Prin urmare, este important să cunoașteți parametrii tuturor elementelor și materialelor utilizate. Și nu numai electrice, ci și mecanice. Și aveți la dispoziție câteva materiale de referință convenabile care vă permit să comparați caracteristicile diferitelor materiale și să alegeți pentru proiectare și lucrare exact ceea ce va fi optim într-o anumită situație.
În liniile de transport de energie, unde scopul este de a livra energie consumatorului în cel mai productiv mod, adică cu randament ridicat, se ia în considerare atât economia pierderilor, cât și mecanica liniilor în sine. Eficiența economică finală a liniei depinde de mecanică - adică de dispozitivul și aranjarea conductoarelor, izolatoarelor, suporturilor, transformatoarelor step-up/descendente, greutatea și rezistența tuturor structurilor, inclusiv firele întinse pe distanțe lungi, precum și materialele selectate pentru fiecare element structural, lucrările acestuia și costurile de exploatare. În plus, în liniile care transmit energie electrică, există cerințe mai mari pentru asigurarea siguranței atât a liniilor în sine, cât și a tot ceea ce le înconjoară pe unde trec. Și asta adaugă costuri atât pentru furnizarea cablajului electric, cât și pentru o marjă suplimentară de siguranță a tuturor structurilor.

Pentru comparație, datele sunt de obicei reduse la o singură formă, comparabilă. Adesea, la astfel de caracteristici se adaugă epitetul „specific”, iar valorile însele sunt considerate pe baza anumitor standarde unificate de parametri fizici. De exemplu, rezistivitatea electrică este rezistența (ohmi) a unui conductor realizat dintr-un metal (cupru, aluminiu, oțel, wolfram, aur) având o unitate de lungime și o unitate de secțiune transversală în sistemul de unități de măsură utilizate (de obicei SI ). În plus, temperatura este specificată, deoarece la încălzire, rezistența conductorilor se poate comporta diferit. Condițiile medii normale de funcționare sunt luate ca bază - la 20 de grade Celsius. Și acolo unde proprietățile sunt importante atunci când se modifică parametrii de mediu (temperatură, presiune), sunt introduși coeficienți și sunt compilate tabele suplimentare și grafice de dependență.

Tipuri de rezistivitate

Deoarece apare rezistența:

• activ - sau ohmic, rezistiv - rezultat din consumul de energie electrică pentru încălzirea conductorului (metal) atunci când trece un curent electric prin acesta și
• reactiv - capacitiv sau inductiv - care apare din pierderile inevitabile datorate creării oricăror modificări ale curentului care trece prin conductorul câmpurilor electrice, atunci rezistivitatea conductorului vine în două variante:

1. Rezistenta electrica specifica la curent continuu (avand natura rezistiva) si
2. Rezistenta electrica specifica la curent alternativ (avand natura reactiva).

Aici, rezistivitatea de tip 2 este o valoare complexă; constă din două componente TC - activă și reactivă, deoarece rezistența rezistivă există întotdeauna atunci când trece curentul, indiferent de natura sa, iar rezistența reactivă apare numai cu orice modificare a curentului în circuite. În lanțuri curent continuu reactanţă apare numai în timpul proceselor tranzitorii care sunt asociate cu pornirea curentului (modificarea curentului de la 0 la nominal) sau oprire (diferență de la nominal la 0). Și de obicei sunt luate în considerare numai atunci când se proiectează protecția la suprasarcină.

În circuitele de curent alternativ, fenomenele asociate cu reactanța sunt mult mai diverse. Ele depind nu numai de trecerea reală a curentului printr-o anumită secțiune transversală, ci și de forma conductorului, iar dependența nu este liniară.

Cert este că curentul alternativ induce un câmp electric atât în ​​jurul conductorului prin care circulă, cât și în conductorul însuși. Și din acest câmp apar curenți turbionari, care dau efectul de „împingere” a mișcării principale efective a sarcinilor, de la adâncimea întregii secțiuni transversale a conductorului până la suprafața acestuia, așa-numitul „efect de piele” (de la piele – piele). Se pare că curenții turbionari par să-și „fure” secțiunea transversală din conductor. Curentul curge într-un anumit strat aproape de suprafață, grosimea rămasă a conductorului rămâne nefolosită, nu își reduce rezistența și pur și simplu nu are rost să creștem grosimea conductorilor. Mai ales la frecvențe înalte. Prin urmare, pentru curentul alternativ, rezistența este măsurată în astfel de secțiuni ale conductorilor în care întreaga sa secțiune poate fi considerată aproape de suprafață. Un astfel de fir se numește subțire; grosimea sa este egală cu de două ori adâncimea acestui strat de suprafață, unde curenții turbionari înlocuiesc curentul principal util care curge în conductor.

Desigur, reducerea grosimii firelor rotunde nu epuizează conducția efectivă a curentului alternativ. Conductorul poate fi subțiat, dar în același timp făcut plat sub formă de bandă, atunci secțiunea transversală va fi mai mare decât cea a unui fir rotund și, în consecință, rezistența va fi mai mică. În plus, simpla creștere a suprafeței va avea ca efect creșterea secțiunii transversale efective. Același lucru poate fi obținut prin utilizarea sârmei cu toroane în loc de sârmă cu un singur nucleu. Pe de altă parte, ținând cont de efectul de piele în fire, este posibil să se facă firele compozite făcând miezul dintr-un metal care are caracteristici bune de rezistență, de exemplu, oțel, dar caracteristici electrice scăzute. În acest caz, peste oțel se realizează o împletitură de aluminiu, care are o rezistivitate mai mică.

Pe lângă efectul de piele, fluxul de curent alternativ în conductori este afectat de excitarea curenților turbionari în conductorii din jur. Astfel de curenți se numesc curenți de inducție și sunt induși atât în ​​metale care nu joacă rolul de cablare (elementele structurale portante), cât și în firele întregului complex conductor - jucând rolul de fire de alte faze, neutru. , împământare.

Toate aceste fenomene apar în toate structurile electrice, ceea ce face și mai important să existe o referință cuprinzătoare pentru o mare varietate de materiale.

Rezistivitate pentru conductori se măsoară cu instrumente foarte sensibile și precise, deoarece metalele care au cea mai mică rezistență sunt selectate pentru cablare - de ordinul ohmii * 10 -6 pe metru de lungime și mp. mm. secțiuni. Pentru a măsura rezistivitatea izolației, aveți nevoie de instrumente, dimpotrivă, care au intervale de valori de rezistență foarte mari - de obicei megaohmi. Este clar că conductorii trebuie să conducă bine, iar izolatorii trebuie să izoleze bine.

Masa

Tabelul rezistivității conductoarelor (metale și aliaje)
Material conductor	Compoziție (pentru aliaje)	Rezistivitate ρ mΩ × mm 2/m
	cupru, zinc, cositor, nichel, plumb, mangan, fier etc.
Aluminiu
Tungsten
Molibden
	cupru, staniu, aluminiu, siliciu, beriliu, plumb etc. (cu excepția zincului)
	fier, carbon
	cupru, nichel, zinc
Manganin	cupru, nichel, mangan
Constantan	cupru, nichel, aluminiu
	nichel, crom, fier, mangan
	fier, crom, aluminiu, siliciu, mangan

Fierul ca conductor în electrotehnică

Fierul este cel mai comun metal în natură și tehnologie (după hidrogen, care este și un metal). Este cel mai ieftin și are caracteristici excelente de rezistență, așa că este folosit peste tot ca bază pentru rezistență. diverse modele.

În inginerie electrică, fierul este folosit ca conductor sub formă de fire de oțel flexibile unde sunt necesare rezistență fizică și flexibilitate, iar rezistența necesară poate fi atinsă prin secțiunea transversală corespunzătoare.

Având un tabel de rezistivități ale diferitelor metale și aliaje, puteți calcula secțiunile transversale ale firelor din diferiți conductori.

De exemplu, să încercăm să găsim secțiunea transversală echivalentă electric a conductorilor din diferite materiale: cupru, wolfram, nichel și sârmă de fier. Să luăm sârmă de aluminiu cu o secțiune transversală de 2,5 mm ca cea inițială.

Avem nevoie ca pe o lungime de 1 m rezistenta firului din toate aceste metale sa fie egala cu rezistenta celui original. Rezistența aluminiului pe 1 m lungime și 2,5 mm secțiune va fi egală cu

Unde R- rezistenta, ρ – rezistivitatea metalului de pe masă, S- arie a secțiunii transversale, L- lungime.

Înlocuind valorile originale, obținem rezistența unei bucăți de sârmă de aluminiu lungă de un metru în ohmi.

După aceasta, să rezolvăm formula pentru S

Vom înlocui valorile din tabel și vom obține zonele secțiunii transversale pentru diferite metale.

Deoarece rezistivitatea din tabel este măsurată pe un fir de 1 m lungime, în microohmi pe secțiune de 1 mm 2, atunci am obținut-o în microohmi. Pentru a-l obține în ohmi, trebuie să înmulțiți valoarea cu 10 -6. Dar nu trebuie neapărat să obținem numărul ohm cu 6 zerouri după virgulă zecimală, deoarece încă găsim rezultatul final în mm2.

După cum puteți vedea, rezistența fierului de călcat este destul de mare, firul este gros.

Dar există materiale pentru care este și mai mare, de exemplu, nichel sau constantan.

- o mărime electrică care caracterizează proprietatea unui material de a împiedica trecerea curentului electric. În funcție de tipul de material, rezistența poate tinde spre zero - să fie minimă (mile/micro ohmi - conductori, metale), sau să fie foarte mare (giga ohmi - izolație, dielectrici). Reciproca rezistenței electrice este .

Unitate rezistență electrică - Ohm. Este desemnată prin litera R. Se determină dependența rezistenței de curent într-un circuit închis.

Ohmmetru- un dispozitiv pentru măsurarea directă a rezistenței circuitului. În funcție de intervalul valorii măsurate, acestea sunt împărțite în gigaohmmetre (pentru rezistențe mari - la măsurarea izolației) și micro/miliohmmetre (pentru rezistențe mici - la măsurarea rezistențelor de tranziție ale contactelor, înfășurărilor motorului etc.).

Există mare varietate ohmmetre după design de la diferiți producători, de la electromecanic la microelectronic. Este de remarcat faptul că un ohmmetru clasic măsoară partea activă a rezistenței (așa-numiții ohmi).

Orice rezistență (metală sau semiconductoare) dintr-un circuit de curent alternativ are o componentă activă și reactivă. Suma rezistenței active și reactive este impedanța circuitului ACși se calculează cu formula:

unde, Z este rezistența totală a circuitului de curent alternativ;

R este rezistența activă a circuitului de curent alternativ;

Xc este reactanța capacitivă a circuitului de curent alternativ;

(C - capacitate, w - viteza unghiulară a curentului alternativ)

Xl este reactanța inductivă a circuitului de curent alternativ;

(L este inductanța, w este viteza unghiulară a curentului alternativ).

Rezistență activă- aceasta face parte din rezistența totală a unui circuit electric, a cărui energie este complet transformată în alte tipuri de energie (mecanică, chimică, termică). O proprietate distinctivă a componentei active este consumul complet de energie electrică (nicio energie nu este returnată în rețea), iar reactanța returnează o parte din energie înapoi în rețea (o proprietate negativă a componentei reactive).

Semnificația fizică a rezistenței active

Fiecare mediu în care trec sarcinile electrice creează obstacole în calea lor (se crede că acestea sunt noduri ale rețelei cristaline), în care par să lovească și să-și piardă energia, care este eliberată sub formă de căldură.

Astfel, apare o scădere (pierderea energiei electrice), o parte din care se pierde din cauza rezistenței interne a mediului conductor.

Valoarea numerică care caracterizează capacitatea unui material de a preveni trecerea sarcinilor se numește rezistență. Se măsoară în Ohmi (Ohm) și este invers proporțională cu conductivitatea electrică.

Elemente diverse tabelul periodic Mendeleev au rezistivități electrice diferite (p), de exemplu, cea mai mică. Argintul (0.016 Ohm*mm2/m), cuprul (0.0175 Ohm*mm2/m), aurul (0.023) și aluminiul (0.029) au rezistență. Ele sunt utilizate în industrie ca principalele materiale pe care sunt construite toată ingineria electrică și energia. Dielectricii, dimpotriva, au o valoare mare de soc. rezistență și sunt utilizate pentru izolare.

Rezistența mediului conductiv poate varia semnificativ în funcție de secțiunea transversală, temperatură, mărime și frecvență a curentului. În plus, mediile diferite au purtători de sarcină diferiți (electroni liberi în metale, ioni în electroliți, „găuri” în semiconductori), care sunt factorii determinanți ai rezistenței.

Sensul fizic al reactanței

În bobine și condensatoare, atunci când sunt aplicate, energia se acumulează sub formă de câmpuri magnetice și electrice, ceea ce durează ceva timp.

Conţinut:

Apariția curentului 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 influența unui câmp electric. Pe măsură ce se mișcă, electronii se ciocnesc cu atomii și le transferă parțial energia acumulată. Acest lucru duce la o scădere a vitezei lor de mișcare. Ulterior, sub influența câmpului electric, viteza de mișcare a electronilor crește din nou. Rezultatul acestei rezistențe este încălzirea conductorului prin care trece curentul. Exista diferite căi calculele acestei valori, inclusiv formula de rezistivitate utilizată pentru materiale cu proprietăți fizice individuale.

Rezistență electrică

Esența rezistenței electrice constă în capacitatea unei substanțe de a se transforma energie electrica in termic in timpul actiunii curentului. Această mărime este notă cu simbolul R, iar unitatea de măsură este Ohm. Valoarea rezistenței în fiecare caz este asociată cu capacitatea unuia sau altuia.

În timpul 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, pe măsură ce lungimea firului crește, crește și valoarea rezistenței. Această dependență este definită ca fiind direct proporțională.

O altă proprietate a unui material este aria sa transversală. Reprezintă dimensiunile secțiune transversală conductor, indiferent de configurația acestuia. În acest caz, se obține o relație invers proporțională atunci când cu creșterea ariei secțiunii transversale scade.

Un alt factor care afectează rezistența este materialul în sine. Pe parcursul cercetării au fost descoperite diferite rezistențe pentru diferite materiale. Astfel, s-au obținut valorile rezistivității electrice pentru fiecare substanță.

S-a dovedit că metalele sunt cei mai buni conductori. Dintre acestea, argintul are, de asemenea, cea mai scăzută rezistență și o conductivitate ridicată. Sunt folosite în cele mai critice locuri în circuitele electronice în plus, cuprul are un cost relativ scăzut.

Substanțele a căror rezistivitate este 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 are mare importanță, deoarece poate fi folosit pentru a determina materialul din care a fost realizat conductorul. Pentru a face acest lucru, se măsoară aria secțiunii transversale, se determină curentul 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 multe trasaturi caracteristice un material sau altul. Acest indicator vă permite să determinați cea mai optimă lungime a circuitului electric, astfel încât echilibrul să fie menținut.

Formulă

Pe baza datelor obținute, putem concluziona că rezistivitatea va fi considerată rezistența oricărui material cu unitate de suprafață și 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 adăugați doar 1% mangan la cupru, rezistența acestuia va crește de 3 ori.

Rezistivitatea și conductivitatea materialelor

Conductivitatea și rezistivitatea sunt în general considerate 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 utilizat 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 mare. Topirea aluminiului necesită mult mai multă energie decât cuprul. Impuritățile din aluminiu de înaltă calitate nu depășesc 0,5%.
• Fier. Alături de disponibilitatea și costul scăzut, 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 pentru rezistivitate 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.

Curentul electric apare ca urmare a închiderii unui circuit cu o diferență de potențial la bornele. Forțele câmpului acționează asupra electronilor liberi și se deplasează de-a lungul conductorului. În timpul acestei călătorii, electronii întâlnesc atomi și le transferă o parte din energia lor acumulată. Ca urmare, viteza lor scade. Dar, datorită influenței câmpului electric, acesta capătă din nou avânt. Astfel, electronii experimentează în mod constant rezistență, motiv pentru care electricitate se încălzește.

Proprietatea unei substanțe de a transforma electricitatea în căldură atunci când este expusă la curent este rezistența electrică și se notează cu R, unitatea sa de măsură este Ohm. Cantitatea de rezistență depinde în principal de capacitatea diferitelor materiale de a conduce curentul.
Pentru prima dată, cercetătorul german G. Ohm a vorbit despre rezistență.

Pentru a afla dependența curentului de rezistență, celebrul fizician a efectuat multe experimente. Pentru experimente a folosit diverși conductori și a obținut diverși indicatori.
Primul lucru pe care l-a determinat G. Ohm a fost că rezistivitatea depinde de lungimea conductorului. Adică, dacă lungimea conductorului crește, crește și rezistența. Ca urmare, această relație a fost determinată a fi direct proporțională.

A doua relație este aria secțiunii transversale. Ar putea fi determinată prin secțiunea transversală a conductorului. Aria figurii formate pe tăietură este aria secțiunii transversale. Aici relația este invers proporțională. Adică, cu cât aria secțiunii transversale este mai mare, cu atât rezistența conductorului a devenit mai mică.

Iar a treia cantitate importantă de care depinde rezistența este materialul. Ca urmare a ceea ce a folosit Om în experimente diverse materiale, a descoperit diverse proprietăți de rezistență. Toate aceste experimente și indicatori au fost rezumate într-un tabel din care se poate vedea sens diferit rezistența specifică a diferitelor substanțe.

Se știe că cei mai buni conductori sunt metalele. Care metale sunt cele mai bune conductoare? Tabelul arată că cuprul și argintul au cea mai mică rezistență. Cuprul este folosit mai des datorită costului său mai mic, iar argintul este folosit în cele mai importante și critice dispozitive.

Substanțele cu rezistivitate ridicată din tabel nu conduc bine electricitatea, ceea ce înseamnă că pot fi materiale izolante excelente. Substantele care au aceasta proprietate in cea mai mare masura sunt portelanul si ebonita.

În general, rezistivitatea electrică este foarte factor important, la urma urmei, determinând indicatorul acestuia, putem afla din ce substanță este făcut conductorul. Pentru a face acest lucru, trebuie să măsurați aria secțiunii transversale, să aflați curentul folosind un voltmetru și un ampermetru și, de asemenea, să măsurați tensiunea. Astfel vom afla valoarea rezistivității și, folosind tabelul, putem identifica cu ușurință substanța. Se pare că rezistivitatea este ca o amprentă a unei substanțe. În plus, rezistivitatea este importantă atunci când planificați circuite electrice lungi: trebuie să cunoaștem acest indicator pentru a menține un echilibru între lungime și suprafață.

Există o formulă care determină că rezistența este de 1 ohm dacă, la o tensiune de 1V, curentul său este de 1A. Adică rezistența unei unități de suprafață și a unei unități de lungime formate dintr-o anumită substanță este rezistența specifică.

De asemenea, trebuie remarcat faptul că indicatorul de rezistivitate depinde direct de frecvența substanței. Adică dacă are impurități. Cu toate acestea, adăugarea de doar un procent de mangan crește rezistența celei mai conductoare substanțe, cuprul, de trei ori.

Acest tabel arată rezistivitatea electrică a unor substanțe.

Materiale foarte conductoare

Cupru
După cum am spus deja, cuprul este cel mai adesea folosit ca conductor. Acest lucru se explică nu numai prin rezistența sa scăzută. Cuprul are avantajele unei rezistențe ridicate, rezistență la coroziune, ușurință în utilizare și prelucrabilitate bună. M0 și M1 sunt considerate clase bune de cupru. Cantitatea de impurități din ele nu depășește 0,1%.

Costul ridicat al metalului și predominanța acestuia în În ultima vreme deficitul încurajează producătorii să folosească aluminiul ca conductor. De asemenea, se folosesc aliaje de cupru cu diferite metale.
Aluminiu
Acest metal este mult mai ușor decât cuprul, dar aluminiul are valori mari capacitatea termică și punctul de topire. În acest sens, pentru a-l aduce în stare topită este necesară mai multă energie decât cuprul. Cu toate acestea, trebuie luat în considerare faptul deficienței de cupru.
În producția de produse electrice, de regulă, se utilizează aluminiu de calitate A1. Nu conține mai mult de 0,5% impurități. Și metalul cu cea mai înaltă frecvență este aluminiul AB0000.
Fier
Ieftinitatea și disponibilitatea fierului este umbrită de rezistivitatea sa ridicată. În plus, se corodează rapid. Din acest motiv, conductoarele de oțel sunt adesea acoperite cu zinc. Așa-numitul bimetal este utilizat pe scară largă - acesta este oțel acoperit cu cupru pentru protecție.
Sodiu
Sodiul este, de asemenea, un material accesibil și promițător, dar rezistența sa este de aproape trei ori mai mare decât a cuprului. În plus, sodiul metalic are activitate chimică ridicată, ceea ce necesită acoperirea unui astfel de conductor cu protecție închisă ermetic. De asemenea, ar trebui să protejeze conductorul de deteriorarea mecanică, deoarece sodiul este un material foarte moale și destul de fragil.

Supraconductivitate
Tabelul de mai jos arată rezistivitatea substanțelor la o temperatură de 20 de grade. Indicarea temperaturii nu este întâmplătoare, deoarece rezistivitatea depinde direct de acest indicator. Acest lucru se explică prin faptul că atunci când sunt încălziți, viteza atomilor crește și ea, ceea ce înseamnă că probabilitatea ca aceștia să întâlnească electroni va crește și ea.

Este interesant ce se întâmplă cu rezistența în condiții de răcire. Pentru prima dată, comportamentul atomilor la foarte temperaturi scăzute remarcat de G. Kamerlingh Onnes în 1911. El a răcit firul de mercur la 4K și a constatat că rezistența sa a scăzut la zero. Modificarea indicelui de rezistivitate al unor aliaje și metale în condiții de temperatură scăzută este numită supraconductivitate de către fizician.

Supraconductorii intră într-o stare de supraconductivitate atunci când sunt răciți, iar caracteristicile lor optice și structurale nu se schimbă. Principala descoperire este că electrice și proprietăți magnetice metalele în stare supraconductoare sunt foarte diferite de proprietățile lor în stare normală, precum și de proprietățile altor metale care nu pot trece la această stare atunci când temperatura scade.
Utilizarea supraconductoarelor se realizează în principal în obținerea super-puternicilor camp magnetic, a cărei forță ajunge la 107 A/m. De asemenea, sunt dezvoltate sisteme de linii electrice supraconductoare.

Materiale similare.

Rezistența electrică este principala caracteristică a materialelor conductoare. În funcție de zona de aplicare a conductorului, valoarea rezistenței acestuia poate juca atât un rol pozitiv, cât și un rol negativ în funcționarea sistemului electric. De asemenea, particularitățile utilizării unui conductor pot necesita luarea în considerare a unor caracteristici suplimentare, a căror influență în caz concret nu poate fi neglijat.

Conductorii sunt metale pure și aliajele lor. Într-un metal, atomii fixați într-o singură structură „puternică” au electroni liberi (așa-numitul „gaz de electroni”). Aceste particule sunt cele care în acest caz, sunt purtători de taxe. Electronii sunt în mișcare constantă, aleatorie, de la un atom la altul. Când apare un câmp electric (conectând o sursă de tensiune la capetele metalului), mișcarea electronilor în conductor devine ordonată. Electronii în mișcare întâmpină obstacole pe calea lor cauzate de particularitățile structurii moleculare a conductorului. Când se ciocnesc de o structură, purtătorii de sarcină își pierd energia, dându-i-o conductorului (încălzind-o). Cu cât o structură conducătoare creează mai multe obstacole pentru purtătorii de încărcare, cu atât rezistența este mai mare.

Pe măsură ce secțiunea transversală a structurii conducătoare crește pentru un număr de electroni, „canalul de transmisie” va deveni mai larg și rezistența va scădea. În consecință, pe măsură ce lungimea firului crește, vor exista mai multe astfel de obstacole și rezistența va crește.

Astfel, formula de bază pentru calcularea rezistenței include lungimea firului, aria secțiunii transversale și un anumit coeficient care raportează aceste caracteristici dimensionale la mărimile electrice de tensiune și curent (1). Acest coeficient se numește rezistivitate.
R= r*L/S (1)

Rezistivitate

Rezistivitatea este neschimbatăși este o proprietate a substanței din care este făcut conductorul. Unități de măsură r - ohm*m. Adesea, valoarea rezistivității este dată în ohm*mm sq./m. Acest lucru se datorează faptului că aria secțiunii transversale a celor mai frecvent utilizate cabluri este relativ mică și se măsoară în mm2. Să dăm un exemplu simplu.

Sarcina nr. 1. Lungimea firului de cupru L = 20 m, secțiune transversală S = 1,5 mm. mp Calculați rezistența firului.
Rezolvare: rezistivitatea firului de cupru r = 0,018 ohm*mm. mp/m. Înlocuind valorile în formula (1) obținem R=0,24 ohmi.
Când se calculează rezistența sistemului de alimentare, rezistența unui fir trebuie înmulțită cu numărul de fire.
Dacă în loc de cupru folosiți aluminiu cu o rezistivitate mai mare (r = 0,028 ohm * mm sq. / m), atunci rezistența firelor va crește corespunzător. Pentru exemplul de mai sus, rezistența va fi R = 0,373 ohmi (cu 55% mai mult). Cuprul și aluminiul sunt principalele materiale pentru fire. Există metale cu rezistivitate mai mică decât cuprul, cum ar fi argintul. Cu toate acestea, utilizarea sa este limitată din cauza costului ridicat evident. Tabelul de mai jos prezintă rezistența și alte caracteristici de bază ale materialelor conductoare.
Tabel - principalele caracteristici ale conductoarelor

Pierderile de căldură ale cablurilor

Dacă, folosind cablul din exemplul de mai sus, o sarcină de 2,2 kW este conectată la o rețea monofazată de 220 V, atunci curentul I = P / U sau I = 2200/220 = 10 A va curge prin fir calcularea pierderilor de putere în conductor:
Ppr=(I^2)*R (2)
Exemplul nr. 2. Calculați pierderile active la transmiterea unei puteri de 2,2 kW într-o rețea cu o tensiune de 220 V pentru firul menționat.
Rezolvare: înlocuind valorile curentului și rezistenței firelor în formula (2), obținem Ppr=(10^2)*(2*0,24)=48 W.
Astfel, la transmiterea energiei de la rețea la sarcină, pierderile în fire vor fi puțin mai mari de 2%. Această energie este transformată în căldură generată de conductorul în mediu inconjurator. În funcție de starea de încălzire a conductorului (în funcție de valoarea curentă), se selectează secțiunea transversală a acestuia, ghidată de tabele speciale.
De exemplu, pentru conductorul de mai sus, curentul maxim este de 19 A sau 4,1 kW într-o rețea de 220 V.

Pentru a reduce pierderile active în liniile electrice, se utilizează tensiune crescută. În același timp, curentul din fire scade, pierderile scad.

Efectul temperaturii

O creștere a temperaturii duce la o creștere a vibrațiilor rețelei cristaline metalice. În consecință, electronii întâmpină mai multe obstacole, ceea ce duce la o creștere a rezistenței. Mărimea „sensibilității” rezistenței metalului la o creștere a temperaturii se numește coeficient de temperatură α. Formula de calcul a temperaturii este următoarea
R=Rн*, (3)
unde Rн – rezistența firului la conditii normale(la temperatura t°n); t° este temperatura conductorului.
De obicei t°n = 20° C. Valoarea lui α este indicată și pentru temperatura t°n.
Sarcina 4. Calculați rezistența unui fir de cupru la o temperatură t° = 90° C. α cupru = 0,0043, Rн = 0,24 Ohm (sarcina 1).
Rezolvare: înlocuind valorile în formula (3) obținem R = 0,312 Ohm. Rezistența firului încălzit analizat este cu 30% mai mare decât rezistența acestuia la temperatura camerei.

Efectul frecvenței

Pe măsură ce frecvența curentului în conductor crește, are loc procesul de deplasare a sarcinilor mai aproape de suprafața acestuia. Ca urmare a creșterii concentrației de sarcini în stratul de suprafață, crește și rezistența firului. Acest proces se numește „efect de piele” sau efect de suprafață. Coeficientul pielii– efectul depinde și de mărimea și forma firului. Pentru exemplul de mai sus, la o frecvență AC de 20 kHz, rezistența firului va crește cu aproximativ 10%. Rețineți că componentele de înaltă frecvență pot avea un semnal de curent de la mulți consumatori moderni industriali și casnici ( lămpi economice, comutarea surselor de alimentare, convertoare de frecvență și așa mai departe).

Influența conductorilor vecini

Există un câmp magnetic în jurul oricărui conductor prin care trece curentul. Interacțiunea câmpurilor conductoarelor vecine provoacă și pierderi de energie și se numește „efect de proximitate”. De asemenea, rețineți că orice conductor metalic are inductanță creată de miezul conductor și capacitatea creată de izolație. Acești parametri sunt caracterizați și de efectul de proximitate.

Tehnologii

Fire de înaltă tensiune cu rezistență zero

Acest tip de sârmă este utilizat pe scară largă în sistemele de aprindere ale mașinilor. Rezistența firelor de înaltă tensiune este destul de scăzută și se ridică la câteva fracțiuni de ohm pe metru de lungime. Să ne amintim că rezistența de această mărime nu poate fi măsurată cu un ohmmetru de uz general. Adesea, punțile de măsurare sunt utilizate pentru sarcina de a măsura rezistențe scăzute.
Din punct de vedere structural, astfel de fire au un numar mare de conductoare de cupru cu izolație pe bază de silicon, materiale plastice sau alți dielectrici. Particularitatea utilizării unor astfel de fire este nu numai funcționarea la tensiune înaltă, ci și transferul de energie într-o perioadă scurtă de timp (mod puls).

Cablu bimetalic

Domeniul principal de aplicare a cablurilor menționate este transmisia de semnale de înaltă frecvență. Miezul firului este realizat dintr-un tip de metal, a cărui suprafață este acoperită cu un alt tip de metal. Deoarece la frecvențe înalte doar stratul de suprafață al conductorului este conductiv, este posibil să înlocuiți interiorul firului. Acest lucru economisește material scump și îmbunătățește caracteristicile mecanice ale firului. Exemple de astfel de fire: cupru placat cu argint, oțel placat cu cupru.

Concluzie

Rezistența firului este o valoare care depinde de un grup de factori: tipul conductorului, temperatura, frecvența curentului, parametrii geometrici. Semnificația influenței acestor parametri depinde de condițiile de funcționare ale firului. Criteriile de optimizare, în funcție de sarcinile pentru fire, pot fi: reducerea pierderilor active, îmbunătățirea caracteristicilor mecanice, reducerea prețurilor.