Hambatan kabel tembaga dengan penampang 2,5 mm2. Resistivitas dan superkonduktivitas

Resistensi itu telah ditetapkan secara eksperimental R konduktor logam berbanding lurus dengan panjangnya L dan berbanding terbalik dengan luas penampangnya A:

R = ρ aku/ A (26.4)

di mana koefisiennya ρ disebut resistivitas dan berfungsi sebagai karakteristik zat dari mana konduktor dibuat. Hal ini masuk akal: kawat yang tebal seharusnya memiliki hambatan yang lebih kecil dibandingkan kawat yang tipis karena elektron dapat berpindah ke area yang lebih luas pada kawat yang tebal. Dan kita dapat mengharapkan adanya peningkatan resistansi seiring bertambahnya panjang konduktor, seiring dengan bertambahnya jumlah hambatan aliran elektron.

Nilai-nilai yang khas ρ Untuk bahan yang berbeda diberikan pada kolom pertama tabel. 26.2. (Nilai sebenarnya bergantung pada kemurnian zat, perawatan panas, suhu dan faktor lainnya.)

Perak memiliki resistivitas terendah, sehingga menjadi konduktor terbaik; namun itu mahal. Tembaga sedikit lebih rendah daripada perak; Jelas mengapa kabel paling sering terbuat dari tembaga.

Aluminium memiliki resistivitas yang lebih tinggi daripada tembaga, namun memiliki kepadatan yang jauh lebih rendah dan lebih disukai dalam beberapa aplikasi (misalnya, pada saluran listrik) karena resistansi kabel aluminium dengan massa yang sama lebih kecil dibandingkan dengan tembaga. Kebalikan dari resistivitas sering digunakan:

σ = 1/ρ (26.5)

σ disebut konduktivitas spesifik. Konduktivitas spesifik diukur dalam satuan (Ohm m) -1.

Resistivitas suatu zat bergantung pada suhu. Biasanya, resistansi logam meningkat seiring dengan peningkatan suhu. Hal ini tidak mengherankan: ketika suhu meningkat, atom-atom bergerak lebih cepat, susunannya menjadi kurang teratur, dan kita dapat memperkirakan bahwa atom-atom tersebut akan lebih mengganggu aliran elektron. Dalam rentang suhu yang sempit, resistivitas logam meningkat hampir linier terhadap suhu:

Di mana ρ T- resistivitas pada suhu T, ρ 0 - resistivitas pada suhu standar T 0 , sebuah α - Koefisien resistansi suhu (TCR). Nilai a diberikan dalam tabel. 26.2. Perhatikan bahwa untuk semikonduktor TCR bisa negatif. Hal ini jelas karena dengan meningkatnya suhu, jumlah elektron bebas meningkat dan sifat konduktif zat meningkat. Jadi, resistansi semikonduktor dapat menurun seiring dengan meningkatnya suhu (walaupun tidak selalu).

Nilai a bergantung pada suhu, jadi Anda harus memperhatikan kisaran suhu di dalamnya nilai yang diberikan(misalnya, menurut direktori besaran fisis). Jika kisaran perubahan suhu ternyata lebar, maka linearitas akan dilanggar, dan sebagai ganti (26.6) perlu menggunakan ekspresi yang mengandung suku-suku yang bergantung pada pangkat kedua dan ketiga suhu:

ρ T = ρ 0 (1+αT+ + βT 2 + γT 3),

di mana koefisiennya β Dan γ biasanya sangat kecil (kami taruh T 0 = 0°С), tetapi secara umum T kontribusi para anggota ini menjadi signifikan.

Sangat suhu rendah ah resistivitas beberapa logam, serta paduan dan senyawanya, berada dalam batas akurasi pengukuran modern ke nol. Properti ini disebut superkonduktivitas; ini pertama kali diamati oleh fisikawan Belanda Heike Kamerling Onnes (1853-1926) pada tahun 1911 ketika merkuri didinginkan di bawah 4,2 K. Pada suhu ini hambatan listrik Merkuri tiba-tiba turun menjadi nol.

Superkonduktor memasuki keadaan superkonduktor di bawah suhu transisi, yang biasanya beberapa derajat Kelvin (tepat di atas nol mutlak). Diamati listrik dalam cincin superkonduktor yang hampir tidak terganggu tanpa adanya tegangan selama beberapa tahun.

DI DALAM tahun terakhir superkonduktivitas sedang dipelajari secara intensif untuk menjelaskan mekanismenya dan menemukan bahan yang menunjukkan superkonduktivitas pada suhu yang lebih tinggi. suhu tinggi untuk mengurangi biaya dan ketidaknyamanan karena harus mendinginkan hingga suhu yang sangat rendah. Teori superkonduktivitas pertama yang berhasil diciptakan oleh Bardeen, Cooper dan Schrieffer pada tahun 1957. Superkonduktor sudah digunakan pada magnet besar, di mana medan magnet diciptakan oleh arus listrik (lihat Bab 28), yang secara signifikan mengurangi konsumsi energi. Tentu saja, mempertahankan superkonduktor pada suhu rendah juga memerlukan energi.

