Удельное сопротивление железа, алюминия, меди и остальных металлов

Каждое вещество способно проводить ток в разной степени, на эту величину влияет сопротивление материала. Обозначается удельное сопротивление меди, алюминия, стали и хоть какого другого элемента буковкой греческого алфавита ρ. Эта величина не зависит от таковых черт проводника, как размеры, форма и физическое состояние, обыденное же электросопротивление учитывает эти характеристики. Измеряется удельное сопротивление в Омах, умноженных на мм² и разбитых на метр.

Группы и их описание

Хоть какой материал способен проявлять два типа сопротивления зависимо от подаваемого на него электро энергии. Ток бывает переменным либо неизменным, что существенно влияет на технические характеристики вещества. Так, есть такие сопротивления:

1. Омическое. Проявляется под действием неизменного тока. Охарактеризовывает 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 сиим определений удельной величины тоже два. Для неизменного тока она равна сопротивлению, которое оказывает единица длины проводящего материала единичной фиксированной площади сечения. Возможное электрополе повлияет на все проводники, также полупроводники и смеси, способные проводить ионы. Эта величина описывает проводящие характеристики самого материала. Форма проводника и его размеры не учитываются, потому ее можно именовать базисной в электротехнике и материаловедении.

При условии прохождения переменного тока удельная величина рассчитывается с учетом толщины проводящего материала. Тут уже происходит действие не только лишь потенциального, да и вихревого тока, не считая того, принимается во внимание частота электронных полей. Удельное сопротивление этого типа больше, чем при неизменном токе, так как тут идет учет положительной величины сопротивления вихревому полю. Также эта величина зависит от формы и размеров самого проводника. Конкретно эти характеристики и определяют нрав вихревого движения заряженных частиц.

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

1. Шкура-эффект характеризуется ослаблением электромагнитного поля тем больше, чем далее оно просачивается в среду проводника. Это явление также носит заглавие поверхностного эффекта.
2. Эффект близости понижает плотность тока благодаря близости примыкающих проводов и их воздействию.

Эти эффекты являются весьма необходимыми при расчете хорошей толщины проводника, потому что при использовании провода, у которого радиус больше глубины проникания тока в материал, остальная его масса остается незадействованной, а как следует, таковой подход будет неэффективным. В согласовании с проведенными расчетами действенный поперечник проводящего материала в неких ситуациях будет последующим:

• для тока в 50 Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ) — 2,8 мм;
• 400 Гц (единица частоты периодических процессов в Международной системе единиц СИ) — 1 мм;
• 40 кГц — 0,1 мм.

Ввиду этого для высокочастотных токов интенсивно применяется внедрение плоских многожильных кабелей, состоящих из огромного количества тонких проводов.

Свойства металлов

Удельные характеристики железных проводников содержатся в особых таблицах. По сиим данным можно создавать нужные последующие расчеты. Пример таковой таблицы удельных сопротивлений можно узреть на изображении.

На таблице видно, что большей проводимостью владеет серебро — это безупречный проводник посреди всех имеющихся металлов и сплавов. Если высчитать, сколько будет нужно провода из этого материала для получения сопротивления в 1 Ом, то выйдет 62,5 м. Проволоки из железа для таковой же величины пригодится целых 7,7 м.

Плюсы меди

Какими бы восхитительными качествами ни владело серебро, оно является очень драгоценным материалом для массового использования в электросетях, потому обширное применение в быту и индустрии отыскала медь. По величине удельного показателя она стоит на втором месте опосля серебра, а по распространенности и простоте добычи намного лучше его. Медь владеет и иными преимуществами, позволившими ей стать самым всераспространенным проводником. К ним относятся:

• высочайшая стойкость к коррозии;
• механическая крепкость;
• устойчивость к деформациям;
• легкость фиксирования методом пайки и сварки;
• высочайшая обрабатываемость (благодаря мягкости медь раскатывают в листы хоть какой толщины, а вытягиваемая из нее проволока быть может так узкой, что ее сечение будет иметь значение тысячных мм).

Для внедрения в электротехнике употребляют рафинированную медь, которая опосля плавки из сульфидной руды проходит процессы обжигания и дутья, а дальше непременно подвергается электролитической чистке. Опосля таковой обработки можно получить материал весьма высочайшего свойства (марки М1 и М0), который будет содержать от 0,1 до 0,05% примесей. Принципиальным аспектом является присутствие кислорода в очень малых количествах, потому что он плохо влияет на механические свойства меди.

Нередко этот сплав подменяют наиболее дешевенькими материалами — алюминием и железом, также разными бронзами (сплавами с кремнием, бериллием, магнием, оловом, кадмием, колченогом и фосфором). Такие составы владеют наиболее высочайшей прочностью по сопоставлению с незапятанной медью, хотя и наименьшей проводимостью.

Достоинства алюминия

Хоть алюминий владеет огромным сопротивлением и наиболее хрупок, его обширное внедрение разъясняется тем, что он не так дефицитен, как медь, а как следует, стоит дешевле. Удельное сопротивление алюминия составляет 0,028, а его низкая плотность обеспечивает ему вес в 3,5 раза меньше, чем медь.

Для электронных работ используют очищенный алюминий марки А1, содержащий не наиболее 0,5% примесей. Наиболее высшую марку АВ00 употребляют для производства электролитических конденсаторов, электродов и дюралевой фольги. Содержание примесей в этом алюминии составляет не наиболее 0,03%. Существует и незапятнанный сплав АВ0000, включающий не наиболее 0,004% добавок. Имеют значение и сами примеси: никель, кремний и цинк некординально влияют на проводимость алюминия, а содержание в этом сплаве меди, серебра и магния дает осязаемый эффект. Более очень уменьшают проводимость таллий и марганец.

Алюминий различается неплохими антикоррозийными качествами. При контакте с воздухом он покрывается узкой пленкой окиси, которая и защищает его от предстоящего разрушения. Для улучшения механических черт сплав сплавляют с иными элементами.

Характеристики стали и железа

Удельное сопротивление железа по сопоставлению с медью и алюминием имеет весьма высочайшие характеристики, но благодаря доступности, прочности и стойкости к деформациям материал обширно употребляют в электротехническом производстве.

Хоть железо и сталь, удельное сопротивление которой еще выше, имеют значительные недочеты, изготовители проводникового материала отыскали способы их компенсирования. А именно, низкую стойкость к коррозии преодолевают методом покрытия металлической проволоки цинком либо медью.

Характеристики натрия

Железный натрий также весьма перспективен в проводниковом производстве. По показателям сопротивления он существенно превосходит медь, но имеет плотность в 9 раз меньше, чем у неё. Это дозволяет употреблять материал в изготовлении сверхлёгких проводов.

Железный натрий весьма мягенький и совсем неустойчив к хоть какого рода деформационным действиям, что делает его внедрение проблемным — провод из этого сплава должен быть покрыт весьма крепкой оболочкой с очень малой гибкостью. Оболочка обязана быть герметичной, потому что натрий проявляет сильную хим активность в самых нейтральных критериях. Он мгновенно окисляется на воздухе и показывает 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 огромное количество. Остальные сплавы в этом плане очевидно проигрывают.

Чтоб высчитать характеристики определенного проводника, нужно произведение удельного числа и длины проволоки поделить на площадь ее сечения. В итоге получится значение сопротивления в Омах. К примеру, чтоб найти, чему равно сопротивление 200 м проволоки из железа с номинальным сечением 5 мм², необходимо 0,13 помножить на 200 и поделить приобретенный итог на 5. Ответ — 5,2 Ом.

Правила и индивидуальности вычисления

Для измерения сопротивления железных сред пользуются микроомметрами. Сейчас их выпускают в цифровом варианте, потому проведенные с помощью их измерения различаются точностью. Разъяснить ее можно тем, что сплавы владеют высочайшим уровнем проводимости и имеют очень малеханькое сопротивление. Для примера, нижний порог измерительных устройств имеет значение 10 -7 Ом.

