Otpor bakrenog kabla poprečnog presjeka 2,5 mm2. Otpornost i supravodljivost

Eksperimentalno je utvrđeno da je otpor R metalni provodnik je direktno proporcionalan njegovoj dužini L i obrnuto proporcionalna njegovoj površini poprečnog presjeka A:

R = ρ L/ A (26.4)

gdje je koeficijent ρ naziva se otpornost i služi kao karakteristika tvari od koje je vodič napravljen. Ovo je zdrav razum: debela žica treba da ima manji otpor od tanke žice jer se elektroni mogu kretati preko veće površine u debeloj žici. I možemo očekivati ​​povećanje otpora sa povećanjem dužine provodnika, kako se povećava broj prepreka protoku elektrona.

Tipične vrijednosti ρ Za različitih materijala date su u prvoj koloni tabele. 26.2. (Stvarne vrijednosti zavise od čistoće supstance, termičku obradu, temperatura i drugi faktori.)

Srebro ima najmanju otpornost, pa se stoga ispostavlja da je najbolji provodnik; međutim to je skupo. Bakar je nešto inferiorniji od srebra; Jasno je zašto se žice najčešće prave od bakra.

Aluminij ima veću otpornost od bakra, ali ima mnogo manju gustoću i poželjan je u nekim primjenama (na primjer, u dalekovodima) jer je otpor aluminijskih žica iste mase manji od otpora bakra. Često se koristi recipročna vrijednost otpornosti:

σ = 1/ρ (26.5)

σ nazvana specifična provodljivost. Specifična provodljivost se mjeri u jedinicama (Ohm m) -1.

Otpornost tvari ovisi o temperaturi. Otpornost metala po pravilu raste s temperaturom. To ne treba da čudi: kako temperatura raste, atomi se kreću brže, njihov raspored postaje manje uređen i možemo očekivati ​​da će više ometati tok elektrona. U uskim temperaturnim rasponima, otpornost metala raste gotovo linearno s temperaturom:

Gdje ρ T- otpornost na temperaturi T, ρ 0 - otpornost na standardnoj temperaturi T 0 , a α - temperaturni koeficijent otpora (TCR). Vrijednosti a date su u tabeli. 26.2. Imajte na umu da za poluvodiče TCR može biti negativan. To je očito, budući da se s povećanjem temperature povećava broj slobodnih elektrona i oni poboljšavaju provodljiva svojstva tvari. Dakle, otpor poluvodiča može se smanjiti s povećanjem temperature (iako ne uvijek).

Vrijednosti a ovise o temperaturi, pa treba obratiti pažnju na temperaturni raspon u kojem se nalazi datu vrijednost(na primjer, prema imeniku fizičke veličine). Ako se raspon temperaturnih promjena pokaže širokim, linearnost će biti narušena, a umjesto (26.6) potrebno je koristiti izraz koji sadrži pojmove koji ovise o drugoj i trećoj stepenu temperature:

ρ T = ρ 0 (1+αT+ + βT 2 + γT 3),

gdje su koeficijenti β I γ obično vrlo mali (mi stavljamo T 0 = 0°S), ali u velikoj meri T doprinosi ovih članova postaju značajni.

U vrlo niske temperature ah otpornost nekih metala, kao i legura i jedinjenja, pada u granicama tačnosti savremena merenja na nulu. Ovo svojstvo se naziva supravodljivost; prvi ga je uočio holandski fizičar Heike Kamerling-Onnes (1853-1926) 1911. godine kada je živa ohlađena ispod 4,2 K. Na ovoj temperaturi električni otporŽiva je iznenada pala na nulu.

Superprovodnici ulaze u supravodljivo stanje ispod temperature prijelaza, koja je tipično nekoliko stepeni Kelvina (nešto iznad apsolutne nule). Posmatrano struja u supravodljivom prstenu koji je ostao gotovo neoštećen u odsustvu napona nekoliko godina.

IN poslednjih godina supravodljivost se intenzivno proučava kako bi se razjasnio njen mehanizam i pronašli materijali koji pokazuju supravodljivost na višim temperaturama. visoke temperature kako bi se smanjili troškovi i neugodnosti zbog hlađenja na vrlo niske temperature. Prvu uspješnu teoriju supravodljivosti stvorili su Bardeen, Cooper i Schrieffer 1957. godine. Superprovodnici se već koriste u velikim magnetima, gdje se magnetsko polje stvara električnom strujom (vidi Poglavlje 28), što značajno smanjuje potrošnju energije. Naravno, održavanje superprovodnika na niskoj temperaturi takođe zahteva energiju.

Komentari i prijedlozi se primaju na [email protected]

Otpornost bakra Ovo je fizički koncept koji se nalazi u elektrotehnici. Šta je ovo, pitate se.

Dakle, počnimo s konceptom otpora provodnika, što znači proces prolaska struje kroz njega. U ovom slučaju, bakar će služiti kao provodnik, što znači da ćemo razmotriti njegova svojstva.

Svi metali imaju specifičnu strukturu u obliku kristalna rešetka. U svakom uglu ove rešetke postoje atomi koji povremeno vibriraju oko čvorova. Kada se atomi međusobno odbijaju ili privlače, to različito utječe na lokaciju i raspored svih čvorova u svim metalima. Okoliš atoma zauzimaju elektroni, koji rotiraju u svojoj orbiti, ostajući u njoj zbog ravnoteže sila.

Za ljubitelje pravog sladoleda! Jedi zanimljiva ponuda, na web stranici http://oceanpower.ru/category/id001/. Svratite i saznajte više o mekim zamrzivačima za sladoled na radnoj površini i još mnogo toga.

Kako bakar reaguje kada se na njega primeni električno polje? Unutar ovog vodiča, svi elektroni otrgnuti električnom silom, sa svoje orbite, teže polu sa znakom plus. Ovo kretanje naziva se električna struja. Dok se kreću, elektroni se sudaraju s atomima i drugim elektronima koji nisu otrgnuti sa svojih orbita. U tom slučaju elektroni koji se sudaraju mijenjaju smjer i njihova energija se gubi. Ovo je osnovna definicija otpora provodnika. Drugim riječima, to su rešetke atoma s elektronima koji rotiraju u orbitama, koji stvaraju otpor pokretnim provodničkim elektrodama otrgnutim iz njihovih orbita.

Međutim, otpornost zavisi i od nekoliko faktora, za svaki metal je individualna. Na njega utiču veličina kristalne rešetke i temperatura. Kada se temperatura provodnika poveća, njegovi atomi vibriraju brže. I stoga se elektroni kreću zajedno najveća brzina i otpor, a orbite će biti velike u radijusu.

Vrijednost otpornosti bakra može se naći u referentnim tablicama fizike. To je 0,0175 Ohm*mm2/m, na temperaturi od 20 stepeni. Najbliži metal po vrijednosti bakru će biti aluminijum = 0,0271 Ohm*mm2/m. Provodljivost bakra odmah iza srebra = 0,016 Ohm*mm2/m. o čemu svjedoči njegova široka upotreba, na primjer u strujni kablovi ili u raznim provodnicima. Međutim, bez bakra ne možete stvarati energetski transformatori i motori za male uređaje koji štede energiju.

Morate znati oznake otpornosti, jer bez toga je nemoguće izračunati ukupni otpor različitih vodiča tokom razvoja ili dizajna novih uređaja. Za to postoji formula:

R=p*I/S

u kojoj će: R - biti ukupni otpor vodiča, p - biti specifični otpor metala, I - će biti dužina određenog vodiča, S - površina poprečnog presjeka vodiča.

Koncept "specifičnog bakra" često se nalazi u literaturi o elektrotehnici. I ne možete a da se ne zapitate, šta je ovo?

Koncept "otpora" za bilo koji provodnik je kontinuirano povezan sa razumijevanjem procesa električne struje koja teče kroz njega. Budući da će se članak fokusirati na otpornost bakra, trebali bismo razmotriti njegova svojstva i svojstva metala.

Kada su u pitanju metali, nehotice se sjetite da svi imaju određenu strukturu - kristalnu rešetku. Atomi se nalaze u čvorovima takve rešetke i kreću se u odnosu na njih.Udaljenosti i položaj ovih čvorova zavise od sila interakcije atoma međusobno (odbijanje i privlačenje), a različite su za različite metale. A elektroni se okreću oko atoma u svojim orbitama. Također se drže u orbiti ravnotežom snaga. Samo ovo je atomsko i centrifugalno. Možete li zamisliti sliku? Možete ga nazvati, u nekim aspektima, statičnim.

Sada dodajmo dinamiku. Počinje djelovati na komad bakra električno polje. Šta se dešava unutar provodnika? Elektroni, otrgnuti iz svojih orbita silom električnog polja, jure ka njegovom pozitivnom polu. Ovdje imate usmjereno kretanje elektrona, odnosno električnu struju. Ali na putu svog kretanja nailaze na atome u čvorovima kristalne rešetke i elektrone koji i dalje rotiraju oko svojih atoma. Istovremeno gube energiju i mijenjaju smjer kretanja. Da li je značenje izraza "otpor provodnika" postalo malo jasnije? Atomi rešetke i elektroni koji rotiraju oko njih su ti koji se opiru usmjerenom kretanju otkinutih elektrona električno polje iz njihovih orbita. Ali koncept otpora vodiča se može nazvati opšta karakteristika. Otpornost karakterizira svaki provodnik više pojedinačno. Uključujući bakar. Ova karakteristika je individualna za svaki metal, jer direktno ovisi samo o obliku i veličini kristalne rešetke i, u određenoj mjeri, o temperaturi. Kako temperatura provodnika raste, atomi intenzivnije vibriraju na mjestima rešetke. A elektroni rotiraju oko čvorova većim brzinama i u orbitama većeg radijusa. I, naravno, slobodni elektroni nailaze na veći otpor prilikom kretanja. Ovo je fizika procesa.

Za potrebe sektora elektrotehnike uspostavljena je rasprostranjena proizvodnja metala kao što su aluminijum i bakar, čiji je otpor prilično nizak. Ovi metali se koriste za izradu kablova i razne vrstežice koje se široko koriste u građevinarstvu, za proizvodnju kućanskih aparata, proizvodnju sabirnica, namotaja transformatora i drugih elektro proizvoda.

Za svaki provodnik postoji koncept otpornosti. Ova vrijednost se sastoji od oma pomnoženih sa kvadratnim milimetrom, a zatim podijeljenih s jednim metrom. Drugim riječima, ovo je otpor provodnika čija je dužina 1 metar i poprečni presjek 1 mm2. Isto važi i za otpornost bakra, jedinstvenog metala koji se široko koristi u elektrotehnici i energetici.

Svojstva bakra

Zbog svojih svojstava, ovaj metal je bio jedan od prvih koji se koristio u oblasti električne energije. Prije svega, bakar je savitljiv i duktilan materijal sa odličnim svojstvima električne provodljivosti. Još uvijek ne postoji ekvivalentna zamjena za ovaj provodnik u energetskom sektoru.

Posebno su cijenjena svojstva specijalnog elektrolitičkog bakra koji ima visoku čistoću. Ovaj materijal je omogućio proizvodnju žica sa minimalna debljina na 10 mikrona.

Pored visoke električne provodljivosti, bakar je veoma pogodan za kalajisanje i druge vrste obrade.

Bakar i njegova otpornost

Svaki provodnik pokazuje otpor ako kroz njega prođe električna struja. Vrijednost zavisi od dužine provodnika i njegovog poprečnog preseka, kao i od uticaja određenih temperatura. Dakle, otpor provodnika ne zavisi samo od samog materijala, već i od njegove specifične dužine i površine poprečnog preseka. Što materijal lakše dopušta da naboj prođe kroz sebe, to je njegov otpor manji. Za bakar, otpornost je 0,0171 Ohm x 1 mm2/1 m i samo je malo inferiorna od srebra. Međutim, upotreba srebra u industrijskim razmjerima nije ekonomski isplativa, stoga je bakar najbolji provodnik koji se koristi u energiji.

Otpornost bakra je takođe povezana sa njegovom visokom provodljivošću. Ove vrijednosti su direktno suprotne jedna drugoj. Svojstva bakra kao provodnika zavise i od temperaturnog koeficijenta otpora. Ovo posebno vrijedi za otpor, na koji utječe temperatura provodnika.

Tako je bakar zbog svojih svojstava postao široko rasprostranjen ne samo kao provodnik. Ovaj metal se koristi u većini instrumenata, uređaja i jedinica čiji je rad povezan sa električnom strujom.