Komentar dan saran diterima di [dilindungi email]

Resistivitas tembaga Ini adalah konsep fisik yang ditemukan dalam teknik elektro. Apa ini, kamu bertanya.

Jadi mari kita mulai dengan konsep hambatan konduktor, yang berarti proses listrik melewatinya. Dalam hal ini, tembaga akan berfungsi sebagai konduktor, yang berarti kita akan mempertimbangkan sifat-sifatnya.

Semua logam memiliki struktur tertentu dalam bentuknya kisi kristal. Di setiap sudut kisi ini terdapat atom yang bergetar secara berkala di sekitar titik simpul. Ketika atom saling tolak-menolak atau menarik satu sama lain, hal ini mempengaruhi lokasi dan susunan semua simpul, pada semua logam secara berbeda. Lingkungan atom ditempati oleh elektron, yang berputar pada orbitnya, tetap berada di dalamnya karena keseimbangan gaya.

Untuk pecinta es krim asli! Makan tawaran menarik, di situs web http://oceanpower.ru/category/id001/. Mampirlah dan pelajari tentang freezer es krim lembut di meja dan banyak lagi.

Bagaimana reaksi tembaga ketika medan listrik diterapkan padanya? Di dalam konduktor ini, semua elektron yang terlepas oleh gaya listrik dari orbitnya cenderung ke kutub dengan tanda plus. Gerakan ini disebut arus listrik. Saat bergerak, elektron bertabrakan dengan atom dan elektron lain yang belum terlepas dari orbitnya. Dalam hal ini, elektron yang bertabrakan berubah arah dan energinya hilang. Ini adalah definisi dasar resistansi konduktor. Dengan kata lain, ini adalah kisi-kisi atom dengan elektron yang berputar pada orbitnya, yang menciptakan hambatan terhadap elektroda konduktor bergerak yang terlepas dari orbitnya.

Namun, resistensi juga bergantung pada beberapa faktor, yang bersifat individual untuk setiap logam. Hal ini dipengaruhi oleh ukuran kisi kristal dan suhu. Ketika suhu suatu konduktor meningkat, atom-atomnya bergetar lebih cepat. Dan karena itu, elektron bergerak bersama kecepatan tertinggi dan hambatan, dan radius orbitnya akan besar.

Nilai resistivitas tembaga dapat dilihat pada tabel referensi fisika. Nilainya 0,0175 Ohm*mm2/m, pada suhu 20 derajat. Logam yang nilainya paling dekat dengan tembaga adalah aluminium = 0,0271 Ohm*mm2/m. Konduktivitas tembaga kedua setelah perak = 0,016 Ohm*mm2/m. terbukti dengan penggunaannya yang luas, misalnya di kabel listrik atau dalam berbagai konduktor. Namun, tanpa tembaga Anda tidak dapat berkreasi transformator daya dan motor untuk peralatan kecil hemat energi.

Anda perlu mengetahui sebutan resistivitas, karena tanpa ini tidak mungkin menghitung resistansi total konduktor yang berbeda selama pengembangan atau desain perangkat baru. Ada rumus untuk ini:

R=p*I/S

di mana: R - akan menjadi resistansi total konduktor, p - akan menjadi resistansi spesifik logam, I - akan menjadi panjang konduktor tertentu, S - luas penampang konduktor.

Konsep “tembaga spesifik” sering ditemukan dalam literatur teknik elektro. Dan Anda pasti bertanya-tanya, apa ini?

Konsep “resistansi” untuk setiap penghantar selalu dikaitkan dengan pemahaman tentang proses arus listrik yang mengalir melaluinya. Karena artikel ini akan fokus pada ketahanan tembaga, kita harus mempertimbangkan sifat-sifatnya dan sifat-sifat logam.

Ketika berbicara tentang logam, Anda tanpa sadar mengingat bahwa semuanya memiliki struktur tertentu - kisi kristal. Atom-atom terletak di titik-titik kisi tersebut dan bergerak relatif terhadapnya.Jarak dan lokasi titik-titik ini bergantung pada gaya interaksi atom satu sama lain (tolakan dan tarik-menarik), dan berbeda untuk logam yang berbeda. Dan elektron berputar mengelilingi atom pada orbitnya. Mereka juga tetap berada di orbit karena keseimbangan kekuatan. Hanya ini yang bersifat atom dan sentrifugal. Bisakah Anda bayangkan gambarnya? Anda dapat menyebutnya, dalam beberapa hal, statis.

Sekarang mari tambahkan dinamika. Ia mulai bekerja pada sepotong tembaga Medan listrik. Apa yang terjadi di dalam konduktor? Elektron, yang terkoyak dari orbitnya oleh kekuatan medan listrik, bergegas menuju kutub positifnya. Di sini Anda memiliki pergerakan elektron yang terarah, atau lebih tepatnya, arus listrik. Namun dalam perjalanannya, mereka menemukan atom-atom pada titik-titik kisi kristal dan elektron-elektron yang masih terus berputar mengelilingi atom-atomnya. Pada saat yang sama, mereka kehilangan energi dan mengubah arah gerakan. Sekarang apakah arti dari frasa “resistansi konduktor” menjadi sedikit lebih jelas? Atom-atom dalam kisi dan elektron-elektron yang berputar di sekitarnyalah yang menahan pergerakan arah elektron yang terkoyak. Medan listrik dari orbitnya. Tapi konsep resistansi konduktor bisa disebut karakteristik umum. Resistivitas mencirikan setiap konduktor secara lebih individual. Termasuk tembaga. Karakteristik ini bersifat individual untuk setiap logam, karena secara langsung hanya bergantung pada bentuk dan ukuran kisi kristal dan, sampai batas tertentu, pada suhu. Ketika suhu konduktor meningkat, atom-atom di lokasi kisi bergetar lebih kuat. Dan elektron berputar di sekitar titik simpul dengan kecepatan lebih tinggi dan dalam orbit dengan radius lebih besar. Dan, tentu saja, elektron bebas menghadapi hambatan yang lebih besar saat bergerak. Ini adalah proses fisika.

Untuk kebutuhan sektor teknik kelistrikan, telah dilakukan produksi logam secara luas seperti aluminium dan tembaga yang resistivitasnya cukup rendah. Logam ini digunakan untuk membuat kabel dan berbagai jenis kabel yang banyak digunakan dalam konstruksi, untuk produksi peralatan Rumah Tangga, pembuatan busbar, belitan transformator dan produk listrik lainnya.

Untuk setiap konduktor ada konsep resistivitasnya sendiri. Nilai ini terdiri dari Ohm dikalikan satu milimeter persegi, kemudian dibagi satu meter. Dengan kata lain, ini adalah hambatan suatu penghantar yang panjangnya 1 meter dan luas penampangnya 1 mm2. Hal yang sama juga berlaku untuk resistivitas tembaga, logam unik yang banyak digunakan dalam teknik kelistrikan dan energi.

Sifat-sifat tembaga

Karena sifatnya, logam ini termasuk yang pertama digunakan dalam bidang ketenagalistrikan. Pertama-tama, tembaga adalah bahan yang mudah dibentuk dan ulet dengan sifat konduktivitas listrik yang sangat baik. Masih belum ada pengganti yang setara untuk konduktor ini di sektor energi.

Sifat-sifat tembaga elektrolitik khusus, yang memiliki kemurnian tinggi, sangat dihargai. Bahan ini memungkinkan untuk menghasilkan kabel dengan ketebalan minimum pada 10 mikron.

Selain konduktivitas listriknya yang tinggi, tembaga sangat cocok untuk proses pengalengan dan jenis pemrosesan lainnya.

Tembaga dan resistivitasnya

Setiap konduktor menunjukkan hambatan jika arus listrik melewatinya. Nilainya tergantung pada panjang konduktor dan penampangnya, serta pada pengaruh suhu tertentu. Oleh karena itu, resistivitas konduktor tidak hanya bergantung pada material itu sendiri, tetapi juga pada panjang spesifik dan luas penampangnya. Semakin mudah suatu bahan melewatkan muatan, semakin rendah resistansinya. Untuk tembaga, resistivitasnya adalah 0,0171 Ohm x 1 mm2/1 m dan hanya sedikit kalah dengan perak. Namun penggunaan perak dalam skala industri tidak menguntungkan secara ekonomi, oleh karena itu tembaga merupakan konduktor terbaik yang digunakan dalam energi.

Resistivitas tembaga juga terkait dengan konduktivitasnya yang tinggi. Nilai-nilai ini bertolak belakang satu sama lain. Sifat-sifat tembaga sebagai konduktor juga bergantung pada koefisien resistansi suhu. Hal ini terutama berlaku untuk resistansi, yang dipengaruhi oleh suhu konduktor.

Jadi, karena sifatnya, tembaga banyak digunakan tidak hanya sebagai konduktor. Logam ini digunakan di sebagian besar instrumen, perangkat dan unit yang pengoperasiannya berhubungan dengan arus listrik.