При помощи микроомметров можно стремительно найти, как качественен контакт и какое сопротивление проявляют обмотки генераторов, электродвигателей и трансформаторов, также электронные шины. Можно вычислить присутствие включений другого сплава в слитке. К примеру, вольфрамовый кусочек, покрытый позолотой, указывает в два раза наименьшую проводимость, чем на сто процентов золотой. Этим же методом можно найти внутренние недостатки и полости в проводнике.

Чтоб высчитать характеристики провода — его длину, поперечник и сопротивление — будет нужно всего только знать величину его удельного значения ρ.

Формула удельного сопротивления смотрится последующим образом: ρ = Ом · мм 2 /м. Словами ее можно обрисовать как сопротивление 1 метра проводника, имеющего площадь сечения 1 мм². Температура предполагается обычная — 20 °C.

Воздействие температуры на измерение

Нагревание либо остывание неких проводников оказывает существенное воздействие на характеристики измерительных устройств. В качестве примера можно привести последующий опыт: нужно подключить к аккуму спирально намотанную проволоку и подключить в цепь амперметр.

Чем посильнее греется проводник, тем меньше стают показания устройства. Сила тока имеет назад пропорциональную зависимость от сопротивления. Как следует, можно прийти к выводу, что в итоге нагрева проводимость сплава миниатюризируется. В большей либо наименьшей степени так ведут себя все сплавы, но конфигурации проводимости у неких сплавов фактически не наблюдается.

Броско, что водянистые проводники и некие твердые неметаллы имеют тенденцию уменьшать свое сопротивление с увеличением температуры. Да и эту способность металлов ученые направили для себя на пользу. Зная температурный коэффициент сопротивления (α) при нагреве неких материалов, можно определять внешнюю температуру. К примеру, проволоку из платины, размещенную на каркасе из слюды, помещают в печь, опосля что проводят измерение сопротивления. Зависимо от того, как оно поменялось, делают вывод о температуре в печи. Таковая система именуется указателем температуры сопротивления.

Если при температуре t0 сопротивление проводника равно r0, а при температуре t равно rt, то температурный коэффициент сопротивления равен

Расчет по данной формуле можно создавать только в определенном интервале температур (приблизительно до 200 °C).

Понятие удельного электронного сопротивления медного проводника

Удельное сопротивление — прикладное понятие в электротехнике. Оно обозначает то, какое сопротивление на единицу длины оказывает материал единичного сечения протекающему через него току — иными словами, каким сопротивлением владеет провод миллиметрового сечения длиной один метр. Это понятие употребляется в разных электротехнических расчетах.

Принципиально осознавать различия меж удельным электронным сопротивлением неизменному току и удельным электросопротивлением переменному току. В первом случае сопротивление вызывается только действием неизменного тока на проводник. Во 2-м случае переменный ток (он быть может хоть какой формы: синусоидальной, прямоугольной, треугольной либо случайной) вызывает в проводнике добавочно действующее вихревое поле, которому также создается сопротивление.

Физическое представление

В технических расчетах, предполагающих прокладку кабелей разных поперечников, употребляются характеристики, дозволяющие высчитать нужную длину кабеля и его электронные свойства. Одним из главных характеристик является удельное сопротивление. Формула удельного электронного сопротивления:

• ρ — это удельное сопротивление материала;
• R — омическое электросопротивление определенного проводника;
• S — поперечное сечение;
• l — длина.

Размерность ρ измеряется в Ом•мм 2 /м, либо, сократив формулу — Ом•м.

Значение ρ для 1-го и такого же вещества постоянно однообразное. Как следует, это константа, характеризующая материал проводника. Обычно она указывается в справочниках. Исходя из этого уже можно проводить расчет технических величин.

Принципиально сказать и о удельной электронной проводимости. Эта величина является оборотной удельному сопротивлению материала, и употребляется вровень с ним. Ее также именуют электропроводностью. Чем выше эта величина, тем лучше сплав проводит ток. К примеру, удельная проводимость меди равна 58,14 м/(Ом•мм 2 ). Либо, в единицах, принятых в системе СИ: 58 140 000 См/м. (Сименс на метр — единица электропроводности в СИ).

Удельное сопротивление разных материалов

Гласить о удельном сопротивлении можно лишь при наличии частей, проводящих ток, потому что диэлектрики владеют нескончаемым либо близким к нему электросопротивлением. В отличие от их, сплавы — весьма отличные проводники тока. Измерить электросопротивление железного проводника можно с помощью устройства миллиомметра, либо еще наиболее четкого — микроомметра. Значение измеряется меж их щупами, приложенными к участку проводника. Они разрешают проверить цепи, проводку, обмотки движков и генераторов.

Сплавы разнятся меж собой по возможности проводить ток. Удельное сопротивление разных металлов — параметр, характеризующий это отличие. Данные приведены при температуре материала 20 градусов по шкале Цельсия:

• Серебро (ρ = 0,01498 Ом•мм 2 /м);
• Алюминий (ρ = 0,027); Медь (ρ = 0,01721);
• Ртуть (ρ = 0,94);
• Золото (ρ = 0,023);
• Железо (ρ = 0,1);
• Вольфрам (ρ = 0,0551);
• Латунь (ρ = 0,026…0,109);
• Бронза (ρ = 0,095);
• Сталь (ρ = 0,103…0,14);
• Сплав никеля, марганца, железа и хрома — нихром (ρ = 1,051…1,398).

Параметр ρ указывает, каким сопротивлением будет владеть метровый проводник с сечением 1 мм 2 . Чем больше это значение, тем больше электросопротивление будет у подходящего провода определенной длины. Меньшее ρ, как видно из перечня, у серебра, сопротивление 1-го метра из этого материала будет равно всего 0,015 Ом, но это очень дорогой сплав для использования его в промышленных масштабах. Последующим идет медь, которая в природе встречается еще почаще (не драгоценный, а цветной сплав). Потому медная проводка весьма всераспространена.

Применение медных проводников

Медь является не только лишь неплохим проводником электронного тока, да и весьма пластичным материалом. Благодаря этому свойству медная проводка лучше укладывается, она устойчива к извивам и растяжению.

Медь весьма нужна на рынке. Из этого материала создают огромное количество разных изделий:

• Большущее обилие проводников;
• Автозапчасти (к примеру, радиаторы);
• Часовые механизмы;
• Компьютерные составляющие;
• Детали электронных и электрических устройств.

Удельное электронное сопротивление меди является одним из наилучших посреди проводящих ток материалов, потому на ее базе создается огромное количество продуктов электроиндустрии. К тому же медь просто поддается пайке, потому весьма всераспространена в радиолюбительстве.

Зависимость электропроводности от температуры

Проводники электронного тока бывают первого и второго рода. Проводники первого рода — это сплавы. Проводники второго рода- это проводящие смеси жидкостей. Ток в первых переносят электроны, а переносчики тока в проводниках второго рода —ионы, заряженные частички электролитической воды.

Гласить о проводимости материалов можно лишь в контексте температуры окружающей среды. При наиболее высочайшей температуре проводники первого рода наращивают свое электросопротивление, а второго, напротив, уменьшают. Соответственно, существует температурный коэффициент сопротивления материалов. Удельное сопротивление меди Ом м растет при увеличении нагрева. Температурный коэффициент α тоже зависит лишь от материала, эта величина не имеет размерности и для различных металлов и сплавов равна последующим показателям:

• Серебро — 0,0035;
• Железо — 0,0066;
• Платина — 0,0032;
• Медь — 0,0040;
• Вольфрам — 0,0045;
• Ртуть — 0,0090;
• Константан — 0,000005;
• Никелин — 0,0003;
• Нихром — 0,00016.

Определение величины электросопротивления участка проводника при завышенной температуре R (t), рассчитывается по формуле:

R (t) = R (0) · [1+ α·(t-t (0))], где:

• R (0) — сопротивление при исходной температуре;
• α — температурный коэффициент;
• t — t (0) — разность температур.

К примеру, зная электросопротивление меди при 20 градусах Цельсия, можно вычислить, чему оно будет равно при 170 градусах, другими словами при нагреве на 150 градусов. Начальное сопротивление возрастет в [1+0,004·(170−20)] раз, другими словами в 1,6 раз.

При увеличении температуры проводимость материалов, напротив, миниатюризируется. Потому что это величина, оборотная электросопротивлению, то и миниатюризируется она ровно во столько же раз. К примеру, удельная электропроводность меди при нагреве материала на 150 градусов уменьшится в 1,6 раз.

Есть сплавы, которые фактически не изменяют собственного электросопротивления при изменении температуры. Такой, например, константан. При изменении температуры на 100 градусов его сопротивление возрастает всего на 0,5%.

Если проводимость материалов усугубляется с нагревом, она улучшается с снижением температуры. С сиим соединено такое явление, как сверхпроводимость. Если снизить температуру проводника ниже -253 градусов Цельсия, его электросопротивление резко уменьшится: фактически до нуля. В связи с сиим падают издержки на передачу электронной энергии. Единственной неувязкой оставалось остывание проводников до таковых температур. Но в связи с недавнешними открытиями высокотемпературных сверхпроводников на базе оксидов меди, охлаждать материалы приходится уже до применимых значений.

Удельное электронное сопротивление железных проводников

Любому веществу присуща способность проводить электроток в той либо другой степени. Этот показатель зависит от удельного сопротивления материала и обозначается греческой буковкой ρ («ро»). Данный параметр не зависит от агрегатного состояния, габаритов и формы проводника, в отличие от обыденного электронного сопротивления. Единица измерения — Омы, умноженные на мм квадратный и Сопротивление быть может:разбитые на метр (Ом x мм 2 ÷ м).

Описание критериев

Удельным электронным сопротивлением именуют величину, определяющую электронное сопротивление эталонной модели вещества. Нахождение данного параметра производится с помощью формулы удельного электронного сопротивления, которая имеет последующий вид:

• R — электросопротивление проводящего ток материала (указывает, какое противодействие оказывается электротоку в момент его прохождения через проводник) (Ом);
• S — значение сечения проводника (м 2 );
• l — длина провода (м).

Хоть какому материалу характерно проявление 2-ух типов сопротивления, которые зависят от электро энергии, подающегося на него. Существенное воздействие на технические свойства веществ может оказать переменный либо неизменный ток. Сопротивление быть может:

• активным либо омическим;
• реактивным или индуктивным.

1-ый тип происходит от энергозатрат на нагрев сплава (проводника) в момент прохождения через него электротока. Реактивное сопротивление возникает от неизбежных расходов на формирование разными преобразованиями тока, протекающего через проводник электронных полей. Удельное электросопротивление также разделяется на два типа:

1. В цепи неизменного тока;
2. Для контура с переменным током.

Этот параметр измеряется в Ом*м. Для того чтоб его отыскать, пользуются справочной литературой, формулой удельного сопротивления проводника и таблицами с различными размерностями удельного противодействия . Свободно передвигающиеся по месту электроны передвигаются в границах пространственного каркаса, который еще именуется кристаллической сеткой. Причины, действующие на характеристики удельного сопротивления — это температура, посторонние вещества и материал.

Сплавы, используемые в электротехнике

Для электрооборудования в качестве проводников часто употребляются драгоценные и цветные сплавы. Более нередко встречающиеся сплавы в электротехнике — это алюминий и медь. Удельное электронное сопротивление стали ненамного различается от удельного сопротивления железа и, в отличие от алюминия и меди, владеет достаточно высочайшими показателями.

Так как этот материал доступен, прочен и устойчив к механическим повреждениям и деформациям, он получил обширное применение электротехнической отрасли. Невзирая на то что у стали и железа имеется ряд существенных недочетов, производителям проводниковых материалов удалось отыскать методы их устранения. А именно, низкая способность противодействовать коррозии преодолевается с помощью омеднения либо оцинковывания жил железного кабеля.

Кабельная индустрия достаточно нередко употребляет свинец (хим обозначение Plumbum (Pb)) и никелин в качестве предохраняющего от коррозии материала.

Большая проводимость принадлежит серебру, но каковы бы ни были его положительные свойства, стоимость сплава очень высока для масштабного внедрения в сетях электроснабжения, потому общее внедрение в промышленной отрасли и для бытовых нужд получила медь.

По характеристике удельного коэффициента она занимает 2-ое пространство, а по простоте разработки месторождений и распространенности превалирует над серебром. К преимуществам меди, которые разрешают ей занять лидирующее пространство посреди других проводников, можно отнести:

• высшую коррозийную стойкость;
• механическую крепкость;
• ударопрочность;
• простоту закрепления способом сварки и пайки;
• способность поддаваться обработке (благодаря физическим свойствам меди, из нее можно получить лист или проволоку какой угодно толщины).

В электротехнической индустрии употребляется рафинированная медь, которая выходит методом выплавки из сульфидных руд. Опосля процесса термический обработки материала и выдувания происходит неотклонимая электролитическая чистка.

Таковая технологическая процедура очищения дозволяет получить сплав очень высочайшей марки с наименьшим содержанием примесей. Одно из принципиальных критерий заключается в наличии кислорода в очень малых пропорциях, так как он оказывает разрушительное воздействие на физические характеристики сплава.

Часто медь замещается наиболее экономными материалами, таковыми как алюминий, железо, бронза и разные сплавы. Такие соединения характеризуются наиболее высочайшим индексом прочности при сравнении с незапятанной медью, но проводимость у таковых составов меньше.

Индивидуальности вычислений электросопротивления

Измерение электросопротивления металлов осуществляется с помощью особых измерительных устройств — микроомметров. На нынешний денек они выпускаются в цифровом формате, потому информация, приобретенная с помощью их, различается высочайшей достоверностью. Разъясняется это тем, что железные изделия характеризуются высочайшей степенью проводимости и владеют максимально низким сопротивлением.

При использовании микроомметров возникает возможность стремительно и безошибочно установить свойство контакта и осознать, какое электросопротивление оказывают катушки трансформаторов, генераторов, электронных шин, также электродвигателей.

Используя данные электроприборы, можно с легкостью найти наличие включений остальных металлов в заготовке. Например, вольфрамовый слиток, обработанный золотым напылением, будет демонстрировать проводимость наполовину наименьшую, чем слиток золота, не имеющий примесей. Применяя данную методику, можно диагностировать внутренние неисправности и пустоты в проводниках.

Действие температур на замеры

Некие проводники при низких либо больших температурах могут оказывать существенное действие на характеристики измерительной аппаратуры. К примеру, если подсоединить к гальваническому элементу свернутую по спирали проволоку и потом подключить к данной цепи амперметр, будет приметно, как уменьшаются показания измерительного устройства по мере нагревания проводника.

Силе тока присуща назад пропорциональная зависимость от противодействия. Можно придти к заключению, что вследствие увеличения температуры электропроводимость сплава сокращается. Таковыми качествами владеют все железные проводники в той либо другой степени, но у отдельных сплавов конфигурации электропроводимости фактически не происходят.

Любопытно отметить, что у водянистых проводников и неких жестких неметаллов имеется тенденция к уменьшению собственного сопротивления при повышении температуры. Да и это свойство металлов ученым удалось направить в свою пользу. Располагая данными о температурном коэффициенте сопротивления (α) при нагревании отдельных материалов, может быть определять внешную температуру.

Так, чтоб выяснить температуру снутри печи, в нее помещают платиновую проволоку, прикрепленную к скелету из прозрачного слоистого минерала (слюды), потом делают застыл сопротивления. Исходя из того, как очень его значение поменялось, приходят к заключению относительно температуры. Таковой устройство носит заглавие указатель температуры сопротивления.

Металлопленочные резисторы владеют хорошими качествами термостабильности. Это можно достигнуть не только лишь благодаря низкому удельному сопротивлению материала, да и благодаря механическому устройству самого терморезистора. Для производства резисторов употребляется огромное количество различных сплавов и металлов.