Ειδική αντοχή στον ψευδάργυρο. Ειδική ηλεκτρική αντίσταση μετάλλων και κραμάτων τους, ημιαγωγών και διηλεκτρικών. Αντίσταση των μονωτών

Μόλις ο ηλεκτρισμός έφυγε από τα εργαστήρια των επιστημόνων και άρχισε να εισάγεται ευρέως στην πράξη Καθημερινή ζωή, προέκυψε το ερώτημα της αναζήτησης υλικών που έχουν ορισμένα, ενίοτε εντελώς αντίθετα, χαρακτηριστικά σε σχέση με τη ροή μέσα από αυτά ηλεκτρικό ρεύμα.

Για παράδειγμα, κατά τη μεταφορά ηλεκτρική ενέργειασε μεγάλη απόσταση, το υλικό του σύρματος έπρεπε να ελαχιστοποιήσει τις απώλειες λόγω θέρμανσης Joule σε συνδυασμό με χαρακτηριστικά χαμηλού βάρους. Ένα παράδειγμα αυτού είναι οι γνωστές γραμμές ηλεκτρικής ενέργειας υψηλής τάσης από σύρματα αλουμινίουμε πυρήνα χάλυβα.

Ή, αντίθετα, για τη δημιουργία συμπαγών σωληνωτών ηλεκτρικών θερμαντήρων, απαιτήθηκαν υλικά με σχετικά υψηλή ηλεκτρική αντίσταση και υψηλή θερμική σταθερότητα. Το απλούστερο παράδειγμα συσκευής που χρησιμοποιεί υλικά με παρόμοιες ιδιότητες είναι ο καυστήρας μιας συνηθισμένης ηλεκτρικής κουζίνας κουζίνας.

Οι αγωγοί που χρησιμοποιούνται στη βιολογία και την ιατρική ως ηλεκτρόδια, ανιχνευτές και ανιχνευτές απαιτούν υψηλή χημική αντοχή και συμβατότητα με βιοϋλικά, σε συνδυασμό με χαμηλή αντίσταση επαφής.

Ένας ολόκληρος γαλαξίας εφευρετών από διαφορετικές χώρες: Αγγλία, Ρωσία, Γερμανία, Ουγγαρία και ΗΠΑ. Ο Thomas Edison, έχοντας πραγματοποιήσει περισσότερα από χίλια πειράματα για να δοκιμάσει τις ιδιότητες υλικών κατάλληλων για το ρόλο των νημάτων, δημιούργησε μια λάμπα με σπείρα πλατίνας. Οι λαμπτήρες Edison, αν και είχαν μεγάλη διάρκεια ζωής, δεν ήταν πρακτικοί λόγω υψηλό κόστοςπηγή.

Η επακόλουθη εργασία του Ρώσου εφευρέτη Lodygin, ο οποίος πρότεινε τη χρήση σχετικά φθηνού πυρίμαχου βολφραμίου και μολυβδαινίου με υψηλότερη ειδική αντίσταση ως υλικά νήματος, βρήκε πρακτική χρήση. Επιπλέον, ο Lodygin πρότεινε την άντληση αέρα από λαμπτήρες πυρακτώσεως, αντικαθιστώντας τον με αδρανή ή ευγενή αέρια, γεγονός που οδήγησε στη δημιουργία σύγχρονες λάμπεςλάμπων. Ο πρωτοπόρος της μαζικής παραγωγής προσιτή και ανθεκτική ηλεκτρικοί λαμπτήρεςέγινε η εταιρεία General Electric, στην οποία ο Lodygin εκχώρησε τα δικαιώματα των διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας του και στη συνέχεια εργάστηκε με επιτυχία στα εργαστήρια της εταιρείας για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Αυτή η λίστα μπορεί να συνεχιστεί, γιατί ο περίεργος ανθρώπινος νους είναι τόσο εφευρετικός που μερικές φορές, για να λύσει ένα συγκεκριμένο τεχνικό πρόβλημα, χρειάζεται υλικά με άγνωστες μέχρι τώρα ιδιότητες ή με απίστευτους συνδυασμούς αυτών των ιδιοτήτων. Η φύση δεν συμβαδίζει πλέον με τις ορέξεις μας και επιστήμονες από όλο τον κόσμο έχουν συμμετάσχει στον αγώνα για να δημιουργήσουν υλικά που δεν έχουν φυσικά ανάλογα.

Ενας από τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικάτόσο φυσικά όσο και συνθετικά υλικά είναι το συγκεκριμένο ηλεκτρική αντίσταση. Ενα παράδειγμα ηλεκτρική συσκευή, στην οποία αυτή η ιδιότητα χρησιμοποιείται στην πιο καθαρή της μορφή, μπορεί να χρησιμεύσει μια ασφάλεια, προστατεύοντας τον ηλεκτρικό και ηλεκτρονικό μας εξοπλισμό από τις επιπτώσεις του ρεύματος που υπερβαίνει τις επιτρεπόμενες τιμές.

Ταυτόχρονα, πρέπει να σημειωθεί ότι είναι οικιακά υποκατάστατα για τυπικές ασφάλειες, κατασκευασμένα χωρίς γνώση της ειδικής αντίστασης του υλικού, που μερικές φορές προκαλούν όχι μόνο εξάντληση διάφορα στοιχεία ηλεκτρικά κυκλώματα, αλλά και εκδήλωση πυρκαγιών σε σπίτια και ανάφλεξη καλωδιώσεων σε αυτοκίνητα.

Το ίδιο ισχύει και για την αντικατάσταση ασφαλειών στα δίκτυα ισχύος, όταν τοποθετείται ασφάλεια με υψηλότερη ονομαστική ένταση ρεύματος αντί για ασφάλεια μικρότερης ισχύος. Αυτό οδηγεί σε υπερθέρμανση της ηλεκτρικής καλωδίωσης και, κατά συνέπεια, στην εκδήλωση πυρκαγιών με θλιβερές συνέπειες. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για σπίτια πλαισίου.

Ιστορική αναφορά

Η έννοια της ηλεκτρικής ειδικής αντίστασης εμφανίστηκε χάρη στα έργα του διάσημου Γερμανού φυσικού Georg Ohm, ο οποίος τεκμηρίωσε θεωρητικά και κατά τη διάρκεια πολλών πειραμάτων απέδειξε τη σχέση μεταξύ της τρέχουσας ισχύος, ηλεκτροκινητική δύναμημπαταρία και την αντίσταση όλων των τμημάτων του κυκλώματος, ανακαλύπτοντας έτσι τον νόμο του στοιχειώδους ηλεκτρικό κύκλωμα, στη συνέχεια πήρε το όνομά του. Ο Ohm διερεύνησε την εξάρτηση του μεγέθους του ρεύματος ροής από το μέγεθος της εφαρμοζόμενης τάσης, από το μήκος και το σχήμα του υλικού του αγωγού, καθώς και από τον τύπο του υλικού που χρησιμοποιείται ως αγώγιμο μέσο.

Ταυτόχρονα, πρέπει να αποτίσουμε φόρο τιμής στο έργο του Sir Humphry Davy, ενός Άγγλου χημικού, φυσικού και γεωλόγου, ο οποίος ήταν ο πρώτος που διαπίστωσε την εξάρτηση της ηλεκτρικής αντίστασης ενός αγωγού από το μήκος και την επιφάνεια της διατομής του, και Σημείωσε επίσης την εξάρτηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας από τη θερμοκρασία.

Ερευνώντας την εξάρτηση της ροής του ηλεκτρικού ρεύματος από τον τύπο των υλικών, ο Ohm διαπίστωσε ότι κάθε αγώγιμο υλικό που είχε στη διάθεσή του είχε κάποιο εγγενές χαρακτηριστικό αντίστασης στη ροή του ρεύματος.

Πρέπει να σημειωθεί ότι την εποχή του Ohm, ένας από τους πιο συνηθισμένους αγωγούς σήμερα - το αλουμίνιο - είχε την ιδιότητα ενός ιδιαίτερα πολύτιμου μετάλλου, έτσι ο Ohm περιορίστηκε σε πειράματα με χαλκό, ασήμι, χρυσό, πλατίνα, ψευδάργυρο, κασσίτερο, μόλυβδο. και σίδερο.

Τελικά, ο Ohm εισήγαγε την έννοια της ηλεκτρικής ειδικής αντίστασης ενός υλικού ως θεμελιώδους χαρακτηριστικού, χωρίς να γνωρίζει απολύτως τίποτα για τη φύση της ροής του ρεύματος στα μέταλλα ή για την εξάρτηση της αντίστασής τους από τη θερμοκρασία.

Ειδική ηλεκτρική αντίσταση. Ορισμός

Η ηλεκτρική αντίσταση ή απλά η ειδική αντίσταση είναι θεμελιώδης φυσικό χαρακτηριστικόαγώγιμο υλικό, το οποίο χαρακτηρίζει την ικανότητα μιας ουσίας να εμποδίζει τη διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος. Συμβολίζεται με το ελληνικό γράμμα ρ (προφέρεται rho) και υπολογίζεται από τον εμπειρικό τύπο για τον υπολογισμό της αντίστασης που ελήφθη από τον Georg Ohm.

ή από εδώ

όπου R είναι η αντίσταση σε ohms, S είναι η περιοχή σε m²/, L είναι το μήκος σε m

Η μονάδα ηλεκτρικής ειδικής αντίστασης στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων SI εκφράζεται σε Ohm m.

Αυτή είναι η αντίσταση ενός αγωγού με μήκος 1 m και επιφάνεια διατομής 1 m² / τιμή 1 ohm.

Στην ηλεκτρική μηχανική, για τη διευκόλυνση των υπολογισμών, συνηθίζεται να χρησιμοποιείται η παράγωγος ηλεκτρικής ειδικής αντίστασης, εκφρασμένη σε Ohm mm² / m. Οι τιμές αντίστασης για τα πιο κοινά μέταλλα και τα κράματά τους βρίσκονται στα σχετικά βιβλία αναφοράς.

Οι πίνακες 1 και 2 δείχνουν τις τιμές ειδικής αντίστασης των διαφόρων πιο κοινών υλικών.

Τραπέζι 1. Αντίστασημερικά μέταλλα

Πίνακας 2. Ανθεκτικότητα κοινών κραμάτων

Ειδική ηλεκτρική αντίσταση διαφόρων μέσων. Φυσική των φαινομένων

Ειδικές ηλεκτρικές αντιστάσεις μετάλλων και κραμάτων τους, ημιαγωγών και διηλεκτρικών

Σήμερα, οπλισμένοι με γνώση, είμαστε σε θέση να υπολογίσουμε εκ των προτέρων την ηλεκτρική ειδική αντίσταση οποιουδήποτε υλικού, τόσο φυσικού όσο και συνθετικού, με βάση το χημική σύνθεσηκαι την αναμενόμενη φυσική κατάσταση.

Αυτή η γνώση μας βοηθάει με τον καλύτερο τρόποχρησιμοποιήστε τις δυνατότητες των υλικών, μερικές φορές πολύ εξωτικά και μοναδικά.

Λόγω των ιδεών που επικρατούν, από τη σκοπιά της φυσικής στερεά σώματαυποδιαιρείται σε κρυσταλλικές, πολυκρυσταλλικές και άμορφες ουσίες.

Ο ευκολότερος τρόπος, όσον αφορά τον τεχνικό υπολογισμό της ειδικής αντίστασης ή τη μέτρησή της, είναι η περίπτωση των άμορφων ουσιών. Δεν έχουν έντονη κρυσταλλική δομή (αν και μπορεί να έχουν μικροσκοπικά εγκλείσματα τέτοιων ουσιών), είναι σχετικά ομοιογενή σε χημική σύνθεση και παρουσιάζουν ιδιότητες χαρακτηριστικές ενός δεδομένου υλικού.

Σε πολυκρυσταλλικές ουσίες, που σχηματίζονται από μια συλλογή σχετικά μικρών κρυστάλλων της ίδιας χημικής σύνθεσης, η συμπεριφορά των ιδιοτήτων δεν διαφέρει πολύ από τη συμπεριφορά άμορφες ουσίες, δεδομένου ότι η ηλεκτρική ειδική αντίσταση ορίζεται συνήθως ως μια ακέραια συνολική ιδιότητα ενός δεδομένου δείγματος υλικού.

Η κατάσταση είναι πιο δύσκολη με κρυσταλλικές ουσίες, ειδικά με μονοκρυστάλλους που έχουν διαφορετική ηλεκτρική ειδική αντίσταση και άλλα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά ως προς τους άξονες συμμετρίας των κρυστάλλων τους. Αυτή η ιδιότητα ονομάζεται κρυσταλλική ανισοτροπία και χρησιμοποιείται ευρέως στην τεχνολογία, ιδιαίτερα σε κυκλώματα ραδιομηχανικής των ταλαντωτών χαλαζία, όπου η σταθερότητα συχνότητας καθορίζεται ακριβώς από τη δημιουργία συχνοτήτων που είναι εγγενείς σε έναν δεδομένο κρύσταλλο χαλαζία.

Καθένας από εμάς, όντας κάτοχος υπολογιστή, tablet, κινητό τηλέφωνοή smartphone, συμπεριλαμβανομένων των κατόχων του καρπού ηλεκτρονικό ρολόιμέχρι το iWatch, ταυτόχρονα είναι κάτοχος κρυστάλλου χαλαζία. Με βάση αυτό, μπορεί κανείς να κρίνει την κλίμακα της χρήσης αντηχείων χαλαζία στην ηλεκτρονική, που υπολογίζεται σε δεκάδες δισεκατομμύρια.

Μεταξύ άλλων, η ειδική αντίσταση πολλών υλικών, ιδιαίτερα των ημιαγωγών, εξαρτάται από τη θερμοκρασία, επομένως τα δεδομένα αναφοράς δίνονται συνήθως με τη θερμοκρασία μέτρησης, συνήθως 20 °C.

Οι μοναδικές ιδιότητες της πλατίνας, η οποία έχει μια σταθερή και καλά μελετημένη εξάρτηση της ηλεκτρικής αντίστασης από τη θερμοκρασία, καθώς και τη δυνατότητα λήψης μετάλλου υψηλής καθαρότητας, χρησίμευσαν ως προϋπόθεση για τη δημιουργία αισθητήρων στη βάση της σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών. .

Για τα μέταλλα, η εξάπλωση των τιμών αναφοράς της ειδικής αντίστασης οφείλεται στις μεθόδους κατασκευής των δειγμάτων και στη χημική καθαρότητα του μετάλλου αυτού του δείγματος.

Για τα κράματα, ένα ευρύτερο φάσμα τιμών αναφοράς ειδικής αντίστασης οφείλεται στις μεθόδους προετοιμασίας του δείγματος και στη μεταβλητότητα της σύνθεσης του κράματος.

Ηλεκτρική αντίσταση υγρών (ηλεκτρολύτες)

Η κατανόηση της ειδικής αντίστασης των υγρών βασίζεται σε θεωρίες θερμικής διάστασης και κινητικότητας κατιόντων και ανιόντων. Για παράδειγμα, στο πιο κοινό υγρό στη Γη, το συνηθισμένο νερό, μερικά από τα μόριά του αποσυντίθενται σε ιόντα υπό την επίδραση της θερμοκρασίας: κατιόντα Η+ και ανιόντα ΟΗ-. Όταν εφαρμόζεται εξωτερική τάση σε ηλεκτρόδια βυθισμένα στο νερό υπό κανονικές συνθήκες, προκύπτει ρεύμα λόγω της κίνησης των προαναφερθέντων ιόντων. Όπως αποδείχθηκε, ολόκληρες ενώσεις μορίων σχηματίζονται σε συστάδες νερού, μερικές φορές σε συνδυασμό με κατιόντα Η+ ή ανιόντα ΟΗ–. Επομένως, η μεταφορά ιόντων από συστάδες υπό την επίδραση του ηλεκτρική τάσησυμβαίνει ως εξής: λαμβάνοντας το ιόν προς την κατεύθυνση του εφαρμοζόμενου ηλεκτρικό πεδίοαφενός το σύμπλεγμα «ρίχνει» ένα παρόμοιο ιόν από την άλλη πλευρά. Η παρουσία συστάδων στο νερό εξηγεί τέλεια το επιστημονικό γεγονός ότι σε θερμοκρασία περίπου 4 ° C, το νερό έχει υψηλότερη πυκνότητα. Τα περισσότερα απότα μόρια του νερού βρίσκονται σε συστάδες λόγω της δράσης του υδρογόνου και ομοιοπολικούς δεσμούς, πρακτικά σε σχεδόν κρυσταλλική κατάσταση. Σε αυτή την περίπτωση, η θερμική διάσταση είναι ελάχιστη και ο σχηματισμός κρυστάλλων πάγου, οι οποίοι έχουν μικρότερη πυκνότητα (ο πάγος επιπλέει στο νερό), δεν έχει ακόμη αρχίσει.

