сопротивления.

Вместе с тем сопротивление проводника будет меняться в прямой пропорциональности к длине и в обратной к площади поперечного сечения. То есть чем больше длина проводника, тем оно выше, но чем больше толщина, тем оно ниже.

Удельное сопротивление железо медьДлина

Единицы измерения

Практическое значение в технике имеет единица, равная миллионной доле ома, помноженного на метр (Ом-м), так как даже встретить провод с сечением, равным одному квадратному метру и более, довольно проблематично. Поэтому в измерениях обычно применяют микроом-метр (мкОм-м):

1 мкОм-м = 1×10^-6 Ом-м = 1 Ом-мм2/м

Формула расчета удельного сопротивления

  • Расчет производят так:
  • ρ = (R * S) / L
  • , где R — сопротивление проводника (Ом); L — длина проводника (м); S — сечение проводника (мм2).

Удельное сопротивление железо медьШтангенциркуль

Таким образом ρ однокомпонентного отрезка провода, длина которого равняется 1 метру, а площадь поперечного сечения — 1 квадратному миллиметру, при R, равном 1 ому, составит 1 Ом-мм2/м.

Таблица удельного электрического сопротивления некоторых металлов

Вид провода ρ при 20℃, Ом-м
Серебряный 1,59×10⁻⁸
Медный 1,67×10⁻⁸
Золотой 2,35×10⁻⁸
Алюминиевый 2,65×10⁻⁸
Вольфрамовый 5,65×10⁻⁸
Никелевый 6,84×10⁻⁸
Железный 9,7×10⁻⁸
Платиновый 1,06×10⁻⁷
Стальной 1,6×10⁻⁷
Свинцовый 2,06×10⁻⁷
Дюралюминиевый 4,0×10⁻⁷
Нихромовый 1,05×10⁻⁶

Удельное сопротивление абсолютно независимо от формы и размеров проводника, однако варьируется в широком диапазоне при отклонении температуры от принятого за стандартное значения, равного 20 градусам Цельсия. Практическим электротехническим путем доказано, что увеличение температуры повышает сопротивляемость металлов течению тока, с обратной стороны — вместе со снижением температуры она снижается. Примерно подсчитать, насколько существенным будет изменение, можно с учетом того, что всем металлам присущ почти одинаковый уровень прироста убыли данной величины, в среднем составляющий 0,4% на 1°С.

Вам это будет интересно  Особенности расчета емкостного сопротивленияУдельное сопротивление железо медьГрафик сопротивления

  1. Если же данный показатель нужно определить точно, то можно воспользоваться этой формулой:
  2. ρ = ρ0 x (1 + α x (t — t))
  3. , где ρ и ρ0 — соответственно удельные сопротивления при температурах t и t (20°С, табличное значение), α — температурный коэффициент сопротивления.
Вид провода α
Никелевый 0,005866
Железный 0,005671
Молибденовый 0,004579
Вольфрамовый 0,004403
Алюминиевый 0,004308
Медный 0,004041
Серебряный 0,003819
Платиновый 0,003729
Золотой 0,003715
Цинковый 0,003847
Стальной 0,003
Нихромовый 0,00017

Так, к примеру, найдя в таблицах удельное сопротивление меди при 20 градусах Цельсия и ее температурный коэффициент, можно вычислить, что при нагреве до 100℃ ее сопротивление вырастет на 32%. Практически то же самое будет происходить с удельным сопротивлением алюминиевого кабеля с тем же коэффициентом (0,004). А вот удельное сопротивление стали повысится менее значительно — на 24%.

Удельное сопротивление железо медьНагрев

С увеличением температуры проводник насыщается тепловой энергией, передающейся всем атомам вещества. Этим обуславливается повышение интенсивности их теплового движения.

Последний фактор и приводит к повышению сопротивляемости движению свободных электронов в определенном направлении, поскольку возрастает вероятность встречи свободных электронов с атомами.

Когда температура снижается, меньшее количество атомов может препятствовать направленному движению электронов, следовательно, происходит обратное.

В результате колоссального спада температуры возникает интереснейшее явление, называемое «сверхпроводимостью металлов»: сопротивляемость уменьшается до нуля в условиях, близких к абсолютному нулю (-273,15℃). В таких кондициях атомы металла замирают на своих позициях, и электроны движутся без каких-либо препятствий.

Удельное сопротивление железо медьСверхпроводимость

Удельное сопротивление меди различных марок

Круглая медная проволока для проводов, кабелей и так далее бывает мягкой (марка ММ), твердой (марка МТ) и марки МС. Ее выпускают в диапазоне диаметров 0,02-9,42 мм. Удельное электрическое сопротивление проволоки постоянному току при 20℃ соответствует значениям, приведенным в таблице:

Диаметр проволоки, мм ρ при 20℃, мкОм-м
ММ МТ, МС
Меньше 1,00 0,018
1,0-2,44 0,01724 0,0178
2,50 и больше 0,0177

Преимущества меди в плане проводимости дают повод обширно применять ее на производстве проводников. Вместе с тем медь — относительно дорогой и дефицитный материал, поэтому ее все чаще заменяют другими металлами, включая алюминий.

Вам это будет интересно  Генераторы на магнитах, работающие без топливаУдельное сопротивление железо медьПровод

Сплавы меди с оловом, хромом, кадмием и другие называют бронзами. Бронза при правильном подоборе состава очень выгодно отличается от чистой меди по части механических свойств.

Таблица удельных сопротивлений проводников и металлов. – Магазин "Электрик" в Рогачеве, услуги электрика

Удельное сопротивление металлов – таблица формул » ГДЗ онлайн

Величина удельного сопротивления характеризует способность вещества ограничивать электрический ток (оказывать сопротивление).

Металлические проводники имеют самые низкие значения удельных сопротивлений, поэтому они используются и для передачи электроэнергии на большие расстояния, и в качестве соединительных проводов в электронных приборах, и соединительных дорожек на платах микросхем. Разберемся почему металлы обладают этим свойством и какие из них лучше всего подходят для этих целей.

Определение удельного сопротивления

Общая формула для вычисления удельного сопротивления ρ любого вещества выглядит следующим образом:

$ ρ = R * { S over L } $ (1),

где: R — сопротивление, S — площадь поперечного сечения, L — длина проводника. На основании экспериментальных данных, пользуясь законом Ома и этой формулой, определены удельные сопротивления большого числа материалов, которые приведены в справочниках и на специализированных интернет-ресурсах.

Единицы измерения удельного сопротивления

Из формулы (1) следует, что поскольку в Международной системе СИ сопротивление измеряется в омах, длина и площадь в метрах и метрах квадратных соответственно, то единицей измерения удельного сопротивления будет Ом*м:

$ [ρ] = {{[Oм]*[м^2]}over [м]} = [Oм]*[м] $ (2).

Для практических расчетов часто используется внесистемная единица Ом*мм2/м. Эта единица равна удельному сопротивлению вещества, из которого сделан проводник длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм2.

Числовые значения для ρ становятся более комфортны для восприятия.

Еще одна причина связана с тем, что величины сечений реальных проводов и кабелей составляют 1-10 мм2, и для вычисления их параметров внесистемная единица удобнее.

Рис. 1. Таблица удельных сопротивлений различных материалов.

Почему у металлов самые низкие удельные сопротивления

Из приведенной таблицы видно, что самыми низкими значениями удельных сопротивлений обладают металлы: серебро, медь, золото, алюминий и др.

Такое свойство металлов связано с большой концентрацией свободных электронов, “не привязанных” к конкретному атому, а блуждающих в пространстве кристаллической решетки.

Напряжение, приложенное к концам проводника, создает электрическое поле, которое действует на электроны, заставляя их двигаться согласованно, в одном направлении.

Рис. 2. Электрический ток в металлах, свободные электроны.

