Měrný odpor mědi: jaká je naměřená hodnota, výpočetní vzorce, ukazatele pro železo a hliník

Každá látka je schopna vést proud v různé míře, tato hodnota je ovlivněna odporem materiálu. Rezistivita mědi, hliníku, oceli a jakéhokoli jiného prvku se označuje písmenem ρ řecké abecedy. Tato hodnota nezávisí na takových vlastnostech vodiče, jako je velikost, tvar a fyzický stav, který zohledňuje tyto parametry. Odpor se měří v ohmech vynásobených mm² a děleno metrem.

Kategorie a jejich popisy

Jakýkoli materiál je schopen vykazovat dva typy odporu v závislosti na dodané elektřině. Proud může být proměnný nebo konstantní, což výrazně ovlivňuje technickou výkonnost látky. Takže existují takové odpory:

1. Ohmic. Objevuje se pod vlivem stejnosměrného proudu. Charakterizuje tření, které vzniká pohybem elektricky nabitých částic ve vodiči.
2. Aktivní. Je určeno podle stejného principu, ale je vytvořeno pod vlivem střídavého proudu.

V tomto ohledu také existují dvě definice konkrétní hodnoty. Pro stejnosměrný proud se rovná odporu vyvíjenému jednotkovou délkou vodivého materiálu jednotky pevného průřezu. Potenciální elektrické pole ovlivňuje všechny vodiče, stejně jako polovodiče a roztoky schopné vést ionty. Tato hodnota určuje vodivé vlastnosti samotného materiálu. Tvar vodiče a jeho rozměry se neberou v úvahu, takže jej lze označit za základní v elektrotechnice a nauce o materiálech.

Za podmínky procházejícího střídavého proudu se specifická hodnota vypočítá s přihlédnutím k tloušťce vodivého materiálu. Zde dochází k ovlivnění nejen potenciálu, ale i vířivého proudu a navíc se zohledňuje frekvence elektrických polí. Odpor tohoto typu je větší než u stejnosměrného proudu, protože se zde bere v úvahu kladná hodnota odporu vůči vírovému poli. Tato hodnota závisí také na tvaru a velikosti samotného vodiče. Právě tyto parametry určují povahu vírového pohybu nabitých částic.

Střídavý proud způsobuje ve vodičích určité elektromagnetické jevy. Jsou velmi důležité pro elektrické vlastnosti vodivého materiálu:

1. Kožní efekt je charakterizován oslabením elektromagnetického pole, čím více proniká do média vodiče. Tento jev se také nazývá povrchový efekt.
2. Efekt blízkosti snižuje hustotu proudu v důsledku blízkosti sousedních vodičů a jejich vlivu.

Tyto efekty jsou velmi důležité při výpočtu optimální tloušťky vodiče, protože při použití drátu, jehož poloměr je větší než hloubka průniku proudu do materiálu, zůstane zbytek jeho hmoty nevyužit, a proto bude tento přístup neúčinný. V souladu s provedenými výpočty bude efektivní průměr vodivého materiálu v některých situacích následující:

• pro proud 50 Hz – 2,8 mm;
• 400 Hz – 1 mm;
• 40 kHz – 0,1 mm.

S ohledem na to se pro vysokofrekvenční proudy aktivně používá plochých vícežilových kabelů sestávajících z mnoha tenkých drátů.

Charakteristika kovů

Specifické indikátory kovových vodičů jsou obsaženy ve speciálních tabulkách. Pomocí těchto údajů můžete provést další potřebné výpočty. Příklad takové tabulky odporu je vidět na obrázku.

Tabulka ukazuje, že stříbro má největší vodivost – je ideálním vodičem mezi všemi existujícími kovy a slitinami. Pokud si spočítáte, kolik drátu z tohoto materiálu je potřeba k získání odporu 1 ohm, dostanete 62,5 m železného drátu pro stejnou hodnotu bude vyžadovat až 7,7 m.

Výhody mědi

Bez ohledu na to, jak úžasné vlastnosti má stříbro, je to příliš drahý materiál pro masové použití v elektrických sítích, takže měď našla široké uplatnění v každodenním životě i průmyslu. Z hlediska specifického ukazatele je na druhém místě za stříbrem a z hlediska prevalence a snadnosti těžby je na tom mnohem lépe. Měď má další výhody, které jí umožnily stát se nejběžnějším vodičem. Patří sem:

• vysoká odolnost proti korozi;
• mechanická síla;
• odolnost proti deformaci;
• snadná fixace pájením a svařováním;
• vysoká zpracovatelnost (měď se díky své měkkosti válcuje do plechů libovolné tloušťky a drát z ní může být tak tenký, že její průřez bude mít tisíciny milimetru).

Pro použití v elektrotechnice se používá rafinovaná měď, která po vytavení ze sulfidové rudy prochází procesy pražení a vyfukování a následně nutně prochází elektrolytickým čištěním. Po takovém zpracování můžete získat velmi kvalitní materiál (třídy M1 a M0), který bude obsahovat od 0,1 do 0,05 % nečistot. Důležitou nuancí je přítomnost kyslíku v extrémně malých množstvích, protože negativně ovlivňuje mechanické vlastnosti mědi.

Často je tento kov nahrazován levnějšími materiály – hliníkem a železem a také různými bronzy (slitiny s křemíkem, beryliem, hořčíkem, cínem, kadmiem, chromem a fosforem). Takové kompozice mají vyšší pevnost ve srovnání s čistou mědí, i když mají nižší vodivost.

Výhody hliníku

Hliník má sice větší odolnost a je křehčí, ale jeho široké použití je způsobeno tím, že není tak vzácný jako měď, a proto stojí méně. Hliník má měrný odpor 0,028 a díky nízké hustotě je 3,5krát lehčí než měď.

Pro elektrotechnické práce se používá čištěný hliník třídy A1, který neobsahuje více než 0,5 % nečistot. Vyšší stupeň AB00 se používá pro výrobu elektrolytických kondenzátorů, elektrod a hliníkové fólie. Obsah nečistot v tomto hliníku není vyšší než 0,03 %. Nechybí ani čistý kov AB0000včetně ne více než 0,004 % přísad. Důležité jsou i samotné nečistoty: nikl, křemík a zinek mají nepatrný vliv na vodivost hliníku, znatelný vliv má obsah mědi, stříbra a hořčíku v tomto kovu. Thalium a mangan nejvíce snižují vodivost.

Hliník má dobré antikorozní vlastnosti. Při kontaktu se vzduchem se pokryje tenkým filmem oxidu, který ho chrání před další destrukcí. Pro zlepšení mechanických vlastností je kov legován dalšími prvky.

Ukazatele oceli a železa

Rezistivita železa ve srovnání s mědí a hliníkem je velmi vysoká, nicméně díky své dostupnosti, pevnosti a odolnosti proti deformaci je materiál široce používán v elektrotechnické výrobě.

Ačkoli železo a ocel, jejichž měrný odpor je ještě vyšší, mají značné nevýhody, výrobci materiálů vodičů našli způsoby, jak je kompenzovat. Zejména nízká odolnost proti korozi je překonána potažením ocelového drátu zinkem nebo mědí.

Vlastnosti sodíku

Kovový sodík je také velmi slibný při výrobě vodičů. Pokud jde o odpor, výrazně převyšuje měď, ale má hustotu 9krát menší. To umožňuje použití materiálu při výrobě ultralehkých drátů.

Sodíkový kov je velmi měkký a zcela nestabilní vůči jakékoli deformaci, což činí jeho použití problematické – drát vyrobený z tohoto kovu musí být pokryt velmi pevným pláštěm s extrémně malou pružností. Pouzdro musí být utěsněno, protože sodík vykazuje silnou chemickou aktivitu za nejneutrálnějších podmínek. Na vzduchu okamžitě oxiduje a prudce reaguje s vodou, včetně vody obsažené ve vzduchu.

Další výhodou použití sodíku je jeho dostupnost. Lze jej získat elektrolýzou roztaveného chloridu sodného, ​​kterého je na světě neomezené množství. Ostatní kovy jsou v tomto ohledu jednoznačně horší.

Pro výpočet výkonu konkrétního vodiče je nutné vydělit součin konkrétního počtu a délky drátu jeho průřezovou plochou. Výsledkem bude hodnota odporu v ohmech. Chcete-li například určit odpor 200 m železného drátu o jmenovitém průřezu 5 mm², musíte vynásobit 0,13 číslem 200 a výsledek vydělit 5. Odpověď je 5,2 Ohmů.

Pravidla a vlastnosti výpočtu

Pro měření odporu kovových médií se používají mikroohmmetry. Dnes se vyrábějí v digitální verzi, takže měření s jejich pomocí jsou přesná. To lze vysvětlit skutečností, že kovy mají vysokou úroveň vodivosti a mají extrémně nízký odpor. Například spodní práh měřicích přístrojů má hodnotu 10 -7 Ohmů.

Pomocí mikroohmmetrů můžete rychle určit, jak dobrý je kontakt a jaký odpor vykazují vinutí generátorů, elektromotorů a transformátorů a také elektrických sběrnic. Je možné vypočítat přítomnost vměstků jiného kovu v ingotu. Například kus wolframu potažený zlatem vykazuje poloviční vodivost než všechno zlato. Stejnou metodu lze použít k určení vnitřních defektů a dutin ve vodiči.

Pro výpočet parametrů drátu – jeho délky, průměru a odporu – stačí znát hodnotu jeho konkrétní hodnoty ρ.

Vzorec odporu je následující: p = Ohm mm2/m. Slovy to lze popsat jako odpor 1 metru vodičes plochou průřezu 1 mm². Předpokládá se standardní teplota – 20 °C.

Vliv teploty na měření

Zahřívání nebo chlazení některých vodičů má významný vliv na výkon měřicích přístrojů. Příkladem je následující pokus: k baterii je nutné připojit spirálově vinutý drát a do obvodu zapojit ampérmetr.

Čím více se vodič zahřívá, tím nižší jsou hodnoty na zařízení. Síla proudu je nepřímo úměrná odporu. Proto můžeme dojít k závěru, že v důsledku zahřívání se vodivost kovu snižuje. Ve větší či menší míře se tak chovají všechny kovy, u některých slitin však prakticky nedochází ke změně vodivosti.

Je pozoruhodné, že kapalné vodiče a některé pevné nekovy mají tendenci snižovat svůj odpor s rostoucí teplotou. Vědci ale také tuto schopnost kovů proměnili ve svůj prospěch. Při znalosti teplotního koeficientu odporu (α) při ohřevu některých materiálů je možné určit vnější teplotu. Například platinový drát umístěný na slídovém rámu se vloží do pece a změří se odpor. Podle toho, jak moc se změnil, se udělá závěr o teplotě v troubě. Toto provedení se nazývá odporový teploměr.

Pokud při teplotě t0 odpor vodiče je r0 a při teplotě t rovná se rt, pak je teplotní součinitel odporu roven

Výpočet pomocí tohoto vzorce lze provést pouze v určitém teplotním rozsahu (přibližně do 200 °C).