Удельное электрическое сопротивление металлических проводников

Каждому веществу присуща способность проводить электроток в той или иной степени. Этот показатель зависит от удельного сопротивления материала и обозначается греческой буквой ρ («ро»). Данный параметр не зависит от агрегатного состояния, габаритов и формы проводника, в отличие от обычного электрического сопротивления. Единица измерения — Омы, умноженные на миллиметр квадратный и Сопротивление может быть:разделенные на метр (Ом x мм² ÷ м).

Описание критериев

Удельным электрическим сопротивлением называют величину, определяющую электрическое сопротивление эталонной модели вещества. Нахождение данного параметра выполняется при помощи формулы удельного электрического сопротивления, которая имеет следующий вид:

, где:

• R — электросопротивление проводящего ток материала (показывает, какое противодействие оказывается электротоку в момент его прохождения через проводник) (Ом);
• S — значение сечения проводника (м²);
• l — длина провода (м).

Любому материалу свойственно проявление двух типов сопротивления, которые зависят от электричества, подающегося на него. Значительное влияние на технические характеристики веществ может оказать переменный или постоянный ток. Сопротивление может быть:

• активным или омическим;
• реактивным либо индуктивным.

Первый тип происходит от энергозатрат на нагрев металла (проводника) в момент прохождения через него электротока. Реактивное сопротивление возникает от неминуемых расходов на формирование различными преобразованиями тока, протекающего сквозь проводник электрических полей. Удельное электросопротивление также подразделяется на два типа:

1. В цепи постоянного тока;
2. Для контура с переменным током.

Этот параметр измеряется в Ом*м. Для того чтобы его найти, пользуются справочной литературой, формулой удельного сопротивления проводника и таблицами с разными размерностями удельного противодействия . Свободно движущиеся по пространству электроны перемещаются в пределах пространственного каркаса, который еще называется кристаллической решеткой. Факторы, влияющие на показатели удельного сопротивления — это температура, посторонние вещества и материал.

Металлы, применяемые в электротехнике

Для электрооборудования в качестве проводников нередко используются драгоценные и цветные металлы. Наиболее часто встречающиеся металлы в электротехнике — это алюминий и медь. Удельное электрическое сопротивление стали ненамного отличается от удельного сопротивления железа и, в отличие от алюминия и меди, обладает довольно высокими показателями.

Поскольку этот материал доступен, прочен и устойчив к механическим повреждениям и деформациям, он получил широкое применение электротехнической отрасли. Несмотря на то что у стали и железа имеется ряд существенных недостатков, производителям проводниковых материалов удалось найти способы их устранения. В частности, низкая способность противодействовать коррозии преодолевается при помощи омеднения или оцинковывания жил стального кабеля.

Кабельная промышленность довольно часто использует свинец (химическое обозначение Plumbum (Pb)) и никелин в качестве предохраняющего от коррозии материала.

Наибольшая проводимость принадлежит серебру, но каковы бы ни были его положительные качества, цена металла слишком высока для масштабного применения в сетях электроснабжения, поэтому массовое использование в промышленной отрасли и для бытовых нужд получила медь.

По характеристике удельного коэффициента она занимает второе место, а по простоте разработки месторождений и распространенности превалирует над серебром. К преимуществам меди, которые позволяют ей занять лидирующее место среди остальных проводников, можно отнести:

• высокую коррозийную стойкость;
• механическую прочность;
• ударопрочность;
• простоту закрепления методом сварки и пайки;
• способность поддаваться обработке (благодаря физическим свойствам меди, из нее можно получить лист либо проволоку какой угодно толщины).

В электротехнической промышленности используется рафинированная медь, которая получается путем выплавки из сульфидных руд. После процесса тепловой обработки материала и выдувания происходит обязательная электролитическая очистка.

Такая технологическая процедура очищения позволяет получить металл максимально высокой марки с минимальным содержанием примесей. Одно из важных условий заключается в наличии кислорода в чрезвычайно малых пропорциях, поскольку он оказывает разрушительное влияние на физические параметры металла.

Нередко медь замещается более бюджетными материалами, такими как алюминий, железо, бронза и различные сплавы. Такие соединения характеризуются более высоким индексом прочности при сопоставлении с чистой медью, однако проводимость у таких составов меньше.

Особенности вычислений электросопротивления

Измерение электросопротивления металлов осуществляется при помощи специальных измерительных приборов — микроомметров. На сегодняшний день они выпускаются в цифровом формате, поэтому информация, полученная с их помощью, отличается высокой достоверностью. Объясняется это тем, что металлические изделия характеризуются высокой степенью проводимости и обладают предельно низким сопротивлением.

При использовании микроомметров появляется возможность быстро и безошибочно установить качество контакта и понять, какое электросопротивление оказывают катушки трансформаторов, генераторов, электрических шин, а также электродвигателей.

Используя данные электроприборы, можно с легкостью определить наличие включений других металлов в заготовке. К примеру, вольфрамовый слиток, обработанный золотым напылением, будет показывать проводимость наполовину меньшую, чем слиток золота, не имеющий примесей. Применяя данную методику, можно диагностировать внутренние неисправности и пустоты в проводниках.

Воздействие температур на замеры

Некоторые проводники при низких или высоких температурах могут оказывать существенное воздействие на показатели измерительной аппаратуры. Например, если подсоединить к гальваническому элементу свернутую по спирали проволоку и затем подключить к данной цепи амперметр, будет заметно, как уменьшаются показания измерительного прибора по мере нагревания проводника.

Силе тока присуща обратно пропорциональная зависимость от противодействия. Можно прийти к заключению, что вследствие повышения температуры электропроводимость металла сокращается. Такими свойствами обладают все металлические проводники в той или иной степени, однако у отдельных сплавов изменения электропроводимости практически не происходят.

Интересно отметить, что у жидких проводников и некоторых твердых неметаллов имеется тенденция к уменьшению своего сопротивления при повышении температуры. Но и это свойство металлов ученым удалось обратить в свою пользу. Располагая данными о температурном коэффициенте сопротивления (α) при нагревании отдельных материалов, возможно определять наружную температуру.

Так, чтобы узнать температуру внутри печи, в нее помещают платиновую проволоку, прикрепленную к каркасу из прозрачного слоистого минерала (слюды), затем выполняют замер сопротивления. Исходя из того, как сильно его значение изменилось, приходят к заключению относительно температуры. Такой прибор носит название термометр сопротивления.

Металлопленочные резисторы обладают отличными свойствами термостабильности. Это можно достичь не только благодаря низкому удельному сопротивлению материала, но и благодаря механическому устройству самого терморезистора. Для производства резисторов используется большое количество разнообразных сплавов и металлов.