Γενικά, η ειδική αντίσταση των υγρών δείχνει μεγαλύτερη εξάρτηση από τη θερμοκρασία, επομένως αυτό το χαρακτηριστικό μετριέται πάντα σε θερμοκρασία 293 K, που αντιστοιχεί σε θερμοκρασία 20 °C.

Εκτός από το νερό, υπάρχει μεγάλος αριθμόςάλλους διαλύτες ικανούς να δημιουργούν κατιόντα και ανιόντα διαλυμένων ουσιών. Η γνώση και η μέτρηση της ειδικής αντίστασης τέτοιων λύσεων είναι επίσης μεγάλης πρακτικής σημασίας.

Για υδατικά διαλύματα αλάτων, οξέων και αλκαλίων, η συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας παίζει σημαντικό ρόλο στον προσδιορισμό της ειδικής αντίστασης του διαλύματος. Ένα παράδειγμα είναι ο παρακάτω πίνακας, ο οποίος δείχνει τις τιμές ειδικής αντίστασης διαφόρων ουσιών διαλυμένων σε νερό σε θερμοκρασία 18 ° C:

Πίνακας 3. Τιμές αντίστασης διαφόρων ουσιών διαλυμένων σε νερό σε θερμοκρασία 18 °C

Τα στοιχεία των πινάκων προέρχονται από τη Σύντομη Φυσική και Τεχνική Αναφορά, Τόμος 1, - Μ.: 1960

Αντίσταση των μονωτών

Μεγάλη σημασία στους κλάδους της ηλεκτρολογίας, της ηλεκτρονικής, της ραδιομηχανικής και της ρομποτικής έχει μια ολόκληρη κατηγορία διαφόρων ουσιών που έχουν σχετικά υψηλή ειδική αντίσταση. Ανεξάρτητα από τους κατάσταση συνάθροισης, είτε στερεές, υγρές ή αέριες, τέτοιες ουσίες ονομάζονται μονωτές. Αυτά τα υλικά χρησιμοποιούνται για μόνωση ξεχωριστά μέρηηλεκτρικά κυκλώματα μεταξύ τους.

Ένα παράδειγμα στερεών μονωτών είναι η γνωστή εύκαμπτη ηλεκτρική ταινία, χάρη στην οποία αποκαθιστούμε τη μόνωση κατά τη σύνδεση διάφορα καλώδια. Πολλοί είναι εξοικειωμένοι με τους μονωτές ανάρτησης πορσελάνης. εναέριες γραμμέςγραμμές μεταφοράς, πλακέτες textolite με ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΑπεριλαμβάνονται στα περισσότερα προϊόντα ηλεκτρονική Μηχανική, κεραμικά, γυαλί και πολλά άλλα υλικά. Σύγχρονο σκληρό μονωτικά υλικάμε βάση πλαστικά και ελαστομερή ασφαλής χρήσηηλεκτρικό ρεύμα διαφόρων τάσεων σε μεγάλη ποικιλία συσκευών και συσκευών.

Εκτός από τους στερεούς μονωτές, οι υγροί μονωτές με υψηλή ειδική αντίσταση χρησιμοποιούνται ευρέως στην ηλεκτρική μηχανική. ΣΕ μετασχηματιστές ισχύοςυγρό ηλεκτρικού δικτύου λάδι μετασχηματιστήαποτρέπει τις βλάβες διακοπής λόγω Αυτο-επαγωγή EMF, απομονώνοντας αξιόπιστα τις στροφές των περιελίξεων. ΣΕ διακόπτες κυκλώματος λαδιούΤο λάδι χρησιμοποιείται για την κατάσβεση του ηλεκτρικού τόξου που εμφανίζεται κατά την εναλλαγή πηγών ισχύος. Το λάδι πυκνωτή χρησιμοποιείται για τη δημιουργία συμπαγών πυκνωτών με υψηλή Ηλεκτρικά Χαρακτηριστικά; Εκτός από αυτά τα έλαια, φυσικό καστορέλαιο και συνθετικά έλαια χρησιμοποιούνται ως υγρά μονωτικά.

Υπό κανονικό ατμοσφαιρική πίεσηΌλα τα αέρια και τα μείγματά τους είναι εξαιρετικοί μονωτές από την άποψη της ηλεκτρολογίας, αλλά τα ευγενή αέρια (xenon, argon, neon, krypton), λόγω της αδρανότητάς τους, έχουν υψηλότερη ειδική αντίσταση, η οποία χρησιμοποιείται ευρέως σε ορισμένους τομείς της τεχνολογίας.

Αλλά ο πιο κοινός μονωτήρας είναι ο αέρας, που αποτελείται κυρίως από μοριακό άζωτο (75% κατά μάζα), μοριακό οξυγόνο (23,15% κατά μάζα), αργό (1,3% κατά μάζα), διοξείδιο του άνθρακα, υδρογόνο, νερό και κάποια πρόσμιξη διαφόρων ευγενών αερίων. Απομονώνει τη ροή του ρεύματος σε κανονικές συνθήκες οικιακούς διακόπτεςφως, διακόπτες ρεύματος με βάση ρελέ, μαγνητικές εκκινητέςκαι μηχανικούς διακόπτες. Πρέπει να σημειωθεί ότι η μείωση της πίεσης των αερίων ή των μιγμάτων τους κάτω από την ατμοσφαιρική πίεση οδηγεί σε αύξηση της ηλεκτρικής αντίστασής τους. Ο ιδανικός μονωτήρας από αυτή την άποψη είναι το κενό.

Ειδική ηλεκτρική αντίσταση διαφόρων εδαφών

Ενας από τους πιο σημαντικούς τρόπουςη προστασία ενός ατόμου από την καταστροφική επίδραση του ηλεκτρικού ρεύματος σε περίπτωση ατυχημάτων ηλεκτρικών εγκαταστάσεων είναι μια συσκευή προστατευτική γη.

Είναι η σκόπιμη σύνδεση ενός ηλεκτρικού περιβλήματος ή περιβλήματος σε μια προστατευτική διάταξη γείωσης. Συνήθως, η γείωση πραγματοποιείται με τη μορφή λωρίδων χάλυβα ή χαλκού, σωλήνων, ράβδων ή γωνιών θαμμένων στο έδαφος σε βάθος μεγαλύτερο των 2,5 μέτρων, οι οποίες, σε περίπτωση ατυχήματος, εξασφαλίζουν τη ροή του ρεύματος κατά μήκος του κυκλώματος συσκευή - θήκη ή περίβλημα - γείωση - ουδέτερο σύρμαπηγή εναλλασσόμενο ρεύμα. Η αντίσταση αυτού του κυκλώματος δεν πρέπει να είναι μεγαλύτερη από 4 ohms. Σε αυτήν την περίπτωση, η τάση στο σώμα της συσκευής έκτακτης ανάγκης μειώνεται σε τιμές που είναι ασφαλείς για τον άνθρωπο και αυτόματες συσκευέςπροστασία του ηλεκτρικού κυκλώματος με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, η συσκευή έκτακτης ανάγκης είναι απενεργοποιημένη.

Κατά τον υπολογισμό των στοιχείων της προστατευτικής γείωσης, η γνώση της ειδικής αντίστασης των εδαφών παίζει σημαντικό ρόλο, η οποία μπορεί να ποικίλλει σε ένα ευρύ φάσμα.

Σύμφωνα με τα δεδομένα των πινάκων αναφοράς, επιλέγεται η περιοχή της συσκευής γείωσης, ο αριθμός των στοιχείων γείωσης και ο πραγματικός σχεδιασμός ολόκληρης της συσκευής υπολογίζονται από αυτήν. Η σύνδεση των δομικών στοιχείων της προστατευτικής διάταξης γείωσης πραγματοποιείται με συγκόλληση.

Ηλεκτροτομογραφία

Η ηλεκτρική εξερεύνηση μελετά το γεωλογικό περιβάλλον κοντά στην επιφάνεια, χρησιμοποιείται για την αναζήτηση μεταλλευμάτων και μη μεταλλικών ορυκτών και άλλων αντικειμένων με βάση τη μελέτη διαφόρων τεχνητών ηλεκτρικών και ηλεκτρομαγνητικών πεδίων. Μια ειδική περίπτωση ηλεκτρικής εξερεύνησης είναι η τομογραφία ηλεκτρικής ειδικής αντίστασης - μια μέθοδος για τον προσδιορισμό των ιδιοτήτων βράχουςανάλογα με την ειδική αντίστασή τους.

Η ουσία της μεθόδου έγκειται στο γεγονός ότι σε μια συγκεκριμένη θέση της πηγής ηλεκτρικού πεδίου, λαμβάνονται μετρήσεις τάσης σε διάφορους ανιχνευτές, στη συνέχεια η πηγή πεδίου μετακινείται σε άλλο μέρος ή μεταβαίνει σε άλλη πηγή και οι μετρήσεις επαναλαμβάνονται. Οι πηγές πεδίου και οι ανιχνευτές δέκτη πεδίου τοποθετούνται στην επιφάνεια και σε φρεάτια.

Στη συνέχεια, τα ληφθέντα δεδομένα επεξεργάζονται και ερμηνεύονται χρησιμοποιώντας σύγχρονες μεθόδους επεξεργασίας υπολογιστή που επιτρέπουν την οπτικοποίηση πληροφοριών με τη μορφή δισδιάστατων και τρισδιάστατων εικόνων.

Όντας πολύ ακριβής μέθοδοςαναζήτηση, η ηλεκτροτομογραφία παρέχει ανεκτίμητη βοήθεια σε γεωλόγους, αρχαιολόγους και παλαιοζωολόγους.

Ο προσδιορισμός της μορφής εμφάνισης κοιτασμάτων ορυκτών και των ορίων κατανομής τους (περιγραφή) καθιστά δυνατό τον εντοπισμό της εμφάνισης φλεβικών κοιτασμάτων ορυκτών, γεγονός που μειώνει σημαντικά το κόστος της μετέπειτα ανάπτυξής τους.

Για τους αρχαιολόγους, αυτή η μέθοδος αναζήτησης παρέχει πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με τη θέση των αρχαίων ταφών και την παρουσία αντικειμένων σε αυτές, μειώνοντας έτσι το κόστος των ανασκαφών.

Οι Παλαιοζωολόγοι χρησιμοποιούν ηλεκτροτομογραφία για να αναζητήσουν απολιθωμένα υπολείμματα αρχαίων ζώων. τα αποτελέσματα της δουλειάς τους μπορούν να φανούν σε μουσεία φυσικών επιστημών με τη μορφή εκπληκτικών ανακατασκευών των σκελετών της προϊστορικής μεγαλοπανίδας.

Επιπλέον, χρησιμοποιείται ηλεκτροτομογραφία κατά την κατασκευή και την επακόλουθη επέμβαση. μηχανολογικές κατασκευές: ουρανοξύστες, φράγματα, αναχώματα, αναχώματα και άλλα.

Ορισμοί αντίστασης στην πράξη

Μερικές φορές για μια λύση πρακτικές εργασίεςμπορεί να βρεθούμε αντιμέτωποι με το καθήκον να προσδιορίσουμε τη σύνθεση μιας ουσίας, για παράδειγμα, ενός σύρματος για έναν κόφτη αφρού πολυστυρενίου. Έχουμε δύο πηνία σύρματος κατάλληλης διαμέτρου από διάφορα άγνωστα σε εμάς υλικά. Για να λυθεί το πρόβλημα, είναι απαραίτητο να βρεθεί η ηλεκτρική τους αντίσταση και στη συνέχεια να προσδιοριστεί το υλικό του σύρματος χρησιμοποιώντας τη διαφορά μεταξύ των τιμών που βρέθηκαν ή χρησιμοποιώντας έναν πίνακα αναφοράς.

Μετράμε με μεζούρα και κόβουμε 2 μέτρα σύρμα από κάθε δείγμα. Ας προσδιορίσουμε τις διαμέτρους του σύρματος d1 και d2 με ένα μικρόμετρο. Ενεργοποιώντας το πολύμετρο στο κατώτερο όριο μέτρησης αντίστασης, μετράμε την αντίσταση του δείγματος R1. Επαναλαμβάνουμε τη διαδικασία για ένα άλλο δείγμα και μετράμε επίσης την αντίστασή του R2.

Λαμβάνουμε υπόψη ότι η περιοχή διατομής των συρμάτων υπολογίζεται από τον τύπο

S \u003d π ∙ d 2 / 4

Τώρα ο τύπος για τον υπολογισμό της ηλεκτρικής ειδικής αντίστασης θα μοιάζει με αυτό:

ρ = R ∙ π ∙ d 2 /4 ∙ L

Αντικαθιστώντας τις λαμβανόμενες τιμές των L, d1 και R1 στον τύπο για τον υπολογισμό της ειδικής αντίστασης που δίνεται στο παραπάνω άρθρο, υπολογίζουμε την τιμή του ρ1 για το πρώτο δείγμα.

ρ 1 \u003d 0,12 ohm mm 2 / m

Αντικαθιστώντας τις λαμβανόμενες τιμές των L, d2 και R2 στον τύπο, υπολογίζουμε την τιμή του ρ2 για το δεύτερο δείγμα.

ρ 2 \u003d 1,2 ohm mm 2 / m

Από τη σύγκριση των τιμών των ρ1 και ρ2 με τα δεδομένα αναφοράς του παραπάνω Πίνακα 2, συμπεραίνουμε ότι το υλικό του πρώτου δείγματος είναι χάλυβας και του δεύτερου δείγματος είναι νιχρώμιο, από το οποίο θα φτιάξουμε τη χορδή κοπής.

Η ικανότητα ενός μετάλλου να διέρχεται φορτισμένο ρεύμα μέσα από τον εαυτό του ονομάζεται. Με τη σειρά του, η αντίσταση είναι ένα από τα χαρακτηριστικά του υλικού. Όσο μεγαλύτερη είναι η ηλεκτρική αντίσταση σε μια δεδομένη τάση, τόσο μικρότερη θα είναι.Χαρακτηρίζει τη δύναμη αντίστασης του αγωγού στην κίνηση των φορτισμένων ηλεκτρονίων που κατευθύνονται κατά μήκος του. Δεδομένου ότι η ιδιότητα μετάδοσης του ηλεκτρισμού είναι η αμοιβαία αντίσταση, σημαίνει ότι θα εκφραστεί με τη μορφή τύπων ως αναλογία 1 / R.

Η ειδική αντίσταση εξαρτάται πάντα από την ποιότητα του υλικού που χρησιμοποιείται στην κατασκευή των συσκευών. Μετριέται με βάση τις παραμέτρους ενός αγωγού με μήκος 1 μέτρο και εμβαδόν διατομής ​​1 τετραγωνικό χιλιοστό. Για παράδειγμα, η ιδιότητα ειδικής αντίστασης για τον χαλκό είναι πάντα 0,0175 Ohm, για το αλουμίνιο - 0,029, το σίδηρο - 0,135, το κονταντάν - 0,48, το νιχρώμιο - 1-1,1. Η ειδική αντίσταση του χάλυβα είναι ίση με τον αριθμό 2 * 10-7 Ohm.m

Η αντίσταση στο ρεύμα είναι ευθέως ανάλογη με το μήκος του αγωγού κατά μήκος του οποίου κινείται. Όσο μεγαλύτερη είναι η συσκευή, τόσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση. Θα είναι πιο εύκολο να μάθετε αυτήν την εξάρτηση αν φανταστείτε δύο φανταστικά ζεύγη αγγείων να επικοινωνούν μεταξύ τους. Για το ένα ζεύγος συσκευών, αφήστε το σωλήνα σύνδεσης να παραμείνει λεπτότερο και για το άλλο, πιο παχύ. Όταν και τα δύο ζεύγη γεμίσουν με νερό, η μετάβαση του υγρού στον παχύ σωλήνα θα είναι πολύ πιο γρήγορη, γιατί θα έχει μικρότερη αντίσταση στη ροή του νερού. Με αυτή την αναλογία, είναι πιο εύκολο γι 'αυτόν να περάσει κατά μήκος ενός χοντρού αγωγού παρά ενός λεπτού.

Η ειδική αντίσταση, ως μονάδα SI, μετριέται σε ohm.m. Η αγωγιμότητα εξαρτάται από τη μέση ελεύθερη διαδρομή των φορτισμένων σωματιδίων, η οποία χαρακτηρίζεται από τη δομή του υλικού. Μέταλλα χωρίς ακαθαρσίες, που έχουν τα πιο σωστά μικρότερες τιμέςαντίδραση. Αντίθετα, οι ακαθαρσίες παραμορφώνουν το πλέγμα, αυξάνοντας έτσι την απόδοσή του. Η ειδική αντίσταση των μετάλλων εντοπίζεται σε ένα στενό εύρος τιμών σε κανονική θερμοκρασία: από ασήμι από 0,016 έως 10 μOhm.m (κράματα σιδήρου και χρωμίου με αλουμίνιο).

Σχετικά με τα χαρακτηριστικά της κίνησης των φορτισμένων

Τα ηλεκτρόνια σε έναν αγωγό επηρεάζονται από τη θερμοκρασία, καθώς καθώς αυξάνεται, αυξάνεται το πλάτος των κυματικών ταλαντώσεων των υπαρχόντων ιόντων και ατόμων. Ως αποτέλεσμα, τα ηλεκτρόνια μένουν με λιγότερα ελεύθερος χώροςγια κανονικό τρέξιμο κρυσταλλικού πλέγματος. Και αυτό σημαίνει ότι το εμπόδιο στην ομαλή μετακίνηση αυξάνεται. Η ειδική αντίσταση οποιουδήποτε αγωγού, ως συνήθως, αυξάνεται γραμμικά με την αύξηση της θερμοκρασίας. Και για τους ημιαγωγούς, αντίθετα, είναι χαρακτηριστική η μείωση με αυξανόμενους βαθμούς, αφού εξαιτίας αυτού απελευθερώνονται πολλά φορτία που δημιουργούν άμεσα ηλεκτρικό ρεύμα.

Η διαδικασία ψύξης ορισμένων μεταλλικών αγωγών είναι γνωστή επιθυμητή θερμοκρασίαφέρνει την ειδική αντίστασή τους σε απότομη κατάσταση και πέφτει στο μηδέν. Αυτό το φαινόμενο ανακαλύφθηκε το 1911 και ονομάστηκε υπεραγωγιμότητα.

Η ειδική αντίσταση των μετάλλων είναι η ικανότητά τους να αντιστέκονται στο ηλεκτρικό ρεύμα που διέρχεται από αυτά. Η μονάδα μέτρησης αυτής της τιμής είναι Ohm * m (Ωμόμετρο). Χρησιμοποιείται ως σύμβολο Ελληνικό γράμμαρ (rho). Υψηλή αντίσταση σημαίνει κακή αγωγιμότητα ηλεκτρικό φορτίοτο ένα ή το άλλο υλικό.

Προδιαγραφές χάλυβα

Πριν εξετάσετε λεπτομερώς την ειδική αντίσταση του χάλυβα, θα πρέπει να εξοικειωθείτε με τις βασικές φυσικές και μηχανικές του ιδιότητες. Λόγω των ιδιοτήτων του, αυτό το υλικό χρησιμοποιείται ευρέως σε περιοχή παραγωγήςκαι άλλους τομείς της ανθρώπινης ζωής και δραστηριότητας.

Ο χάλυβας είναι ένα κράμα σιδήρου και άνθρακα, που περιέχεται σε ποσότητα που δεν υπερβαίνει το 1,7%. Εκτός από τον άνθρακα, ο χάλυβας περιέχει μια ορισμένη ποσότητα ακαθαρσιών - πυρίτιο, μαγγάνιο, θείο και φώσφορο. Ως προς τις ιδιότητές της, αυτή καλύτερο από το χυτοσίδηρο, εύκολο στη σκλήρυνση, σφυρηλάτηση, έλαση και άλλα είδη επεξεργασίας. Όλοι οι τύποι χάλυβα χαρακτηρίζονται από υψηλή αντοχή και ολκιμότητα.

Σύμφωνα με το σκοπό του, ο χάλυβας χωρίζεται σε δομικό, εργαλείο, αλλά και με ειδικό φυσικές ιδιότητες. Κάθε ένα από αυτά περιέχει διαφορετική ποσότητα άνθρακα, λόγω της οποίας το υλικό αποκτά ορισμένες συγκεκριμένες ιδιότητες, για παράδειγμα, αντοχή στη θερμότητα, αντοχή στη θερμότητα, αντοχή στη σκουριά και τη διάβρωση.

Ξεχωριστή θέση κατέχουν οι ηλεκτρικοί χάλυβες που παράγονται σε μορφή φύλλου και χρησιμοποιούνται στην κατασκευή ηλεκτρικών προϊόντων. Για να ληφθεί αυτό το υλικό, πραγματοποιείται ντόπινγκ με πυρίτιο, το οποίο μπορεί να βελτιώσει τις μαγνητικές και ηλεκτρικές του ιδιότητες.

Για να αποκτήσει ο ηλεκτρικός χάλυβας τα απαραίτητα χαρακτηριστικά, πρέπει να πληρούνται ορισμένες απαιτήσεις και προϋποθέσεις. Το υλικό θα πρέπει να μαγνητίζεται και να επαναμαγνητίζεται εύκολα, δηλαδή να έχει υψηλή μαγνητική διαπερατότητα. Τέτοιοι χάλυβες έχουν καλό και η αντιστροφή της μαγνήτισής τους πραγματοποιείται με ελάχιστες απώλειες.

Οι διαστάσεις και η μάζα των μαγνητικών πυρήνων και περιελίξεων, καθώς και ο συντελεστής χρήσιμη δράσημετασχηματιστές και τη θερμοκρασία λειτουργίας τους. Η εκπλήρωση των προϋποθέσεων επηρεάζεται από πολλούς παράγοντες, συμπεριλαμβανομένης της ειδικής αντίστασης του χάλυβα.

Αντίσταση και άλλοι δείκτες

Η τιμή ηλεκτρικής ειδικής αντίστασης είναι ο λόγος της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου στο μέταλλο και της πυκνότητας ρεύματος που ρέει σε αυτό. Για πρακτικούς υπολογισμούς χρησιμοποιείται ο τύπος: στον οποίο ρ είναι η ειδική αντίσταση του μετάλλου (Ohm * m), μι- ένταση ηλεκτρικού πεδίου (V/m), και J- την πυκνότητα του ηλεκτρικού ρεύματος στο μέταλλο (A / m 2). Με πολύ υψηλή ένταση ηλεκτρικού πεδίου και χαμηλή πυκνότητα ρεύματος, η ειδική αντίσταση του μετάλλου θα είναι υψηλή.

Υπάρχει μια άλλη τιμή που ονομάζεται ηλεκτρική αγωγιμότητα, το αντίθετο της ειδικής αντίστασης, που δείχνει τον βαθμό αγωγιμότητας του ηλεκτρικού ρεύματος από το ένα ή το άλλο υλικό. Καθορίζεται από τον τύπο και εκφράζεται σε μονάδες Sm / m - Siemens ανά μέτρο.

Η ειδική αντίσταση σχετίζεται στενά με την ηλεκτρική αντίσταση. Ωστόσο, έχουν διαφορές μεταξύ τους. Στην πρώτη περίπτωση, αυτή είναι μια ιδιότητα του υλικού, συμπεριλαμβανομένου του χάλυβα, και στη δεύτερη περίπτωση, προσδιορίζεται η ιδιότητα ολόκληρου του αντικειμένου. Η ποιότητα μιας αντίστασης επηρεάζεται από έναν συνδυασμό πολλών παραγόντων, κυρίως από το σχήμα και την ειδική αντίσταση του υλικού από το οποίο κατασκευάζεται. Για παράδειγμα, εάν χρησιμοποιήθηκε ένα λεπτό και μακρύ σύρμα για την κατασκευή μιας συρμάτινης αντίστασης, τότε η αντίστασή του θα είναι μεγαλύτερη από αυτή μιας αντίστασης κατασκευασμένης από ένα παχύ και κοντό σύρμα από το ίδιο μέταλλο.

Ένα άλλο παράδειγμα είναι οι αντιστάσεις σύρματος ίδιας διαμέτρου και μήκους. Ωστόσο, εάν σε ένα από αυτά το υλικό έχει υψηλή ειδική αντίσταση και στο άλλο είναι χαμηλή, τότε, κατά συνέπεια, η ηλεκτρική αντίσταση στην πρώτη αντίσταση θα είναι υψηλότερη από τη δεύτερη.

Γνωρίζοντας τις βασικές ιδιότητες του υλικού, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την ειδική αντίσταση του χάλυβα για να προσδιορίσετε την τιμή αντίστασης του χαλύβδινου αγωγού. Για τους υπολογισμούς, εκτός από την ηλεκτρική ειδική αντίσταση, θα απαιτηθεί η διάμετρος και το μήκος του ίδιου του σύρματος. Οι υπολογισμοί γίνονται σύμφωνα με τον ακόλουθο τύπο: , στον οποίο Rείναι (Ωμ), ρ - ειδική αντίσταση χάλυβα (Ohm * m), μεγάλο- αντιστοιχεί στο μήκος του σύρματος, ΕΝΑ- εμβαδόν της διατομής του.

Υπάρχει μια εξάρτηση της ειδικής αντίστασης του χάλυβα και άλλων μετάλλων από τη θερμοκρασία. Οι περισσότεροι υπολογισμοί χρησιμοποιούν θερμοκρασία δωματίου- 20 0 C. Όλες οι αλλαγές υπό την επίδραση αυτού του παράγοντα λαμβάνονται υπόψη χρησιμοποιώντας τον συντελεστή θερμοκρασίας.