Apariția unui curent electric are loc atunci când circuitul este închis, când apare o diferență de potențial la bornele. Mișcarea electronilor liberi într-un conductor se realizează sub acțiunea unui câmp electric. În procesul de mișcare, electronii se ciocnesc cu atomii și le transferă parțial energia acumulată. Acest lucru duce la o scădere a vitezei lor de mișcare. Mai târziu, sub influența câmpului electric, viteza electronilor crește din nou. Rezultatul unei astfel de rezistențe este încălzirea conductorului prin care trece curentul. Există diferite moduri de a calcula această valoare, inclusiv formula de rezistivitate, care este utilizată pentru materiale cu proprietăți fizice individuale.
Rezistență electrică
Esența rezistenței electrice constă în capacitatea unei substanțe de a transforma energia electrică în energie termică în timpul acțiunii unui curent. Această valoare este indicată de simbolul R, iar Ohm este folosit ca unitate de măsură. Valoarea rezistenței în fiecare caz este legată de capacitatea unuia sau altuia.
În procesul cercetării s-a stabilit o dependență de rezistență. Una dintre principalele calități ale materialului este rezistivitatea acestuia, care variază în funcție de lungimea conductorului. Adică, odată cu creșterea lungimii firului, crește și valoarea rezistenței. Această dependență este definită ca fiind direct proporțională.
O altă proprietate a unui material este aria sa transversală. Reprezintă dimensiunile secțiunii transversale a conductorului, indiferent de configurația acestuia. În acest caz, se obține o relație invers proporțională, când scade odată cu creșterea ariei secțiunii transversale.
Un alt factor care afectează rezistența este materialul în sine. În timpul cercetării, s-au găsit rezistențe diferite la diferite materiale. Astfel, s-au obținut valorile rezistențelor electrice specifice pentru fiecare substanță.
S-a dovedit că cei mai buni conductori sunt metalele. Dintre acestea, argintul are cea mai scăzută rezistență și o conductivitate ridicată. Sunt folosite în cele mai critice locuri ale circuitelor electronice, în plus, cuprul are un cost relativ scăzut.
Substantele cu o rezistivitate foarte mare sunt considerate conductoare slabe de curent electric. Prin urmare, ele sunt folosite ca materiale izolante. Proprietățile dielectrice sunt cele mai caracteristice porțelanului și ebonitei.
Astfel, rezistivitatea conductorului este de mare importanță, deoarece poate fi folosită pentru a determina materialul din care a fost realizat conductorul. Pentru a face acest lucru, se măsoară aria secțiunii transversale, se determină puterea curentului și tensiunea. Acest lucru vă permite să setați valoarea rezistivității electrice, după care, folosind un tabel special, puteți determina cu ușurință substanța. Prin urmare, rezistivitatea este una dintre cele mai caracteristice caracteristici ale unui material. Acest indicator vă permite să determinați cea mai optimă lungime a circuitului electric, astfel încât echilibrul să fie menținut.
Formulă
Pe baza datelor obținute, se poate concluziona că rezistivitatea va fi considerată rezistența oricărui material cu o unitate de suprafață și o unitate de lungime. Adică, o rezistență egală cu 1 ohm apare la o tensiune de 1 volt și un curent de 1 amper. Acest indicator este influențat de gradul de puritate a materialului. De exemplu, dacă la cupru se adaugă doar 1% mangan, atunci rezistența acestuia va crește de 3 ori.
Rezistivitatea și conductivitatea materialelor
Conductivitatea și rezistivitatea sunt considerate de regulă la o temperatură de 20 0 C. Aceste proprietăți vor diferi pentru diferite metale:
- Cupru. Cel mai adesea folosit pentru fabricarea de fire și cabluri. Are rezistență ridicată, rezistență la coroziune, prelucrare ușoară și simplă. În cuprul bun, proporția de impurități nu este mai mare de 0,1%. Dacă este necesar, cuprul poate fi folosit în aliaje cu alte metale.
- Aluminiu. Greutatea sa specifică este mai mică decât cea a cuprului, dar are o capacitate termică și un punct de topire mai mari. Este nevoie de mult mai multă energie pentru a topi aluminiul decât cuprul. Impuritățile din aluminiu de înaltă calitate nu depășesc 0,5%.
- Fier. Alături de disponibilitate și cost redus, acest material are o rezistivitate ridicată. În plus, are rezistență scăzută la coroziune. Prin urmare, se practică acoperirea conductoarelor de oțel cu cupru sau zinc.
Formula de rezistență specifică la temperaturi scăzute este luată în considerare separat. În aceste cazuri, proprietățile acelorași materiale vor fi complet diferite. Pentru unii dintre ei, rezistența poate scădea la zero. Acest fenomen se numește supraconductivitate, în care caracteristicile optice și structurale ale materialului rămân neschimbate.
În practică, este adesea necesar să se calculeze rezistența diferitelor fire. Acest lucru se poate face folosind formule sau conform datelor prezentate în tabel. unu.
Influența materialului conductor este luată în considerare folosind rezistivitatea, notată cu litera greacă? și reprezentând o lungime de 1 m și o suprafață a secțiunii transversale de 1 mm2. Cea mai mică rezistivitate? \u003d 0,016 Ohm mm2 / m are argint. Să dăm valoarea medie a rezistenței specifice a unor conductori:
Argint - 0,016 , Plumb - 0,21, Cupru - 0,017, Nichel - 0,42, Aluminiu - 0,026, Manganină - 0,42, Tungsten - 0,055, Constantan - 0,5, Zinc - 0,06, Mercur - 0,96, Alama - 0,5 - 0,071, Oțel Nicrom - 0,5 - 0,071. - 1,2, Bronz fosfor - 0,11, Khromal - 1,45.Cu cantități diferite de impurități și cu rapoarte diferite ale componentelor care alcătuiesc aliajele reostatice, rezistivitatea se poate modifica oarecum.
Rezistența se calculează cu formula:
unde R - rezistența, Ohm; rezistivitate, (Ohm mm2)/m; l - lungimea firului, m; s este aria secțiunii transversale a firului, mm2.
Dacă diametrul firului d este cunoscut, atunci aria sa transversală este:
Cel mai bine este să măsurați diametrul firului cu un micrometru, dar dacă nu este disponibil, atunci înfășurați strâns 10 sau 20 de spire de sârmă pe un creion și măsurați lungimea înfășurării cu o riglă. Împărțind lungimea înfășurării la numărul de spire, găsim diametrul firului.
Pentru a determina lungimea unui fir de diametru cunoscut dintr-un material dat, necesar pentru a obține rezistența dorită, utilizați formula
Tabelul 1.
Notă. 1. Datele pentru firele care nu sunt enumerate în tabel trebuie luate ca niște valori medii. De exemplu, pentru un fir de nichelină cu un diametru de 0,18 mm, putem presupune aproximativ că aria secțiunii transversale este de 0,025 mm2, rezistența unui metru este de 18 ohmi și curentul admisibil este de 0,075 A.
2. Pentru o valoare diferită a densității de curent, datele ultimei coloane trebuie modificate corespunzător; de exemplu, la o densitate de curent de 6 A/mm2, acestea ar trebui dublate.
Exemplul 1. Aflați rezistența a 30 m de sârmă de cupru cu diametrul de 0,1 mm.
Soluţie. Determinăm conform tabelului. 1 rezistență de 1 m de sârmă de cupru, este egală cu 2,2 ohmi. Prin urmare, rezistența a 30 m de sârmă va fi R = 30 2,2 = 66 ohmi.
Calculul prin formule dă următoarele rezultate: aria secțiunii transversale a firului: s= 0,78 0,12 = 0,0078 mm2. Deoarece rezistivitatea cuprului este de 0,017 (Ohm mm2) / m, obținem R \u003d 0,017 30 / 0,0078 \u003d 65,50 m.
Exemplul 2. Câtă sârmă de nichel cu diametrul de 0,5 mm este necesară pentru a realiza un reostat cu o rezistență de 40 ohmi?
Soluţie. Conform tabelului 1 determinăm rezistența a 1 m a acestui fir: R = 2,12 Ohm: Prin urmare, pentru a realiza un reostat cu rezistența de 40 Ohm, aveți nevoie de un fir a cărui lungime este l = 40 / 2,12 = 18,9 m.
Să facem același calcul folosind formulele. Găsim aria secțiunii transversale a firului s \u003d 0,78 0,52 \u003d 0,195 mm2. Și lungimea firului va fi l \u003d 0,195 40 / 0,42 \u003d 18,6 m.
Conţinut:Rezistivitatea metalelor este capacitatea lor de a rezista curentului electric care trece prin ele. Unitatea de măsură a acestei valori este Ohm * m (Ohm-metru). Litera greacă ρ (rho) este folosită ca simbol. Rezistivitatea ridicată înseamnă o conducere slabă a sarcinii electrice de către un anumit material.
Specificații de oțel
Înainte de a analiza în detaliu rezistivitatea oțelului, ar trebui să vă familiarizați cu proprietățile sale fizice și mecanice de bază. Datorită calităților sale, acest material este utilizat pe scară largă în sectorul de producție și în alte domenii ale vieții și activităților oamenilor.
Oțelul este un aliaj de fier și carbon, conținut într-o cantitate care nu depășește 1,7%. Pe lângă carbon, oțelul conține o anumită cantitate de impurități - siliciu, mangan, sulf și fosfor. In ceea ce priveste calitatile sale, este mult mai buna decat fonta, este usor de calit, forjat, laminat si alte tipuri de prelucrare. Toate tipurile de oțeluri se caracterizează prin rezistență și ductilitate ridicate.
În funcție de scopul său, oțelul este împărțit în structural, instrument și, de asemenea, cu proprietăți fizice speciale. Fiecare dintre ele conține o cantitate diferită de carbon, datorită căreia materialul dobândește anumite calități specifice, de exemplu, rezistență la căldură, rezistență la căldură, rezistență la rugină și coroziune.
Un loc aparte îl ocupă oțelurile electrice produse în format tablă și utilizate la fabricarea produselor electrice. Pentru a obține acest material se efectuează dopaje cu siliciu, care îi poate îmbunătăți proprietățile magnetice și electrice.
Pentru ca oțelul electric să dobândească caracteristicile necesare, trebuie îndeplinite anumite cerințe și condiții. Materialul trebuie să fie ușor magnetizat și remagnetizat, adică să aibă o permeabilitate magnetică ridicată. Astfel de oțeluri sunt bune, iar inversarea magnetizării lor se realizează cu pierderi minime.
Dimensiunile și masa miezurilor magnetice și înfășurărilor, precum și eficiența transformatoarelor și temperatura de funcționare a acestora depind de respectarea acestor cerințe. Îndeplinirea condițiilor este influențată de mulți factori, inclusiv de rezistivitatea oțelului.
Rezistivitate și alți indicatori
Valoarea rezistivității electrice este raportul dintre intensitatea câmpului electric din metal și densitatea curentului care curge în el. Pentru calcule practice se utilizează formula: în care ρ este rezistivitatea metalului (Ohm * m), E- intensitatea câmpului electric (V/m) și J- densitatea curentului electric în metal (A/m 2). Cu o putere foarte mare a câmpului electric și o densitate scăzută de curent, rezistivitatea metalului va fi ridicată.
Există o altă mărime numită conductivitate electrică, inversa rezistivității, care indică gradul de conductivitate a curentului electric de către un anumit material. Este determinat de formula și este exprimat în unități de Sm / m - Siemens pe metru.
Rezistivitatea este strâns legată de rezistența electrică. Cu toate acestea, au diferențe între ei. În primul caz, aceasta este o proprietate a materialului, inclusiv a oțelului, iar în al doilea caz, este determinată proprietatea întregului obiect. Calitatea unui rezistor este influențată de o combinație de mai mulți factori, în primul rând forma și rezistivitatea materialului din care este fabricat. De exemplu, dacă a fost folosit un fir subțire și lung pentru a face un rezistor de sârmă, atunci rezistența acestuia va fi mai mare decât cea a unui rezistor realizat dintr-un fir gros și scurt din același metal.
Un alt exemplu sunt rezistențele de sârmă de același diametru și lungime. Cu toate acestea, dacă într-una dintre ele materialul are o rezistivitate ridicată, iar în celălalt este scăzută, atunci, în consecință, rezistența electrică a primului rezistor va fi mai mare decât a celui de-al doilea.
Cunoscând proprietățile de bază ale materialului, puteți utiliza rezistivitatea oțelului pentru a determina valoarea rezistenței conductorului de oțel. Pentru calcule, pe lângă rezistivitatea electrică, vor fi necesare diametrul și lungimea firului în sine. Calculele se efectuează după următoarea formulă: , în care R este (Ohm), ρ - rezistivitatea oțelului (Ohm * m), L- corespunde lungimii firului, DAR- zona secțiunii sale transversale.
Există o dependență a rezistivității oțelului și a altor metale de temperatură. În majoritatea calculelor, se utilizează temperatura camerei - 20 0 C. Toate modificările sub influența acestui factor sunt luate în considerare folosind coeficientul de temperatură.
Convertor de lungime și distanță Convertor de masă Convertor de volum pentru alimente și alimente în vrac Convertor de zonă Convertor de volum și rețetă Convertor de unități Convertor de temperatură Convertor de presiune, stres, modul Young Convertor de energie și de lucru Convertor de putere Convertor de forță Convertor de timp Convertor de viteză liniar Convertor de unghi plat Convertor de eficiență termică și eficiență a combustibilului de numere în diferite sisteme numerice Convertor de unități de măsură ale cantității de informații Rate valutare Dimensiunile îmbrăcămintei și pantofilor pentru femei Dimensiunile îmbrăcămintei și pantofilor pentru bărbați Convertor de viteză unghiulară și de frecvență de rotație Convertor de accelerație Convertor de accelerație unghiulară Convertor de densitate Convertor de volum specific Convertor de moment de inerție Moment Convertor de forță Convertor de cuplu Convertor de putere calorică specifică (în masă) Convertor de densitate energetică și de putere calorică specifică combustibilului (după volum) Convertor de diferență de temperatură Convertor de coeficient Coeficient de dilatare termică Convertor de rezistență termică Convertor de conductivitate termică Convertor de capacitate termică specifică Convertor de expunere la energie și de putere radiantă Convertor de densitate a fluxului de căldură Convertor de coeficient de transfer de căldură Convertor de debit de volum Convertor de debit de masă Convertor de debit molar Convertor de densitate de flux de masă Convertor de concentrație molară Convertor de suprafață cinematică Convertor de dieci Convertor de transmisie Convertor de permeabilitate la vapori și de viteză de transfer de vapori Convertor de nivel de sunet Convertor de sensibilitate microfon Convertor de nivel de presiune sonoră (SPL) Convertor de nivel de presiune sonoră cu presiune de referință selectabilă Convertor de luminozitate Convertor de intensitate luminoasă Convertor de iluminare Convertor de rezoluție computer Grafic Convertor de frecvență și lungime de undă Putere la dioptrie x și Lungimea focală Dioptrie Putere și mărire a lentilei (×) Convertor de încărcare electrică Convertor de densitate de încărcare liniară Convertor de densitate de încărcare de suprafață Convertor de densitate de încărcare volumetrică Convertor de curent electric Convertor de densitate de curent liniar Convertor de densitate de curent de suprafață Convertor de intensitate a câmpului electric Convertor de potențial și tensiune electrostatic Convertor Rezistență electrică Convertor de rezistivitate electrică Convertor de conductivitate electrică Convertor de conductivitate electrică Convertor de capacitate de inductanță Convertor American Wire Gauge Niveluri în dBm (dBm sau dBmW), dBV (dBV), wați etc. unități Convertor de forță magnetică Convertor de intensitate a câmpului magnetic Convertor de flux magnetic Convertor de inducție magnetică Radiație. Radiații ionizante absorbite de doză Convertor Radioactivitate. Radiație Convertor Dezintegrare Radioactivă. Radiație de convertizor de doză de expunere. Convertor de doză absorbită Convertor de prefix zecimal Transfer de date Convertor de unități tipografice și de procesare a imaginii Convertor de unități de volum de lemn Calculul masei molare Tabel periodic al elementelor chimice de D. I. Mendeleev
1 ohm centimetru [ohm cm] = 0,01 ohm metru [ohm m]
Valoarea initiala
Valoare convertită
ohm metru ohm centimetru ohm inch microohm centimetru microohm inch abohm centimetru stat per centimetru circular mil ohm per foot ohm sq. milimetru pe metru
Ferofluide
Mai multe despre rezistivitatea electrică
Informatii generale
De îndată ce electricitatea a părăsit laboratoarele oamenilor de știință și a început să fie introdusă pe scară largă în practica vieții de zi cu zi, s-a pus problema găsirii unor materiale care au anumite caracteristici, uneori complet opuse, în raport cu fluxul de curent electric prin ele.
De exemplu, la transmiterea energiei electrice pe o distanță lungă, au fost impuse cerințe asupra materialului firelor pentru a minimiza pierderile datorate încălzirii Joule în combinație cu caracteristicile de greutate redusă. Un exemplu în acest sens sunt liniile electrice de înaltă tensiune cunoscute, realizate din fire de aluminiu cu miez de oțel.
Sau, invers, pentru a crea încălzitoare electrice tubulare compacte, au fost necesare materiale cu o rezistență electrică relativ mare și stabilitate termică ridicată. Cel mai simplu exemplu de dispozitiv care utilizează materiale cu proprietăți similare este arzătorul unei sobe electrice obișnuite de bucătărie.
Conductorii utilizați în biologie și medicină ca electrozi, sonde și sonde necesită rezistență chimică ridicată și compatibilitate cu biomaterialele, combinate cu rezistență scăzută la contact.
O întreagă galaxie de inventatori din diferite țări: Anglia, Rusia, Germania, Ungaria și SUA și-au pus eforturile în dezvoltarea unui astfel de dispozitiv acum familiar tuturor ca lampă incandescentă. Thomas Edison, după ce a efectuat mai mult de o mie de experimente pentru a testa proprietățile materialelor potrivite pentru rolul filamentelor, a creat o lampă cu o spirală de platină. Lămpile Edison, deși aveau o durată de viață lungă, nu erau practice din cauza costului ridicat al materialului sursă.
Lucrările ulterioare ale inventatorului rus Lodygin, care a propus folosirea tungstenului și molibdenului refractar relativ ieftine cu o rezistivitate mai mare ca materiale cu filet, a găsit o aplicație practică. În plus, Lodygin a propus pomparea aerului din becurile incandescente, înlocuirea acestuia cu gaze inerte sau nobile, ceea ce a dus la crearea lămpilor cu incandescență moderne. Pionierul producției în masă a lămpilor electrice accesibile și durabile a fost General Electric, căreia Lodygin i-a cesionat drepturile asupra patentelor sale și apoi a lucrat cu succes în laboratoarele companiei pentru o lungă perioadă de timp.
Această listă poate fi continuată, deoarece mintea umană iscoditoare este atât de inventiva încât uneori, pentru a rezolva o anumită problemă tehnică, are nevoie de materiale cu proprietăți până acum necunoscute sau cu combinații incredibile ale acestor proprietăți. Natura nu mai ține pasul cu poftele noastre, iar oamenii de știință din întreaga lume s-au alăturat cursei pentru a crea materiale care nu au analogi naturali.
Una dintre cele mai importante caracteristici ale materialelor naturale și sintetizate este rezistivitatea electrică. Un exemplu de dispozitiv electric în care această proprietate este utilizată în forma sa cea mai pură este o siguranță care protejează echipamentele noastre electrice și electronice de efectele curentului care depășește valorile admise.
În același timp, trebuie remarcat faptul că sunt înlocuitori de casă pentru siguranțele standard, realizate fără cunoașterea rezistenței specifice a materialului, care provoacă uneori nu numai arderea diferitelor elemente ale circuitelor electrice, ci și incendii în case și aprinderea cablajului la mașini.
Același lucru este valabil și pentru înlocuirea siguranțelor în rețelele de alimentare, atunci când este instalată o siguranță cu un curent nominal de funcționare mai mare în locul unei siguranțe cu un rating mai mic. Acest lucru duce la supraîncălzirea cablajului electric și chiar, ca urmare, la apariția unor incendii cu consecințe triste. Acest lucru este valabil mai ales pentru casele cu cadru.
Referință istorică
Conceptul de rezistivitate electrică a apărut datorită lucrărilor faimosului fizician german Georg Ohm, care a fundamentat teoretic și, în cursul a numeroase experimente, a demonstrat relația dintre puterea curentului, forța electromotoare a bateriei și rezistența tuturor părților circuit, descoperind astfel legea circuitului electric elementar, numit apoi după el. Ohm a investigat dependența mărimii curentului care curge de mărimea tensiunii aplicate, de lungimea și forma materialului conductor, precum și de tipul de material folosit ca mediu conductor.
În același timp, trebuie să aducem un omagiu muncii lui Sir Humphrey Davy, un chimist, fizician și geolog englez, care a fost primul care a stabilit dependența rezistenței electrice a unui conductor de lungimea și aria secțiunii sale transversale și a remarcat, de asemenea, dependența conductivității electrice de temperatură.
Investigand dependența fluxului de curent electric de tipul de materiale, Ohm a descoperit că fiecare material conductor disponibil avea o caracteristică inerentă de rezistență la fluxul de curent.
Trebuie remarcat faptul că pe vremea lui Ohm, unul dintre cei mai răspândiți conductori de astăzi - aluminiul - avea statutul de metal deosebit de prețios, așa că Ohm s-a limitat la experimente cu cupru, argint, aur, platină, zinc, cositor, plumb. și fierul de călcat.
În cele din urmă, Ohm a introdus conceptul de rezistivitate electrică a unui material ca o caracteristică fundamentală, neștiind absolut nimic despre natura fluxului de curent în metale sau despre dependența rezistenței acestora de temperatură.
Rezistenta electrica specifica. Definiție
Rezistivitatea electrică sau pur și simplu rezistivitatea este o caracteristică fizică fundamentală a unui material conductiv care caracterizează capacitatea unei substanțe de a împiedica trecerea unui curent electric. Se notează cu litera greacă ρ (pronunțată rho) și se calculează din formula empirică de calcul a rezistenței obținută de Georg Ohm.
sau de aici
unde R este rezistența în ohmi, S este aria în m²/, L este lungimea în m
Unitatea de măsură a rezistivității electrice în Sistemul internațional de unități SI este exprimată în Ohm m.
Aceasta este rezistența unui conductor cu o lungime de 1 m și o suprafață a secțiunii transversale de 1 m² / o valoare de 1 ohm.
În inginerie electrică, pentru comoditatea calculelor, se obișnuiește să se utilizeze derivata rezistivității electrice, exprimată în Ohm mm² / m. Valorile de rezistivitate pentru cele mai comune metale și aliajele acestora pot fi găsite în cărțile de referință relevante.
Tabelele 1 și 2 prezintă valorile rezistivității diferitelor materiale cele mai comune.
Tabelul 1. Rezistivitatea unor metale
Tabelul 2. Rezistivitatea aliajelor comune
Rezistența electrică specifică a diferitelor medii. Fizica fenomenelor
Rezistențe electrice specifice ale metalelor și aliajelor acestora, semiconductori și dielectrici
Astăzi, înarmați cu cunoștințe, suntem capabili să precalculam rezistivitatea electrică a oricărui material, atât natural, cât și sintetizat, pe baza compoziției sale chimice și a stării fizice asumate.
Aceste cunoștințe ne ajută să folosim mai bine posibilitățile materialelor, uneori destul de exotice și unice.
Având în vedere ideile predominante, din punct de vedere al fizicii, solidele sunt împărțite în substanțe cristaline, policristaline și amorfe.
Cea mai ușoară cale, în ceea ce privește calculul tehnic al rezistivității sau măsurarea acesteia, este cazul substanțelor amorfe. Nu au o structură cristalină pronunțată (deși pot avea incluziuni microscopice ale unor astfel de substanțe), sunt relativ omogene ca compoziție chimică și prezintă proprietăți caracteristice unui anumit material.
Pentru substanțele policristaline formate dintr-o colecție de cristale relativ mici de aceeași compoziție chimică, comportamentul proprietăților nu este foarte diferit de comportamentul substanțelor amorfe, deoarece rezistivitatea electrică este de obicei definită ca o proprietate agregată integrală a unei probe de material dat.
Situația este mai complicată cu substanțele cristaline, în special cu monocristalele, care au rezistivitate electrică și alte caracteristici electrice diferite în raport cu axele de simetrie ale cristalelor lor. Această proprietate se numește anizotropie cristalină și este utilizată pe scară largă în tehnologie, în special, în circuitele de inginerie radio ale oscilatoarelor de cuarț, unde stabilitatea frecvenței este determinată tocmai de generarea de frecvențe inerente unui anumit cristal de cuarț.
Fiecare dintre noi, fiind proprietarul unui computer, tabletă, telefon mobil sau smartphone, inclusiv posesorii de ceasuri electronice până la iWatch, este și posesorul unui cristal de cuarț. Pe baza acestui fapt, se poate aprecia amploarea utilizării rezonatoarelor de cuarț în electronică, estimată la zeci de miliarde.
Printre altele, rezistivitatea multor materiale, în special a semiconductorilor, depinde de temperatură, astfel încât datele de referință sunt de obicei date cu temperatura de măsurare, de obicei 20 °C.
Proprietățile unice ale platinei, care are o dependență constantă și bine studiată a rezistivității electrice de temperatură, precum și posibilitatea de a obține metal de înaltă puritate, au servit ca o condiție prealabilă pentru crearea de senzori pe baza ei într-un interval larg de temperatură. .
Pentru metale, răspândirea valorilor de referință ale rezistivității se datorează metodelor de fabricație a probelor și purității chimice a metalului acestei probe.
Pentru aliaje, o gamă mai largă de valori de referință ale rezistivității se datorează metodelor de preparare a probei și variabilității compoziției aliajului.
Rezistivitatea electrică a lichidelor (electroliți)
Înțelegerea rezistivității lichidelor se bazează pe teoriile disocierii termice și ale mobilității cationilor și anionilor. De exemplu, în cel mai comun lichid de pe Pământ, apa obișnuită, unele dintre moleculele sale se descompun în ioni sub influența temperaturii: cationi H+ și anioni OH–. Când se aplică o tensiune externă electrozilor scufundați în apă în condiții normale, apare un curent datorită mișcării ionilor menționați mai sus. După cum s-a dovedit, în grupuri de apă se formează asociații întregi de molecule, uneori combinate cu cationi H+ sau anioni OH–. Prin urmare, transferul ionilor de către clustere sub influența unei tensiuni electrice are loc astfel: acceptând un ion în direcția câmpului electric aplicat pe de o parte, clusterul „pica” un ion similar pe cealaltă parte. Prezența clusterelor în apă explică perfect faptul științific că la o temperatură de aproximativ 4 ° C, apa are cea mai mare densitate. Majoritatea moleculelor de apă în acest caz sunt în clustere datorită acțiunii hidrogenului și a legăturilor covalente, practic în stare cvasicristalină; în acest caz, disocierea termică este minimă, iar formarea cristalelor de gheață, care are o densitate mai mică (gheața plutește în apă), nu a început încă.
În general, rezistivitatea lichidelor arată o dependență mai puternică de temperatură, astfel încât această caracteristică se măsoară întotdeauna la o temperatură de 293 K, ceea ce corespunde unei temperaturi de 20 °C.
Pe lângă apă, există un număr mare de alți solvenți capabili să creeze cationi și anioni de substanțe dizolvate. Cunoașterea și măsurarea rezistivității unor astfel de soluții este, de asemenea, de mare importanță practică.
Pentru soluțiile apoase de săruri, acizi și alcalii, concentrația substanței dizolvate joacă un rol semnificativ în determinarea rezistivității soluției. Un exemplu este următorul tabel, care arată valorile rezistivității diferitelor substanțe dizolvate în apă la o temperatură de 18 ° C:
Tabelul 3. Valorile de rezistivitate ale diferitelor substanțe dizolvate în apă la o temperatură de 18 °C
Datele tabelelor sunt preluate din Brevetul de referință fizică și tehnică, volumul 1, - M .: 1960
Rezistivitatea izolatorilor
De mare importanță în ramurile ingineriei electrice, electronice, inginerie radio și robotică este o întreagă clasă de diverse substanțe care au o rezistivitate relativ mare. Indiferent de starea lor de agregare, fie ea solidă, lichidă sau gazoasă, astfel de substanțe se numesc izolatori. Astfel de materiale sunt folosite pentru a izola părțile individuale ale circuitelor electrice unele de altele.
Un exemplu de izolatori solidi este banda electrică flexibilă familiară, datorită căreia restaurăm izolația atunci când conectăm diferite fire. Mulți sunt familiarizați cu izolatoarele din porțelan pentru suspendarea liniilor electrice aeriene, plăci de textolit cu componente electronice care fac parte din majoritatea produselor electronice, ceramică, sticlă și multe alte materiale. Materialele izolatoare solide moderne pe bază de materiale plastice și elastomeri fac sigură utilizarea curentului electric de diferite tensiuni într-o mare varietate de dispozitive și dispozitive.
Pe lângă izolatoarele solide, izolatoarele lichide cu rezistivitate ridicată sunt utilizate pe scară largă în inginerie electrică. În transformatoarele de putere ale rețelelor electrice, uleiul de transformator lichid previne defecțiunile între ture din cauza EMF de auto-inducție, izolând în mod fiabil spirele înfășurărilor. În întrerupătoarele cu ulei, uleiul este folosit pentru a stinge arcul electric care apare la comutarea surselor de curent. Uleiul de condensator este folosit pentru a crea condensatoare compacte cu performanțe electrice ridicate; pe lângă aceste uleiuri, uleiul de ricin natural și uleiurile sintetice sunt folosite ca izolatori lichizi.
La presiunea atmosferică normală, toate gazele și amestecurile lor sunt izolatori excelenți din punct de vedere al ingineriei electrice, dar gazele nobile (xenon, argon, neon, cripton), datorită inerției lor, au o rezistivitate mai mare, care este utilizată pe scară largă în unele domenii ale tehnologiei.
Dar cel mai comun izolator este aerul, compus în principal din azot molecular (75% din masă), oxigen molecular (23,15% din masă), argon (1,3% din masă), dioxid de carbon, hidrogen, apă și unele impurități.diverse gaze nobile. . Izolează fluxul de curent în întrerupătoarele de lumină convenționale de uz casnic, întrerupătoarele de curent bazate pe relee, demaroare magnetice și întrerupătoare mecanice. Trebuie remarcat faptul că o scădere a presiunii gazelor sau a amestecurilor acestora sub presiunea atmosferică duce la o creștere a rezistivității lor electrice. Izolatorul ideal în acest sens este vidul.
Rezistenta electrica specifica a diverselor soluri
Una dintre cele mai importante modalități de a proteja o persoană de efectele dăunătoare ale curentului electric în cazul unor accidente în instalațiile electrice este un dispozitiv de protecție de împământare.
Este conectarea intenționată a unei carcase sau carcase electrice la un dispozitiv de protecție la pământ. De obicei, împământarea se realizează sub formă de benzi de oțel sau cupru, țevi, tije sau unghiuri îngropate în pământ la o adâncime mai mare de 2,5 metri, care, în caz de accident, asigură fluxul de curent de-a lungul circuitului. dispozitiv - carcasă sau carcasă - pământ - fir neutru al sursei de curent alternativ. Rezistența acestui circuit nu trebuie să fie mai mare de 4 ohmi. În acest caz, tensiunea de pe corpul dispozitivului de urgență este redusă la valori care sunt sigure pentru oameni, iar dispozitivele automate pentru protejarea circuitului electric într-un fel sau altul opresc dispozitivul de urgență.
La calcularea elementelor de împământare de protecție, cunoașterea rezistivității solurilor joacă un rol semnificativ, care poate varia într-o gamă largă.
În conformitate cu datele din tabelele de referință, aria dispozitivului de împământare este selectată, numărul de elemente de împământare și proiectarea reală a întregului dispozitiv sunt calculate din aceasta. Conectarea elementelor structurale ale dispozitivului de legare la pământ de protecție se realizează prin sudare.
Electrotomografie
Explorarea electrică studiază mediul geologic aproape de suprafață, este folosită pentru a căuta minereu și minerale nemetalice și alte obiecte pe baza studiului diferitelor câmpuri electrice și electromagnetice artificiale. Un caz special de explorare electrică este tomografia cu rezistivitate electrică - o metodă de determinare a proprietăților rocilor prin rezistivitatea lor.
Esența metodei constă în faptul că la o anumită poziție a sursei de câmp electric se fac măsurători de tensiune pe diverse sonde, apoi sursa de câmp este mutată în alt loc sau comutată în altă sursă și măsurătorile sunt repetate. Sursele de câmp și sondele receptor de câmp sunt plasate la suprafață și în puțuri.
Apoi datele primite sunt procesate și interpretate folosind metode moderne de procesare computerizată care permit vizualizarea informațiilor sub formă de imagini bidimensionale și tridimensionale.
Fiind o metodă de căutare foarte precisă, electrotomografia oferă o asistență neprețuită geologilor, arheologilor și paleozoologilor.
Determinarea formei de apariție a zăcămintelor de minerale și a limitelor distribuției lor (conturarea) face posibilă identificarea apariției zăcămintelor de minerale, ceea ce reduce semnificativ costul dezvoltării lor ulterioare.
Pentru arheologi, această metodă de căutare oferă informații valoroase despre locația înmormântărilor antice și prezența artefactelor în acestea, reducând astfel costurile de excavare.
Paleozoologii folosesc electrotomografia pentru a căuta resturi fosilizate ale animalelor antice; rezultatele muncii lor pot fi văzute în muzeele de științe naturale sub formă de reconstituiri uimitoare ale scheletelor megafaunei preistorice.
În plus, tomografia electrică este utilizată în construcția și exploatarea ulterioară a structurilor de inginerie: clădiri înalte, diguri, diguri, terasamente și altele.
Definițiile rezistivității în practică
Uneori, pentru a rezolva probleme practice, ne putem confrunta cu sarcina de a determina compoziția unei substanțe, de exemplu, un fir pentru un tăietor de spumă de polistiren. Avem două bobine de sârmă de diametru adecvat din diverse materiale necunoscute nouă. Pentru a rezolva problema, este necesar să găsiți rezistivitatea lor electrică și apoi să determinați materialul firului folosind diferența dintre valorile găsite sau folosind un tabel de referință.
Măsurăm cu o bandă de măsurare și tăiem 2 metri de sârmă din fiecare probă. Să determinăm diametrele firelor d₁ și d₂ cu un micrometru. Pornind multimetrul la limita inferioară a măsurării rezistenței, măsurăm rezistența probei R₁. Repetăm procedura pentru o altă probă și, de asemenea, îi măsurăm rezistența R₂.
Luăm în considerare faptul că aria secțiunii transversale a firelor este calculată prin formula
S = π d 2 /4
Acum formula pentru calcularea rezistivității electrice va arăta astfel:
ρ = R π d 2 /4 L
Înlocuind valorile obținute ale lui L, d₁ și R₁ în formula de calcul a rezistivității din articolul de mai sus, calculăm valoarea lui ρ₁ pentru prima probă.
ρ 1 \u003d 0,12 ohmi mm 2 / m
Înlocuind valorile obținute ale lui L, d₂ și R₂ în formulă, calculăm valoarea ρ₂ pentru a doua probă.
ρ 2 \u003d 1,2 ohmi mm 2 / m
Din compararea valorilor lui ρ₁ și ρ₂ cu datele de referință din tabelul 2 de mai sus, concluzionăm că materialul primului eșantion este oțel, iar cel de-al doilea eșantion este nicrom, din care vom face șirul de tăiere.
Vi se pare dificil să traduceți unitățile de măsură dintr-o limbă în alta? Colegii sunt gata să vă ajute. Postați o întrebare la TCTermsși în câteva minute vei primi un răspuns.
Rezistența cuprului se schimbă cu temperatura, dar mai întâi trebuie să decidem dacă ne referim la rezistivitatea electrică a conductorilor (rezistența ohmică), care este importantă pentru alimentarea prin Ethernet folosind curent continuu, sau dacă vorbim despre semnale în rețele de date, iar apoi vorbim despre pierderea de inserție în timpul propagării unei unde electromagnetice într-un mediu cu perechi răsucite și despre dependența atenuării de temperatură (și de frecvență, ceea ce nu este mai puțin important).
Rezistivitatea cuprului
În sistemul internațional SI, rezistivitatea conductorilor se măsoară în Ohm∙m. În domeniul IT, dimensiunea în afara sistemului Ohm ∙ mm 2 /m este mai des utilizată, ceea ce este mai convenabil pentru calcule, deoarece secțiunile transversale ale conductorilor sunt de obicei indicate în mm 2. Valoarea lui 1 Ohm∙mm 2 /m este de un milion de ori mai mică decât 1 Ohm∙m și caracterizează rezistivitatea unei substanțe, al cărei conductor omogen are 1 m lungime și o secțiune transversală de 1 mm 2 oferă o rezistență de 1 Ohm.
Rezistivitatea cuprului electric pur la 20°C este 0,0172 Ohm∙mm2/m. În diverse surse, puteți găsi valori de până la 0,018 Ohm ∙ mm 2 / m, care se pot aplica și cuprului electric. Valorile variază în funcție de prelucrarea la care este supus materialul. De exemplu, recoacere după trage („desare”) a firului reduce rezistivitatea cuprului cu câteva procente, deși este efectuată în primul rând pentru a modifica proprietățile mecanice, mai degrabă decât cele electrice.
Rezistivitatea cuprului are o influență directă asupra aplicațiilor power-over-Ethernet. Doar o parte din curentul DC inițial aplicat conductorului va ajunge la capătul îndepărtat al conductorului - unele pierderi de-a lungul drumului sunt inevitabile. De exemplu, PoE tip 1 necesită cel puțin 12,95 wați de 15,4 wați furnizați de sursă pentru a ajunge la dispozitivul alimentat de la distanță.
Rezistivitatea cuprului se modifică cu temperatura, dar pentru temperaturile IT aceste modificări sunt mici. Modificarea rezistivității se calculează prin formulele:
ΔR = α R ΔT
R 2 \u003d R 1 (1 + α (T 2 - T 1))
unde ΔR este modificarea rezistivității, R este rezistivitatea la o temperatură luată ca linie de bază (de obicei 20°C), ΔT este gradientul de temperatură, α este coeficientul de temperatură al rezistivității pentru un material dat (dimensiunea °C -1) . În intervalul de la 0°C la 100°C pentru cupru, se adoptă un coeficient de temperatură de 0,004 °C -1. Calculați rezistivitatea cuprului la 60°C.
R 60°С = R 20°С (1 + α (60°С - 20°С)) = 0,0172 (1 + 0,004 40) ≈ 0,02 Ohm∙mm2/m
Rezistivitatea a crescut cu 16% cu o creștere a temperaturii cu 40°C. Când se operează sisteme de cablu, desigur, perechea torsadată nu ar trebui să fie la temperaturi ridicate, acest lucru nu ar trebui să fie permis. Cu un sistem proiectat și instalat corespunzător, temperatura cablurilor diferă puțin de 20 ° C obișnuite, iar apoi modificarea rezistivității va fi mică. Conform cerințelor standardelor de telecomunicații, rezistența unui conductor de cupru de 100 m lungime într-o pereche răsucită din categoriile 5e sau 6 nu trebuie să depășească 9,38 ohmi la 20 ° C. În practică, producătorii încadrează această valoare cu o marjă, astfel încât chiar și la temperaturi de 25 ° C ÷ 30 ° C, rezistența conductorului de cupru nu depășește această valoare.
Atenuarea perechii răsucite / Pierderea inserției
Când o undă electromagnetică se propagă printr-un mediu de cupru cu perechi răsucite, o parte din energia sa este disipată de-a lungul căii de la capătul apropiat până la capătul îndepărtat. Cu cât temperatura cablului este mai mare, cu atât semnalul se atenuează mai mult. La frecvențe înalte, atenuarea este mai puternică decât la frecvențe joase, iar pentru categoriile superioare limitele de testare a pierderii de inserție sunt mai strânse. În acest caz, toate valorile limită sunt setate pentru o temperatură de 20°C. Dacă la 20°C semnalul inițial a ajuns la capătul îndepărtat al unui segment lung de 100 m cu nivelul de putere P, atunci la temperaturi ridicate o astfel de putere de semnal va fi observată la distanțe mai scurte. Dacă este necesar să furnizați aceeași putere a semnalului la ieșirea segmentului, atunci fie va trebui să instalați un cablu mai scurt (ceea ce nu este întotdeauna posibil), fie să alegeți mărci de cablu cu atenuare mai mică.
- Pentru cablurile ecranate la temperaturi peste 20°C, o schimbare de temperatură de 1 grad duce la o modificare a atenuării de 0,2%
- Pentru toate tipurile de cabluri și orice frecvențe la temperaturi de până la 40 ° C, o modificare a temperaturii cu 1 grad duce la o modificare a atenuării cu 0,4%
- Pentru toate tipurile de cabluri și orice frecvențe la temperaturi de la 40°C la 60°C, o modificare a temperaturii cu 1 grad duce la o modificare a atenuării cu 0,6%
- Cablurile de categoria 3 pot suferi variații de atenuare de 1,5% pe grad Celsius
Deja la începutul anului 2000. TIA/EIA-568-B.2 a recomandat ca lungimea maximă admisă a unei legături/canal permanent de Categoria 6 să fie redusă dacă cablul a fost instalat la temperaturi ridicate, iar cu cât temperatura este mai mare, cu atât segmentul ar trebui să fie mai scurt.
Având în vedere că plafonul de frecvență din Categoria 6A este de două ori mai mare decât cel din Categoria 6, limitele de temperatură pentru astfel de sisteme vor fi și mai strânse.
Până în prezent, la implementarea aplicațiilor PoE vorbim de viteze maxime de 1 gigabit. Când sunt utilizate aplicații de 10 Gb, Power over Ethernet nu este utilizat, cel puțin nu încă. Deci, în funcție de nevoile dvs., atunci când schimbați temperatura, trebuie să țineți cont fie de modificarea rezistivității cuprului, fie de modificarea atenuării. Este cel mai rezonabil în ambele cazuri să vă asigurați că cablurile sunt la temperaturi apropiate de 20 ° C.