Самым низким значением ρ обладает серебро — 0,016 Ом*мм2/м. Но для повсеместного, массового, использования в сетях электроснабжения и оборудовании этот металл не используется в виду слишком большой цены.

Серебро применяется для создания самых ответственных контактов в специальных электротехнических устройствах.

В следующей таблице приведены величины удельных сопротивлений металлов и сплавов, часто используемых металлов в электротехнике:

  • Таблица
  • Удельные сопротивления металлов, Ом*мм2/м
  • (при Т = 200С)
Таблица удельных сопротивлений проводников. Таблица удельных сопротивлений металлов.
Удельное сопротивление железо медь
Проводник Удельное сопротивление ρ, Ом*мм2/м α, 10 -3*C-1(или K -1)
Алюминий 0,028 4,2
Бронза 0,095 — 0,1
Висмут 1,2
Вольфрам 0,05 5
Железо 0,1 6
Золото 0,023 4
Иридий 0,0474
Константан ( сплав Ni-Cu + Mn) 0,5 0,05!
Латунь 0,025 — 0,108 0,1-0,4
Магний 0,045 3,9
Манганин (сплав меди марганца и никеля — приборный) 0,43 — 0,51 0,01!!
Медь 0,0175 4,3
Молибден 0,059
Нейзильбер (сплав меди цинка и никеля) 0,2 0,25
Натрий 0,047
Никелин ( сплав меди и никеля) 0,42 0,1
Никель 0,087 6,5
Нихром ( сплав никеля хрома железы и марганца) 1,05 — 1,4 0,1
Олово 0,12 4,4
Платина 0.107 3,9
Ртуть 0,94 1,0
Свинец 0,22 3,7
Серебро 0,015 4,1
Сталь 0,103 — 0,137 1-4
Титан 0,6
Фехраль (Cr (12—15 %); Al (3,5—5,5 %); Si (1 %); Mn (0,7 %); + Fe) 1,15 — 1,35 0,1
Хромаль 1,3 — 1,5
Цинк 0,054 4,2
Чугун 0,5-1,0 1,0

 Удельное сопротивление железо медь
Нажмите на изображение чтобы увеличить.

Электрическое сопротивление

Электрическое сопротивление, одно из составляющих закона Ома, выражается в омах (Ом). Следует заметить, что электрическое сопротивление и удельное сопротивление — это не одно и то же. Удельное сопротивление является свойством материала, в то время как электрическое сопротивление — это свойство объекта.

Электрическое сопротивление резистора определяется сочетанием формы и удельным сопротивлением материала, из которого он сделан.

Например, проволочный резистор, изготовленный из длинной и тонкой проволоки имеет большее сопротивление, нежели резистор, сделанный из короткой и толстой проволоки того же металла.

В тоже время проволочный резистор, изготовленный из материала с высоким удельным сопротивлением, обладает большим электрическим сопротивлением, чем резистор, сделанный из материала с низким удельным сопротивлением. И все это не смотря на то, что оба резистора сделаны из проволоки одинаковой длины и диаметра.

В качестве наглядности можно провести аналогию с гидравлической системой, где вода прокачивается через трубы.

  • Чем длиннее и тоньше труба, тем больше будет оказано сопротивление воде.
  • Труба, заполненная песком, будет больше оказывать сопротивление воде, нежели труба без песка

Сопротивление провода

  • Величина сопротивления провода зависит от трех параметров: удельного сопротивления металла, длины и диаметра самого провода. Формула для расчета сопротивления провода:

где:
R — сопротивление провода (Ом)
ρ — удельное сопротивление металла (Ом.m)
L — длина провода (м)

А — площадь поперечного сечения провода (м2)

Удельное сопротивление железо медь

В качестве примера рассмотрим проволочный резистор из нихрома с удельным сопротивлением 1.10×10-6 Ом.м.  Проволока имеет длину 1500 мм и диаметр 0,5 мм. На основе этих трех параметров рассчитаем сопротивление провода из нихрома:

R=1,1*10-6*(1,5/0,000000196) = 8,4 Ом

Нихром и константан часто используют в качестве материала для сопротивлений. Ниже в таблице вы можете посмотреть удельное сопротивление некоторых наиболее часто используемых металлов.

Удельное сопротивление железо медь

Свойства резистивных материалов

Удельное сопротивление металла зависит от температуры. Их значения приводится, как правило, для комнатной температуры (20°С). Изменение удельного сопротивления в результате изменения температуры характеризуется температурным коэффициентом.

Например, в термисторах (терморезисторах) это свойство используется для измерения температуры. С другой стороны, в точной электронике, это довольно нежелательный эффект.
Металлопленочные резисторы имеют отличные свойства температурной стабильности. Это достигается не только за счет низкого удельного сопротивления материала, но и за счет механической конструкции самого резистора.

Много различных материалов и сплавов используются в производстве резисторов.

Нихром (сплав никеля и хрома), из-за его высокого удельного сопротивления и устойчивости к окислению при высоких температурах, часто используют в качестве материала для изготовления проволочных резисторов.

Недостатком его является то, что его невозможно паять. Константан, еще один популярный материал, легко поддается пайке и имеет более низкий температурный коэффициент.

Источники: joyta.ru, dpva.ru

Серебро 0,016 Бронза (сплав) 0,1
Медь 0,017 Олово 0,12
Золото 0,024 Сталь (сплав) 0,12
Алюминий 0,028 Свинец 0,21
Иридий 0,047 Никелин (сплав) 0,42
Молибден 0,054 Манганин (сплав) 0,45
Вольфрам 0,055 Константан (сплав) 0,48
Цинк 0,06 Титан 0,58
Латунь (сплав) 0,071 Ртуть 0,958
Никель 0,087 Нихром (сплав) 1,1
Платина 0,1 Висмут 1,2

Наиболее популярными в электротехнике являются медь и алюминий. Медь и медные сплавы применяются для изготовления кабельной продукции и шунтов — деталей, ограничивающих большие токи через измерительные приборы.

Влияние температуры на удельное сопротивление

В справочниках значения ρ металлов приводятся при комнатной температуре 200С. Но эксперименты показали, что зависимость ρ(Т) имеет линейный характер и описывается формулой:

$ ρ(Т) = ρ0 * (1 + α*T)$ (3),

где: ρ0 — удельное сопротивление проводника при температуре 00С, α — температурный коэффициент сопротивления, который тоже имеет тоже индивидуален для каждого вещества. Значения α, полученные опытным путем, можно узнать из справочников. Ниже приведены значения α для некоторых металлов:

  • Серебро — 0,0035;
  • Медь — 0,004;
  • Алюминий — 0,004;
  • Железо — 0,0066;
  • Платина — 0,0032;
  • Вольфрам — 0,0045.

Таким образом, при повышении температуры сопротивление металлов растет. Это объясняется тем, что с ростом температуры увеличивается число дефектов в кристаллической решетке из-за более интенсивных тепловых колебаний ионов, тормозящих электронный ток.

Рис. 3. Температурная зависимость удельного сопротивления металлов.

При приближении температуры металла к абсолютному нулю удельное сопротивление резко падает до нуля. Это явление называется сверхпроводимостью, а материалы, обнаруживающие такую способность, называются сверхпроводниками. Этот эффект открыл в 1911 г. голландский физик Камерлинг-Оннес. В его эксперименте удельное сопротивление ртути уменьшилось до нуля при 4,10К.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали, что металлы обладают самыми низкими значениями удельного сопротивления среди проводников. Это свойство металлов используется для передачи электрической энергии с минимальными потерями.

Алюминий, медь, сталь, серебро являются основными материалами для изготовления кабельной продукции. Удельное сопротивление металлов зависит от температуры.

Таблица удельных сопротивлений металлов приведена для комнатной температуры — 200С.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector