Питомий електричний опір алюмінієвого дроту. Питомий опір та надпровідність

Питомий опірмідіце фізичне поняття, що зустрічає в електротехніці. Що це, запитайте Ви.

Отже, почнемо з поняття - опір провідника, що означає процес проходження через нього електрики. В даному випадку провідником буде мідь, а значить її властивості ми і розглядатимемо.

У всіх металах є конкретна будова у вигляді кристалічних ґрат. На кожному з кутів цих ґрат є атоми, які періодично коливаються щодо вузлів. Коли атоми відштовхуються або притягуються один до одного, це впливає на знаходження та розташування всіх вузлів, у всіх металах по-різному. Оточення атомів займають електрони, які здійснюють обертання за своєю орбітою, утримуючись на ній завдяки рівновазі сил.

Для любителів справжнього морозива! Є цікава пропозиція, на сайті http://oceanpower.ru/category/id001/. Зайдіть і дізнайтесь про настільні фризери для м'якого морозива і не тільки.

Як же реагує мідь, коли до неї застосовується електричне поле. Всередині даного провідникавсі відірвані електросилою електрони, від своєї орбіти, прагнуть полюса зі знаком плюс. Цей рух і називається електричним струмом. Під час руху електрони стикаються з атомами та іншими електронами, які не були відірвані від своїх орбіт. При цьому електрони, що зіткнулися, змінюють напрямок і втрачається їх енергія. Це і є основне визначення опору провідника. Тобто це грати атоми з електронами, що обертаються за своїми орбітами, які і створюють опір зірваним з орбіт рухомих електродів провідника.

Однак опір залежить також від кількох факторів, вона індивідуальна для кожного з металів. На неї впливає розмір кристалічних ґрат і температура. Коли температура провідника підвищується, його атоми роблять більш часті коливання. А отже, і електрони рухаються з найбільшою швидкістю та опором, а орбіти будуть більшими за радіусом.

Значення питомого опір міді перебувати у довідкових таблицях з фізики. Воно становить 0,0175 Ом*мм2/м при температурі 20 градусів. Найближчим металом за значенням до міді буде алюміній = 0,0271Ом*мм2/м. Провідність мідіпоступається лише сріблу = 0,016 Ом * мм2/м. про що свідчить її широке застосування, наприклад, силових кабеляхабо у різноманітних провідниках. Однак без міді не створити силові трансформатори та двигуни маленьких енергозберігаючих приладів.

Потрібно знати позначення питомого опору, оскільки не можна проводити обчислення загального опору різних провідників, під час розробки чи проектування нових приладів. І тому існує формула:

R=p*I/S

в якій: R – буде загальним опором провідників, р – буде питомим опором металів, I – буде довгою конкретного провідника, S – площею перерізу провідників.

Якщо матеріал був корисний, відблагорити наш сайт ви можете, зробивши пожертвування.
Будь-яку сумуна розвиток проекту ви можете

До кожного провідника існує поняття питомого опору. Ця величина складається з Омов, що множаться на квадратний міліметр, далі, поділеного на один метр. Іншими словами, це опір провідника, довжина якого становить 1 метр, а перетин – 1 мм2. Те ж саме являє собою питомий опір міді - унікального металу, що набув широкого поширення в електротехніці та енергетиці.

Властивості міді

Завдяки своїм властивостям цей метал одним із перших почав застосовуватися в галузі електрики. Насамперед, мідь є ковким та пластичним матеріалом з відмінними властивостями електропровідності. До цього часу в енергетиці немає рівноцінної заміни цього провідника.

Особливо цінуються властивості спеціальної електролітичної міді, що має високу чистоту. Цей матеріал дозволив випускати дроти з мінімальною товщиноюв 10 мікронів.

Крім високої електропровідності, мідь дуже добре піддається лудженню та іншим видам обробки.

Мідь та її питомий опір

Будь-який провідник чинить опір, якщо через нього пропустити електричний струм. Значення залежить від довжини провідника та його перерізу, а також від дії певних температур. Тому питомий опір провідників залежить не тільки від самого матеріалу, але і від його певної довжини та площі поперечного перерізу. Чим легше матеріал пропускає через себе заряд, тим нижчий його опір. Для міді показник питомого опору становить 0,0171 Ом х 1 мм2/1 м і лише трохи поступається сріблу. Однак, використання срібла в промислових масштабах економічно невигідне, тому мідь є кращим провідником, що використовується в енергетиці.

Питомий опір міді пов'язаний і з високою провідністю. Ці величини прямо протилежні між собою. Властивості міді як провідника залежать і від температурного коефіцієнта опору. Особливо це стосується опір, на який впливає температура провідника.

Таким чином, завдяки своїм властивостям, мідь набула широкого поширення не тільки як провідник. Цей метал використовується у більшості приладів, пристроїв та агрегатів, функціонування яких пов'язане з електричним струмом.

На досвіді встановлено, що опір Rметалевого провідника прямо пропорційно його довжині Lі обернено пропорційно площі його поперечного перерізу А:

R = ρ L/ А (26.4)

де коефіцієнт ρ називається питомим опором і є характеристикою речовини, з якої виготовлений провідник. Це відповідає здоровому глузду: опір товстого дроту має бути меншим, ніж тонкого, оскільки в товстому дроті електрони можуть переміщатися по більшої площі. І очікується зростання опору зі збільшенням довжини провідника, оскільки збільшується кількість перешкод по дорозі потоку електронів.

Типові значення ρ для різних матеріалівнаведено у першому стовпці табл. 26.2. (Реальні значення залежать від чистоти речовини, термічної обробки, температури та інших факторів.)

Таблиця 26.2. Питомий опір та температурний коефіцієнт опору (ТКС) (при 20 °С)
Речовина	ρ ,Ом · м	ТКС α ,°C -1
Провідники
Срібло	1,59 · 10 -8	0,0061
Мідь	1,68 · 10 -8	0,0068
Алюміній	2,65 · 10 -8	0,00429
Вольфрам	5,6 · 10 -8	0,0045
Залізо	9,71 · 10 -8	0,00651
Платина	10,6 · 10 -8	0,003927
Ртуть	98 · 10 -8	0,0009
Ніхром (сплав Ni, Fe, Сг)	100 · 10 -8	0,0004
Напівпровідники 1)
Вуглець (графіт)	(3-60) · 10 -5	-0,0005
Німеччина	(1-500) · 10 -5	-0,05
Кремній	0,1 - 60	-0,07
Діелектрики
Скло	10 9 - 10 12
Гума тверда	10 13 - 10 15
1) Реальні значення сильно залежить від наявності навіть малої кількості домішок.

Найнижчий питомий опір має срібло, яке виявляється, таким чином, найкращим провідником; проте воно дороге. Небагато уступає сріблу мідь; ясно, чому дроти найчастіше виготовляють із міді.

Питомий опір алюмінію вище, ніж у міді, проте він має набагато меншу щільність, і в деяких випадках йому віддають перевагу (наприклад, лініях електропередач), оскільки опір проводів з алюмінію тієї ж маси виявляється менше, ніж у мідних. Часто користуються величиною, оберненою до питомого опору:

σ = 1/ρ (26.5)

σ званою питомою провідністю. Питома провідність вимірюється в одиницях (Ом · м) -1.

Питомий опір речовини залежить від температури. Як правило, опір металів зростає із температурою. Цьому не слід дивуватися: з підвищенням температури атоми рухаються швидше, їх розташування стає менш упорядкованим, і очікується, що вони сильніше заважатимуть руху потоку електронів. У вузьких діапазонах зміни температури питомий опір металу збільшується з температурою практично лінійно:

де ρ T- питомий опір за температури Т, ρ 0 - питомий опір за стандартної температури Т 0 , а α – температурний коефіцієнт опору (ТКС). Значення а наведено у табл. 26.2. Зауважимо, що напівпровідники ТКС може бути негативним. Це очевидно, оскільки зі зростанням температури збільшується кількість вільних електронів і вони покращують провідні властивості речовини. Таким чином, опір напівпровідника з підвищенням температури може зменшуватися (хоч і не завжди).

Значення а залежать від температури, тому слід звертати увагу на діапазон температур, у межах якого справедливо це значення (наприклад, за довідником фізичних величин). Якщо діапазон зміни температури виявиться широким, то лінійність буде порушуватися, і замість (26.6) треба використовувати вираз, що містить члени, які залежать від другого і третього ступенів температури:

ρ T = ρ 0 (1+αТ+ + βТ 2 + γТ 3),

де коефіцієнти β і γ зазвичай дуже малі (ми поклали Т 0 = 0°С), але за великих Твнесок цих членів стає суттєвим.

При дуже низьких температурах питомий опір деяких металів, а також сплавів та з'єднань знижується в межах точності сучасних вимірювань до нуля. Цю властивість називають надпровідністю; вперше його спостерігав нідерландський фізик Гейке Камер-лінг-Оннес (1853-1926) у 1911 р. при охолодженні ртуті нижче 4,2 К. За цієї температури електричний опір ртуті раптово падало до нуля.

Надпровідники переходять у надпровідний стан нижче температури переходу, що становить зазвичай кілька градусів Кельвіна (трохи вище за абсолютний нуль). Спостерігався електричний струм у надпровідному кільці, який практично не слабшав за відсутності напруги протягом кількох років.

В останні рокинадпровідність інтенсивно досліджується з метою з'ясувати її механізм і знайти матеріали, що мають надпровідність за більш високих температур, щоб зменшити вартість і незручності, зумовлені необхідністю охолодження до дуже низьких температур. Першу успішну теорію надпровідності створили Бардін, Купер та Шриффер у 1957 р. Надпровідники вже використовуються у великих магнітах, де магнітне поле створюється електричним струмом (див. гл. 28), що значно знижує витрати електроенергії. Зрозуміло, для підтримки надпровідника за низької температури теж витрачається енергія.

Зауваження та пропозиції приймаються за адресою [email protected]

Часто в електротехнічній літературі зустрічається поняття "питома мідь". І мимоволі запитуєш, а що ж це таке?

Поняття «опір» будь-якого провідника безупинно пов'язані з розумінням процесу протікання ньому електричного струму. Оскільки мова у статті піде про опір міді, то й розглядати нам слід її властивості та властивості металів.

Коли йдеться про метали, то мимоволі згадуєш, що всі вони мають певну будову – кристалічну решітку. Атоми знаходяться у вузлах такої решітки і здійснюють щодо них Відстань та місцезнаходження цих вузлів залежить від сил взаємодії атомів один з одним (відштовхування та тяжіння), і різні для різних металів. А навколо атомів своїми орбітами обертаються електрони. Їх утримує на орбіті також рівновага сил. Тільки це до атома і відцентрова. Уявили собі картинку? Можна назвати її, у певному плані, статичною.

А тепер додамо динаміки. На шматок міді починає діяти електричне поле. Що ж відбувається усередині провідника? Електрони, зірвані силою електричного поля зі своїх орбіт, прямують до його позитивного полюса. Ось Вам і спрямований рух електронів, а точніше електричний струм. Але на шляху свого руху вони натикаються на атоми у вузлах кристалічних ґрат і електрони, що ще продовжують обертатися навколо своїх атомів. При цьому вони втрачають свою енергію та змінюють напрямок руху. Тепер стає трохи зрозумілішим сенс фрази «опір провідника»? Це атоми ґрат і електрони, що обертаються навколо них, чинять опір спрямованому руху електронів, зірваних електричним полем зі своїх орбіт. Але поняття опір провідника можна назвати загальною характеристикою. Більш індивідуально характеризує кожен провідник питомий опір. Міді у тому числі. Ця характеристика індивідуальна для кожного металу, оскільки безпосередньо залежить тільки від форми і розмірів кристалічних ґрат і, певною мірою, від температури. При підвищенні температури провідника атоми здійснюють більш інтенсивне коливання у вузлах ґрат. А електрони обертаються навколо вузлів із більшою швидкістю та на орбітах більшого радіусу. І, природно, що вільні електрони під час руху зустрічають і більший опір. Такою є фізика процесу.

Для потреб електротехнічної сфери налагоджено широке виробництво таких металів як алюміній і мідь, питомий опір яких досить мало. З цих металів виготовляють кабелі та різного типу дроту, які широко використовуються у будівництві, для виробництва побутових приладів, виготовлення шин, обмоток трансформаторів та інших електротехнічних виробів