От чего зависит сопротивление металла

II. Электрическое сопротивление проводника

2) структурный элемент электрической цепи, включаемый в цепь для ограничения или регулирования силы тока.

Электрическое сопротивление металлов зависит от материала проводника, его длины и поперечного сечения, температуры и состояния проводника (давления, механических сил растяжения и сжатия, т.е. внешних факторов, влияющих на кристаллическое строение металлических проводников).

Зависимость сопротивления от материала, длины и площади поперечного сечения проводника:

,

где  — удельное сопротивление проводника;

l – длина проводника;

S – площадь поперечного сечения проводника.

Зависимость сопротивления проводника от температуры:

или ,

где R_t – сопротивление при температуре t 0 C;

R₀ – сопротивление при 0 0 C;

— температурный коэффициент сопротивления, который показывает, как изменяется сопротивление проводника по отношению к его сопротивлению при 0 0 C, если температура изменяется на один градус;

T – термодинамическая температура.

Соединения сопротивлений: последовательное, параллельное, смешанное.

а) Последовательное соединение сопротивлений представляет собой систему проводников (сопротивлений), которые включены один за другим, так что через каждое из сопротивлений протекает один и тот же ток:

Напряжение при последовательном соединении сопротивлений равно сумме напряжений на каждом из сопротивлений:

.

Напряжение на каждом из последовательно соединенных сопротивлений пропорционально значению данного сопротивления:

.

Распределение напряжения по последовательно соединенным элементам цепи (делитель напряжения):

,

где U₀ – напряжение на всем соединении;

U – напряжение на участке цепи с сопротивлением R₁;

R – полное сопротивление соединения;

R₁ – сопротивление участка цепи с выбранным сопротивлением.

Общее сопротивление цепи при последовательном соединении равно сумме отдельно взятых сопротивлений и оно больше наибольшего из включенных:

.

Общее сопротивление цепи при последовательном соединении n одинаковых сопротивлений:

,

где n – число сопротивлений, включенных последовательно;

R₁ = значение отдельно взятого сопротивления.

б) Параллельное соединение сопротивлений: признаком такого соединения является разветвление тока I на отдельные токи через соответствующие сопротивления. При этом ток I равен сумме токов через отдельно взятое сопротивление:

.

Общее напряжение при параллельном соединении равно напряжению на отдельно взятом сопротивлении:

Связь между током и сопротивлением при параллельном соединении: при параллельном соединении сопротивлений токи в отдельных проводниках обратно пропорциональны их сопротивлениям:

.

Величина, обратная полному сопротивлению цепи (общая проводимость) при параллельном соединении, равна сумме проводимостей отдельно взятых проводников. При этом общее сопротивление цепи меньше наименьшего сопротивления из включенных:

; .

Общая проводимость цепи при параллельном соединении n проводников:

где G_пар – проводимость цепи;

G₁ – проводимость отдельного взятого проводника.

Шунтирование электроизмерительных приборов – расширение предела измерения тока с помощью электроизмерительного прибора, к которому присоединяют параллельно проводник с малым сопротивлением (шунт). В этом случае

,

где I_п – ток, протекающий через прибор;

n = R_п/R_ш – отношение сопротивления прибора R_п к сопротивлению шунта R_ш.

Добавочное сопротивление – сопротивление, которое присоединяют последовательно к электроизмерительному прибору для расширения предела измерения напряжения. При этом

,

где U_п – напряжение на приборе;

U – напряжение в цепи;

N = R_д/R_п – отношение величины добавочного сопротивления к сопротивлению прибора.

Электрическая проводимость – физическая величина, обратная сопротивлению проводника:

.

Сверхпроводимость – свойство многих проводников, состоящее в том, что их электрическое сопротивление скачком падает до нуля при охлаждении ниже определенной критической температуры T_k, характерной для данного материала.

Связь удельной проводимости с удельным сопротивлением (удельным электрическим сопротивлением) :

; .

Зависимость удельного сопротивления проводника от температуры:

,

где _t – удельное сопротивление при температуре t 0 C;

₀ – удельное сопротивление при 0 0 C;

— температурный коэффициент сопротивления, который показывает, как изменяется удельное сопротивление проводника по отношению к его удельному сопротивлению при 0 0 C, если температура изменяется на один градус.

Задания: 1. Ознакомиться с применяемыми в работе электроизмерительными приборами. Результаты занести в табл. 1.

Электрическое сопротивление. Сверхпроводимость

Классическое определение объясняет электрический ток движением «свободных» (валентных) электронов. Его обеспечивает созданное источником электрическое поле. Перемещение в металле затрудняют не только нормальные компоненты кристаллической решетки, но и дефектные участки, примеси, неоднородные области. В ходе столкновений с препятствиями за счет перехода импульса в тепловую энергию происходит повышение температуры.

Наглядный пример – нагрев воды кипятильником

В газах, электролитах и других материалах несколько отличная физика явления. Линейные зависимости наблюдаются в металлах и других проводниках. Базовые соотношения выражены известной формулой закона Ома:

R (электрическое сопротивление) = U (напряжение)/ I (сила тока).

Для удобства часто используют обратную величину, проводимость (G = 1/R). Она обозначает способность определенного материала пропускать ток с определенными потерями.

Для упрощения иногда применяют пример с водопроводом. Движущаяся жидкость – аналог тока. Давление – эквивалент напряжения. Уменьшением (увеличением) поперечного сечения или положением запорного устройства определяют условия перемещения. Подобным образом изменяют основные параметры электрических цепей с помощью сопротивления (R).

К сведению. Количество жидкости, проходящее за единицу времени через контрольное сечение трубы, – эквивалент электрической мощности.

От чего зависит сопротивление металла

Электрический ток по классическому определению – это направленное движение заряженных частиц. В металлах перемещаются электроны, если создать между двумя точками подключения источника питания разницу потенциалов. Этому процессу препятствуют примеси, поэтому проводимость лучше в однородном материале.

К сведению. Качественные проводники тока выпускают из электротехнической меди, которая содержит не более 0,01% сторонних примесей. Незначительная добавка алюминия (0,02-0,03%) уменьшает проводимость на 10-11%. При большой длине трассы существенно увеличиваются потери на передачу энергии.

Отрицательное влияние оказывают колебательные процессы атомов кристаллической решетки. При повышении температуры увеличивается амплитуда этих движений, что создает дополнительные препятствия перемещению зарядов. Для компенсации этого явления резисторы создают из специальных сплавов. Правильно подобранные пропорции материалов обеспечивают стабильность электрического сопротивления в расчетном температурном диапазоне.

Зависимость от свойств материала

От чего зависит индуктивность

Для стандартизации приняли единицу измерения 1 Ом. Это сопротивление создает столбик из ртути толщиной 1 кв. мм, высотой – 1063 мм. Измерения выполняются при поддержании нулевой температуры.

Чтобы упростить расчеты, применяют удельное значение сопротивления Rуд, которое создают проводники из других материалов (Длина Х Площадь сечения = 1 000 мм х 1 кв. мм).

Удельное сопротивление (проводимость)

На рисунке обозначено Rуд (серебра) = 0,016. Это значит, что метровый проводник с нормированной площадью сечения 1 мм кв. создает электрическое сопротивление 0,016 Ом. Сведения о других материалах можно взять из справочника.

Рассчитываем сопротивление

Все данные можно получить из таблиц

Итак, мы помним — провод толще, сопротивление меньше. Далее будет приведена инструкция, как рассчитать все точно.

• Для этого нам потребуется узнать удельное сопротивление материала проводника. В обычных сетях вы навряд ли отыщите серебряные провода, поэтому берем за основу стандартную медь. Оно составляет 0,017.
• Само же сопротивление провода рассчитывается по следующей формуле: ; где R – это сопротивление, р – удельное сопротивление проводника, l – длина провода и s – площадь его сечения.
• Предположим, что ваши печки вместе смогут нагрузить сеть на 16 Ампер, это значит, что мы можем взять провод площадью 0,75 мм2. Мы помним, что вам требуется минимум 20 метров. Итак, считаем: 0,017*20/0,75 = 0,45 Ом
• Можно воспользоваться и таблицей, но результат будет не таким точным. Мы видим, что 100 метров медного провода нужного нам сечения имеет 2,38 Ом сопротивления. Делим это значение на пять (до 20-ти метров) и получаем 0,476 Ом – разница на уровне погрешности, но все-таки.
• Из-за того, что электричество идет по двум жилам, умножаем полученное значение на 2 и получаем 0,9 Ом.
• Теперь можно рассчитать потери напряжения по формуле: dU = R*I = 0,9*16 = 14,4 Вольта.
• Переводим полученный вольтаж в процентное соотношение: 14,4В/220В*100 = 6,54%

Согласно существующим нормам допускается 5% потерь напряжения. Как видим, в нашем случае значение получилось больше, а значит, сопротивление проводника слишком большое, поэтому увеличиваем сечение провода и повторяем расчеты.

Итак, сопротивление провода мы нашли, и как видите, своими руками и головой сделать это не так уж и сложно. Дополнительно понять материал поможет прикрепленное видео. Подходите к делу с умом, ведь цена вопроса безопасность вас и вашего дома.

Зависимость от свойств напряжения

После простого преобразования основной формулы можно составить корректное выражения для напряжения:

Источник тока генерирует электричество. Подключенный резистор потребляет энергию с трансформацией в тепло. Для подержания определенной силы тока необходимо установить соответствующее напряжение.

Измерительная схема, графики

На графиках показаны вольтамперные характеристики разных приборов. Первые два демонстрируют линейные зависимости, в которых изменяется только угол наклона прямой линии (зависимость от электрического сопротивления резистора).

Если подключить полупроводниковый диод, график существенно изменится. По рисунку можно определить малое сопротивление в области положительных значений U. Однако после изменения полярности увеличение отрицательного напряжения не сопровождается аналогичным изменением силы тока. Одностороннюю проводимость, в частности, используют для выпрямления сигналов.

На последнем графике сдвинутая точка перехода нулевого значения силы тока обозначает ЭДС источника питания. Как и в предыдущем примере, небольшой угол по отношению к вертикали показывает малое внутреннее сопротивление АКБ.

Выбор сечения кабелей

Для крупных расчетов можно использовать специализированный калькулятор на справочном сайте либо соответствующее программное обеспечение. Следующий алгоритм применяют для последовательного вычисления рабочих параметров по формулам:

• при передаче в подключенную нагрузку мощности P = 1 600 Вт в линии с напряжением U = 220 V постоянный ток (I) определяют следующим образом: I = P/U ≈ 7,27А;
• сопротивление медного проводника (в обе стороны) длиной 800 м и сечением 2,5 мм кв.: R = (2*I*p)/S = (2*800*0,0175)/2,5 = 11,2 Ом;
• потери по напряжению в этой трассе: ΔU = (2*L*I)/((1/p)*S) = (2*800*7,27)/((1/0,0175)*2,5) = 11 520/ 142,86 = 80,63 V.

Что такое электрическое сопротивление

При необходимости последнее выражение несложно математически преобразовать для выбора площади поперечного сечения проводника по суммарному значению подключаемой нагрузки:

В рассмотренном примере потери напряжения составляют более 36%. Этот результат свидетельствует о необходимости корректировки расчета сопротивления проводника. По действующим нормативам допустимо уменьшение контрольного параметра не более, чем на 5 %. Увеличив диаметр провода, можно получить необходимый результат. При сечении 19 мм кв. напряжение уменьшится до 209,41 V (4,81%).

С учетом увеличенного сопротивления алюминиевого провода предполагаются пропорциональные изменения потерь. Выполнив аналогичный расчет, можно получить рекомендованное сечение 31 мм кв. Использование такого проводника в аналогичных условиях снизит напряжение до 209,2 V, что позволит обеспечить соответствие нормативам – 4,92%.

К сведению. Для проверки расчетных данных можно использовать мультиметр. Измерения выполняют в соответствующем диапазоне с учетом амплитуды сигнала, переменного (постоянного) тока.

Измерение сопротивления кабеля мультиметром

При подключении источника питания переменного тока алгоритм вычислений усложняется. Для таких исходных условий пользуются формулой:

ΔU = ((Pа * Rа + Pр * Rи) *L)/ U,

где:

• Pа (Pр) – активная (реактивная) мощность;
• Rа (Rи) – относительное активное (индуктивное) сопротивление линии в Ом на километр.

Для определенных материалов проводников исходные данные берут из справочника. По аналогии с упомянутыми нормативами уменьшение напряжения не должно быть в общем случае более 5%. Дополнительные ограничения применяют с учетом особенностей электрических сетей и подключаемых потребителей (от 1% до 12%). Действующие правила уточняют по тексту последней редакции ПУЭ.

Приведенные итоги расчетов убедительно подтверждают преимущества меньшего удельного сопротивления медного провода. При использовании алюминиевого аналога значительно увеличивается количество материала для передачи электроэнергии с нормативными потерями. Для комплексного анализа следует учитывать лучшие показатели меди по прочности, гибкости.

Алюминий отличается меньшей стоимостью, легкостью. Но при работе с этим материалом следует исключить вибрационные воздействия и перемещения в процессе эксплуатации. Особо тщательно проектируют изгибы, чтобы сохранить целостность проводника. Электрический контакт нарушается образованием окислов на поверхности изделий, изготовленных из этого металла.

К сведению. В определенных ситуациях многое будет значить свободное место для прокладки трассы. По экономии пространства преимущественными параметрами обладает медь.

Выбор сечения проводника по допустимому нагреву

По мере увеличения силы тока повышается температура проводящего металла. На определенном уровне повреждается слой защитной изоляции, созданный из полимеров. Это провоцирует короткие замыкания и образование пламени. Опасные ситуации предотвращают корректным расчетом площади поперечного сечения. Определенное значение имеет способ прокладки (совместный/ раздельный).

Выбор кабельных изделий с учетом нагрева

Выбор сечения по потерям напряжения

Как показано в расчетах, при большой длине трасы нужно учитывать снижение напряжения и соответствующие энергетические потери. В крупных проектах рассматривают всю цепь тока с распределительными устройствами и подключаемыми нагрузками.

Выбор по допустимым потерям

Для точного определения подходящей кабельной продукции рассматривают особенности процесса эксплуатации. Делают необходимый запас, чтобы предотвратить аварийные ситуации при подключении новых потребителей и бросках напряжения в сети питания.

Зависимость от геометрии

Из раздела с описанием удельных параметров понятно, что электрическое сопротивление проводника зависит от длины. Если взять образец из серебра (площадь нормированного сечения 1 кв. мм) при длине 6,8 м, несложно вычислить значение R = 6,8 * 0,016 = 0,1088 Ом.

Аналогичным образом решают иные практические задачи. Чтобы создать провод с электросопротивлением 100 Ом понадобится серебряная жила длиной 6 250 м = 100/ 0,016. Если применить металлический проводник из железа, длина составит 833 м = 100/0,12.

Следующий решающий фактор – площадь поперечного сечения. Для наглядности можно использовать пример с перекачиванием жидкости из основного бака в две разные емкости. Создать необходимый напор несложно поднятием главного резервуара на небольшую высоту. Применив трубки с разным диаметром протоков, можно увидеть разницу в скорости заполнения контрольных объемов. Если показания будут измеряться при желании несложно составить пропорциональные зависимости с учетом исходных геометрических параметров транспортных каналов.

Размерность проводников также имеет значение. Электрическое сопротивление (R) равно удельному значению для определенного материала (Rуд), умноженному на длину (L) и деленому на соответствующее поперечное сечение (S). Если известен только диаметр, то для круглой жилы можно применить классическую формулу из школьного курса геометрии:

S = (π * d2)/4 = (3,14 * d2)/4.

Длину вычисляют по преобразованному выражению:

Эти пропорции демонстрируют, от чего зависит сопротивление.

Удельное сопротивление

Удельное сопротивление неизменно и является свойством вещества, из которого изготовлен проводник. Единицы измерения r — ом*м. Часто величину удельного сопротивления приводят в ом*мм кв./м. Это связанно с тем, что величина сечения наиболее часто применяемых кабелей является относительно малой и измеряется в мм кв. Приведём простой пример.

Задача №1. Длина медного провода L = 20 м, сечение S = 1.5 мм. кв. Рассчитать сопротивление провода. Решение: удельное сопротивление медного провода r = 0.018 ом*мм. кв./м. Подставляя значения в формулу (1) получим R=0.24 ома. Вычисляя сопротивление системы питания сопротивление одного провода нужно умножить на количество проводов. Если вместо меди использовать алюминий с более высоким удельным сопротивлением (r = 0.028 ом*мм. кв./м), то сопротивление проводов соответственно возрастёт. Для вышеприведенного примера сопротивление будет равно R = 0.373 ома (на 55 % больше). Медь и алюминий – основные материалы для проводов. Существуют металлы с меньшим удельным сопротивлением, чем удельное сопротивление меди, например серебро. Однако его применение ограничено из-за очевидной дороговизны. В таблице ниже приведены сопротивления и другие основные характеристики проводниковых материалов. Таблица – основные характеристики проводников

Металл	r, ом*мм. кв /м	γ, м/(ом*мм. кв.)	α, 1/°С
Медь	0,018	57	0.0043
Алюминий	0,027	35	0.0045
Сталь	0.13	7.7	0.00625
Нихром	0.98	1.01	0.0003

Расчёт сопротивления проводника

Выше были рассмотрены упрощенные методики, которые надо корректировать с учетом реальных условий. Так, существенное влияние на проводимость материалов оказывает температура. В серийных проводниках (медь, алюминий) значение данного параметра увеличивается в пропорции 0,3-0,5% на каждый градус. В составах на основе угля и электролитах наблюдается обратный эффект – уменьшение сопротивления.

Без удерживающих струн и других приспособлений для фокусов обеспечивается настоящая левитация с применением сверхпроводимости

Показанный на рисунке эксперимент можно воспроизвести, понизив температуру металла до «абсолютного нуля» (-273°C). При таком экстремальном охлаждении атомарная решетка фиксируется в стабильном положении.

Это состояние создает идеальные условия для перемещения электронов. Отсутствие препятствий сопровождается минимальными потерями, что объясняет перспективность направления для создания эффективных линий передачи энергии. Пример на рисунке демонстрирует улучшенные эксплуатационные параметры транспортных коммуникаций. В данном случае можно исключить силы трения.

Комбинация трубы с безвоздушным пространством и сверхпроводимости улучшает характеристики перспективных транспортных систем

Понятно, что для улучшения экономических показателей необходимо повысить рабочую температуру при сохранении хорошей проводимости. Однако новейшие научные достижения в соответствующей области позволяют рассчитывать на положительный результат в близком будущем.

Следует подчеркнуть! На практике могут понадобится разные технологии вычислений. Например, материал неизвестен. Сложно идентифицировать его по внешним признакам. Для качественного химического лабораторного анализа, кроме соответствующих навыков, необходимо специальное оснащение.

Однако при необходимости нетрудно вывести удельный показатель:

Геометрические параметры измеряют стандартными инструментами (линейкой, штангенциркулем). По типовой схеме измерений с помощью мультиметра уточняют электрическое сопротивление. Для вычисления Rуд пользуются представленной выше формулой. В справочнике выбирают позицию, соответствующую результату расчета. По такой же методике можно определить иные неизвестные значения, например, длину кабеля в подземной трассе.

В реальных расчетах для повышения точности учитывают реактивные компоненты проводников. Например, индуктивность длинной прямой линии определяют по формуле:

И = (m0/2π) * L *(mc * ln(L/r) +1/4m,

где:

• m – магнитная проницаемость материала (о – постоянная, с – окружающей среды);
• r и L – радиус и длина проводника, соответственно.

При повышении частоты приходится учитывать растекание тока в поверхностной зоне и вихревые изменения.

Представленные теоретические знания пригодятся для расчета и создания реостата – прибора с регулируемым сопротивлением. Они нужны для предотвращения электротравм с применением точного расчета защитных цепей и специализированных автоматов (предохранителей).

Проводником называют среду или предмет, который способен проводить электрический ток. Внутри него, при подключении к источнику энергии, начинает активно двигаться заряженная частица. Амперметр показывает возрастание электрического напряжения в цепи. Рассматривая проводники разных типов, учитывается удельная электропроводность и тип материала:

• медь;
• алюминий;
• метал;
• золото;
• сплав никеля и хрома.

Вам это будет интересно Как вычисляется резонансная частота колебательного контура

В научной среде есть понятие сверхпроводника, который считается идеальным. Он обладает значительным углом диэлектрической потери. Когда ток идёт от цепи, учитывается процент смещения. У сверхпроводника данный параметр минимален.

Из меди

Медь относится к компонентам 11 группы из таблицы химических элементов. По классификации он является пластинчатым, встречается в разных видах. Зачастую вещество имеет розовый оттенок. В электротехнике медь отличается низким удельным сопротивлением и лежит на одной нише с серебром, золотом.

Серебро и золото

Материал применим при изготовлении проводки, а также печатных плат. Ещё вещество востребовано при изготовлении электроприводов. Рассматривая сложные управляемые, электромеханические системы, заметно, что у них используются обмотки с низким удельным сопротивлением.

Если оценивать силовые трансформаторы, у них также применяется данный металл, однако он зачастую используется с примесями. Это необходимо, чтобы снизить показатель электропроводимости. В печатных платах медь используется на пару с алюминием. Рассматривая радиодетали, востребованными остаются сплавы на основе меди, которые также отличаются низким сопротивлением.

Разбирая персональные компьютеры, вещество встречается с бронзой либо латунью. Также используются добавки из цинка либо никеля. Чтобы повысить упругость проводника, применяются другие материалы, такие как олово, цинк. По таблице удельного сопротивления, веществу присвоен показатель 0,0157 Ом.

Свойства меди

Из алюминия

Среди элементов 13 группы в таблице выделяется алюминий. Он является отличным проводником в цепи, изготовлен из парамагнитного металла. По цвету наблюдается серебристый оттенок. Проводник хорошо поддается механической обработке. Помимо значительной электропроводимости, отмечается коррозийная стойкость.

При термической обработке образуется оксидная пленка, которая защищает поверхность. В природе предусмотрены различные соединения алюминия. Если рассматривать стандартную проволоку небольшого сечения, она востребована в электрических катушках. Вещество обладает низкой плотностью, а также массой, поэтому аналоги сложно подобрать. Используя алюминий в движущихся элементах, можно повысить их производительность.

Зачастую проводник встречается в жестких дисках, а также аудиосистемах. Востребованными остаются проволоки, покрытые слоем лака. Встречаются эмалированные аналоги, отличающиеся повышенной защищенностью. В качестве изоляции используется резина, берилл. Производители выпускают проводники с сечением от 0.003 мм.

Свойства алюминия

Помимо катушек индуктивности проволока может устанавливаться в индукторах, громкоговорителях, наушниках. Касательно соединений, встречаются варианты с алунитами. Дополнительная информация о физических свойствах:

• низкая температура плавления;
• высокая теплоемкость;
• значительная твёрдость;
• слабый парамагнетик;
• широкий температурный диапазон.

Вам это будет интересно Особенности электрических мощностей

Алюминий встречается в печатных платах, поскольку поддается в штамповке. Коррозионная стойкость — дополнительное преимущество. Алюминиевые проводники являются популярными и востребованными в промышленности. Удельное сопротивление — 0,028 Ом. Также необходимо рассмотреть недостаток — значительное содержание примесей.

Из металла

Среди металлов, распространенными типами проводников считаются следующие:

• свинец;
• олово;
• платина;
• никель;
• вольфрам.

Свинец — это элемент из 14 группы, который может использоваться в качестве проводника. У него предельная плотность 11.35 грамм на кубический метр. Область применения ограничена, поскольку материал токсичен и относится к тяжелым металлам. История происхождения формулы неясна, есть лишь догадки.

Группы металлов

Если говорить о проводниковых элементах, то зачастую применяется нитрат свинца. В источниках тока, резервных блоках встречается версия с хлоридом. Рассматривая неорганические соединения, выделяется материал теллурид. Он подходит в качестве термоэлектрического проводника, поэтому используется в электростанциях разной мощности. Ещё металлический элемент востребован в холодильниках.

Если детально рассматривать теллурид, к числу особенности стоит приписать значительную диэлектрическую проницаемость. В составе помимо свинца имеется олово и теллур. По отдельности вещества встречаются в фоторезисторах и диодах. Если разбирать полупроводниковые приборы, элементы содержатся в стабилизаторах и указывают направление тока.

Важно! Олово — это проводник из 14 группы химических элементов. Материал безопасен, не содержит токсичных веществ.

Наравне с золотом, олово обладает отличными антикоррозионными свойствами. Зачастую в технике применяется дисульфид. Наиболее высокий показатель сопротивления показывает двуокись олова. В аккумуляторах он используется в чистом виде. Рассматривая гальванические элементы, стоит упомянуть про марганцево-оловянный диоксид.

Платина — это проводника с десятой группы химических элементов. Представленный металл имеет электросопротивление 0,098 Ом, и отличается повышенной плотностью. Если рассматривать сферу применения, то зачастую вещество встречается в лазерной технике. Речь идет о принтерах, а также измерительных приборах.

Свойства платины

Дополнительно платина используется в электромагнитных реле. В представленных автоматических устройствах он выступает проводником. Речь идет о механических, тепловых либо оптических реле. В электронных датчиках платина содержится в меньшем количестве, однако используется за счёт широкого диапазона температур. В частности, можно рассмотреть электронный термометр сопротивления. Резистивный элемент по большей части состоит из платины.

Вам это будет интересно Как соединять конденсаторы

Из золота

Удельное сопротивление золота 0,023 Ом. Материал относится к первой группе металлов и по физическим свойствам является мягким. Золото встречается с примесями и в чистом виде. Плотность составляет 19,32 г/см³, сфера применения широка. В промышленности проводник востребован в качестве припоя.

Припой золото

Его разрешается наносить на различные поверхности, он служит отличным материалом для соединения заготовок, поскольку наблюдается низкая температура плавления. Также золото востребовано для защиты от коррозии.

• мягкость материала;
• подвержен точечной коррозии.

Если использовать материал с добавками, то снижается температура плавления. Также это оказывает воздействие на механические свойства вещества.

Золото с добавками

Видео

Кофе капсульный Nescafe Dolce Gusto Капучино, 3 упаковки по 16 капсул

Кофе в капсулах Nescafe Dolce Gusto Cappuccino, 8 порций (16 капсул)

От чего зависит сопротивление проводника

В радиотехнике есть такое понятие, как электрическое сопротивление. Но что это такое, от чего зависит сопротивление проводника? Чтобы разобраться в таком непростом вопросе, следует сначала окунуться в область химии, а точнее, в строение атома. Именно там можно понять, что мешает электрическому току свободно перемещаться по электрической цепи.

Понятие электрического сопротивления

Любое вещество состоит из молекул, а те, в свою очередь, из атомов. Атом представляет собой ядро, вокруг которого вращаются электроны. Те электроны, которые находятся на внешней оболочке, меньше притягиваются ядром, чем те, что расположены ближе к нему.

Кроме того, чем больше электронов находится на одной орбитали, тем сильнее взаимное притяжение. Металлы на своих внешних орбиталях имеют мало электронов, поэтому они могут отрываться от своего атома и дрейфовать по материалу.

Чтобы электроны двигались в одном направлении и совершали работу, к концам проводника прикладывается некое электрическое поле. После чего электроны начинают двигаться в одном направлении, если это однонаправленный ток, либо поочередно меняя направление в случае с переменным током. Вот здесь и начинается самое интересное. Рассмотрим однонаправленный ток, как более простую схему.

Для опыта потребуется:

• источник питания, напряжение можно выбрать в пределах 1-1,5 В, лучше взять аккумулятор или батарейку для более точного эксперимента;
• резистор на сопротивление 5 Ом, можно и другое значение, но не меньше 2 Ом, чтобы не перегружать питание;
• амперметр или мультиметр, способный измерять ток до 5А;
• любую катушку (намотанный на каркас медный или алюминиевый провод).

Собираем электрическую цепь, включая последовательно:

• клемма источника питания (полярность не имеет значения);
• резистор;
• щуп прибора (здесь важно соблюсти полярность подключения);
• вторая клемма источника питания.

Удобнее один вывод резистора припаять к клемме источника питания, а щупами прибора только касаться вывода резистора и питания. Настраиваем прибор и производим измерение тока, записываем показания. Далее подключаем к резистору катушку.

Также один вывод катушки лучше припаять к свободному выводу резистора. Снова производим измерение тока. Сравнив показания, увидим, что они отличаются.

Как известно, катушка имеет индуктивное сопротивление только на переменном токе, вот почему в качестве источника питания лучше брать постоянный (не выпрямленный!) ток. Почему при подключении катушки ток уменьшился?

Ответ один – увеличилось электрическое сопротивление. По определению электрическое сопротивление – это противодействие материала прохождению через него электрического тока. Рассмотрим, от чего зависит сопротивление проводника?

Чем вызвано электрическое сопротивление

Перед этим мы разобрали, как появляется электрический ток, сейчас попробуем понять, от чего зависит электрическое сопротивление. Проводник – это провод, выполненный из однородного материала.

Для передачи электроэнергии от электростанций до потребителя и разводки сети по дому используют медь и алюминий. Однако при выплавке этих металлов в них обязательно присутствуют примеси, иначе стоили бы такие провода намного дороже, так как очистка требует дополнительных затрат.

Что происходит, когда на пути электрона встречается такая примесь? Это инородное тело представляет для электрона препятствие. Это как на дороге попадаются большие выемки, заставляющие водителей объезжать их. Электроны делать этого не могут, поэтому они врезаются в них и меняют свою траекторию, мешая, в свою очередь, другим электронам.

Кроме того, в самом материале встречаются механические дефекты, которые также увеличивают сопротивление проводника. Сами молекулярные решетки в силу своих особенностей или внешних факторов могут иметь повреждения, что также уменьшает скорость движения электронов.

Это лишь некоторые причины, вызывающие электрическое сопротивление. Однако для проводов существуют дополнительные условия, увеличивающие либо уменьшающие его сопротивление.

Зависимость электрического сопротивления

Трудность определения сопротивления проводника определяется не только его материалом. Провода и кабели эксплуатируются в различных условиях, они имеют различные геометрические размеры и длину. Если все это учесть, то можно составить список зависимости сопротивления проводника:

• площадь поперечного сечения;
• длина;
• температура проводника.

Даже незначительное изменение одного из условий может значительно сказаться на общем сопротивлении. Разберем каждое из них подробнее.

Сечение

Провода, как правило, имеют круглую форму, хотя в кабелях могут применяться жилы полукруглые и секторные. Чтобы определить сечение провода, необходимо узнать площадь его поперечного среза – торца.

Если это круг, можно воспользоваться формулой S= π×R 2 , или S=π/4×D 2 . Где π – отношение длины окружности к ее диаметру, равное примерно 3,14; r – радиус; D – диаметр провода. Если провод имеет форму другой фигуры, определяют сечение по соответствующей формуле.

Почему важно знать сечение провода, кабеля? В зависимости от того, какое сечение имеет проводник, будет зависеть какой ток можно через него пропустить. Это примерно как ширина дороги влияет на пропускную способность машин. Чем шире дорога, тем больше машин могут по ней проехать.

А что произойдет, если пустить больший ток, чем тот, на который рассчитан провод? Электроны не машины, поэтому они смогут и в более тесной компании двигаться по проводу. Однако чрезмерное увеличение плотности тока приведет к тому, что он начнет греться, а это приведет к оплавлению изоляции и замыканию. Снова войдем в мир молекул и посмотрим, что там будет происходить.

Как уже было сказано, материал имеет различные дефекты, уменьшающие проводимость токопровода. Кроме того, чем больше электронов находится на одном отрезке, тем сильнее они мешают друг другу, наталкиваясь не только на препятствия, но и друг на друга. Поэтому существуют таблицы, регламентирующие токовую нагрузку в зависимости от сечения проводника.

Длина проводника

Второе, от чего зависит сопротивление проводника, это его длина. Это и понятно, чем длиннее проводник, тем больший путь необходимо проделать электронам. Но, кроме протяженности, встречаются и другие препятствия, увеличивающие сопротивление проводника. Главной причиной является соединение. Есть несколько способов соединения, для этого могут использоваться:

• скрутка;
• болт;
• плашка;
• зажим;
• пайка, сварка.

Скрутка редко используется, но имеет место на существование. При этом способе оба провода обвиваются один вокруг другого. В многопроволочных алюминиевых проводах каждая жила обвивается вокруг другого провода и скрутка получается нисходящая. При болтовом соединении провода зажимаются между болтом и гайкой. При этом если провода изготовлены из разного материала, между ними ставится шайба.

Плашки имеют две выемки, в которые закладываются провода. Состоят они из двух половинок, которые зажимаются болтом. Также производители выпускают различные зажимы, позволяющие быстро и надежно закрепить провод. Некоторые дают возможность впоследствии освобождать провод, другие нет.

Любое такое соединение имеет существенный недостаток – нарушение контакта. Из-за этого сопротивление соединения резко увеличивается. Поэтому пайка и сварка более предпочтительны, но и более трудоемки.

Температура проводника

И последняя основная причина, от чего зависит электрическое сопротивление – изменение температуры. Почему температура оказывает влияние на проводник? Металлы, проводящие электрический ток, состоят из кристаллических решеток.

То есть атомы расположены не в одной плоскости, а располагаются объемно. При максимально низких температурах они как бы заморожены, оставаясь на одном месте. Электроны, пролетающие мимо, свободно лавируют между ними, практически не встречая никакого сопротивления.

Но что происходит, когда температура поднимается? Устойчивость решетки нарушается, атомы начинают раскачиваться, вставая на пути электронов.

Хотя скорость электронов и небольшая, всего несколько миллиметров в секунду, но из-за малого размера атомов на этом отрезке достаточно много, что сказывается на сопротивлении проводника. Однако когда температура металла становится близка к плавлению, электропроводность резко возрастает.

Интересно. В отличие от металлов у полупроводников наблюдается обратная зависимость: при увеличении температуры сопротивление уменьшается.

Расчёт сопротивления проводника — формула

Каждый радиоэлектронный элемент имеет свое сопротивление, которое легко можно измерить с помощью приборов. Но как измерить сопротивление линии, если ее протяженность составляет десятки, а то и сотни или даже тысячи километров?

Для этого вводится такое понятие, как удельное сопротивление. Удельным сопротивлением называется сопротивление проводника длиной 1 метр и с площадью поперечного сечения 1м2. Также может применяться устаревшая единица, где площадь сечения составляет 1 мм2. Значение удельного сопротивления можно узнать из таблиц.

Чтобы произвести расчет сопротивления проводника, применяют формулу: R=ρ×L/S. Где R – сопротивление в Ом; ρ – удельное сопротивление материала, Ом×м; L – длина проводника, м; S – площадь поперечного сечения.

При этом стоит помнить, что эта формула предполагает применение однородного материала как по составу, так и по геометрическим показателям.

от чего зависит сопротивление металов? и как оно выражается?

Электри́ческое сопротивле́ние — скалярная физическая величина, характеризующая свойства проводника и равная отношению напряжения на концах проводника к силе электрического тока, протекающему по нему.

В международной системе единиц (СИ) единицей сопротивления является ом (Ω, Ом) . В системе СГС единица сопротивления не имеет специального названия. Сопротивление (часто обозначается буквой R или r) считается, в определённых пределах, постоянной величиной для данного проводника; её можно определить как

где
R — сопротивление;
U — разность электрических потенциалов на концах проводника, измеряется в вольтах;
I — ток, протекающий между концами проводника под действием разности потенциалов, измеряется в амперах.

Обратной величиной по отношению к сопротивлению является электропроводность, единицей измерения которой служит сименс.

Высокая электропроводность металлов связана с тем, что в них имеется громадное количество носителей тока — электронов проводимости, образующихся из валентных электронов атомов металла, которые не принадлежат определённому атому. Электрический ток в металле возникает под действием внешнего электрического поля, которое вызывает упорядоченное движение электронов. Движущиеся под действием поля электроны рассеиваются на неоднородностях ионной решётки (на примесях, дефектах решётки, а также нарушениях периодической структуры, связанной с тепловыми колебаниями ионов) . При этом электроны теряют импульс, а энергия их движения преобразуются во внутреннюю энергию кристаллической решётки, что и приводит к нагреванию проводника при прохождении по нему электрического тока.

В других средах (полупроводниках, изоляторах, электролитах, неполярных жидкостях, газах и т. д. ) в зависимости от природы носителей заряда физическая причина сопротивления может быть иной. Линейная зависимость, выраженная законом Ома, соблюдается не во всех случаях.

Сопротивление проводника при прочих равных условиях зависит от его геометрии и от удельного электрического сопротивления материала, из которого он состоит.

Сопротивление однородного проводника постоянного сечения зависит от свойств вещества проводника, его длины, сечения и вычисляется по формуле:

где ρ — удельное сопротивление вещества проводника, L — длина проводника, а S — площадь сечения.

Удельное сопротивление — скалярная физическая величина, численно равная сопротивлению однородного цилиндрического проводника единичной длины и единичной площади.

Сопротивление металлов снижается при понижении температуры; при температурах порядка нескольких кельвинов сопротивление большинства металлов и сплавов стремится или становится равным нулю (эффект сверхпроводимости) . Напротив, сопротивление полупроводников и изоляторов при снижении температуры растёт. Сопротивление также меняется по мере увеличения тока/напряжения, протекающего через проводник/полупроводник.