Все об удельном сопротивлении
Направленное движение частиц в любом веществе создает электрический ток за счет образования разности потенциалов. Индивидуальные физические характеристики каждого вещества определяют влияние на прохождение тока и оцениваются как электрическое сопротивление.
Содержание
Суть явления
Это величина, характерная для проводника, имеющего длину 1 метр и площадь поперечного сечения 1 квадратный метр/миллиметр. Ее обозначают греческой буквой ρ. Разным материалам свойственны разные удельные сопротивления. Вместе с тем сопротивление проводника будет меняться в прямой пропорциональности к длине и в обратной к площади поперечного сечения. То есть чем больше длина проводника, тем оно выше, но чем больше толщина, тем оно ниже.
Единицы измерения
Практическое значение в технике имеет единица, равная миллионной доле ома, помноженного на метр (Ом-м), так как даже встретить провод с сечением, равным одному квадратному метру и более, довольно проблематично. Поэтому в измерениях обычно применяют микроом-метр (мкОм-м):
1 мкОм-м = 1×10^-6 Ом-м = 1 Ом-мм2/м
Формула расчета удельного сопротивления
Расчет производят так:
ρ = (R * S) / L
, где R — сопротивление проводника (Ом); L — длина проводника (м); S — сечение проводника (мм2).
Таким образом ρ однокомпонентного отрезка провода, длина которого равняется 1 метру, а площадь поперечного сечения — 1 квадратному миллиметру, при R, равном 1 ому, составит 1 Ом-мм2/м.
Таблица удельного электрического сопротивления некоторых металлов
Вид провода | ρ при 20℃, Ом-м |
Серебряный | 1,59×10⁻⁸ |
Медный | 1,67×10⁻⁸ |
Золотой | 2,35×10⁻⁸ |
Алюминиевый | 2,65×10⁻⁸ |
Вольфрамовый | 5,65×10⁻⁸ |
Никелевый | 6,84×10⁻⁸ |
Железный | 9,7×10⁻⁸ |
Платиновый | 1,06×10⁻⁷ |
Стальной | 1,6×10⁻⁷ |
Свинцовый | 2,06×10⁻⁷ |
Дюралюминиевый | 4,0×10⁻⁷ |
Нихромовый | 1,05×10⁻⁶ |
Удельное сопротивление абсолютно независимо от формы и размеров проводника, однако варьируется в широком диапазоне при отклонении температуры от принятого за стандартное значения, равного 20 градусам Цельсия. Практическим электротехническим путем доказано, что увеличение температуры повышает сопротивляемость металлов течению тока, с обратной стороны — вместе со снижением температуры она снижается. Примерно подсчитать, насколько существенным будет изменение, можно с учетом того, что всем металлам присущ почти одинаковый уровень прироста убыли данной величины, в среднем составляющий 0,4% на 1°С.
Если же данный показатель нужно определить точно, то можно воспользоваться этой формулой:
ρ = ρ0 x (1 + α x (t — t))
, где ρ и ρ0 — соответственно удельные сопротивления при температурах t и t (20°С, табличное значение), α — температурный коэффициент сопротивления.
Вид провода | α |
Никелевый | 0,005866 |
Железный | 0,005671 |
Молибденовый | 0,004579 |
Вольфрамовый | 0,004403 |
Алюминиевый | 0,004308 |
Медный | 0,004041 |
Серебряный | 0,003819 |
Платиновый | 0,003729 |
Золотой | 0,003715 |
Цинковый | 0,003847 |
Стальной | 0,003 |
Нихромовый | 0,00017 |
Так, к примеру, найдя в таблицах удельное сопротивление меди при 20 градусах Цельсия и ее температурный коэффициент, можно вычислить, что при нагреве до 100℃ ее сопротивление вырастет на 32%. Практически то же самое будет происходить с удельным сопротивлением алюминиевого кабеля с тем же коэффициентом (0,004). А вот удельное сопротивление стали повысится менее значительно — на 24%.
С увеличением температуры проводник насыщается тепловой энергией, передающейся всем атомам вещества. Этим обуславливается повышение интенсивности их теплового движения. Последний фактор и приводит к повышению сопротивляемости движению свободных электронов в определенном направлении, поскольку возрастает вероятность встречи свободных электронов с атомами. Когда температура снижается, меньшее количество атомов может препятствовать направленному движению электронов, следовательно, происходит обратное. В результате колоссального спада температуры возникает интереснейшее явление, называемое «сверхпроводимостью металлов»: сопротивляемость уменьшается до нуля в условиях, близких к абсолютному нулю (-273,15℃). В таких кондициях атомы металла замирают на своих позициях, и электроны движутся без каких-либо препятствий.
Удельное сопротивление меди различных марок
Круглая медная проволока для проводов, кабелей и так далее бывает мягкой (марка ММ), твердой (марка МТ) и марки МС. Ее выпускают в диапазоне диаметров 0,02-9,42 мм. Удельное электрическое сопротивление проволоки постоянному току при 20℃ соответствует значениям, приведенным в таблице:
Диаметр проволоки, мм | ρ при 20℃, мкОм-м | |
ММ | МТ, МС | |
Меньше 1,00 | - | 0,018 |
1,0-2,44 | 0,01724 | 0,0178 |
2,50 и больше | - | 0,0177 |
Преимущества меди в плане проводимости дают повод обширно применять ее на производстве проводников. Вместе с тем медь — относительно дорогой и дефицитный материал, поэтому ее все чаще заменяют другими металлами, включая алюминий.
Сплавы меди с оловом, хромом, кадмием и другие называют бронзами. Бронза при правильном подоборе состава очень выгодно отличается от чистой меди по части механических свойств.
Сообщить об опечатке
Текст, который будет отправлен нашим редакторам: