Daher ist es wichtig, die Parameter aller verwendeten Elemente und Materialien zu kennen. Und das nicht nur elektrisch, sondern auch mechanisch. Und haben Sie einige praktische Referenzmaterialien zur Verfügung, mit denen Sie die Eigenschaften vergleichen können verschiedene Materialien und wählen Sie für Design und Arbeit genau das, was in einer bestimmten Situation optimal ist.
Bei Energieübertragungsleitungen, wo die Aufgabe am produktivsten ist, dh mit hohem Wirkungsgrad, Energie zum Verbraucher zu bringen, werden sowohl die Wirtschaftlichkeit der Verluste als auch die Mechanik der Leitungen selbst berücksichtigt. Von der Mechanik - das heißt, das Gerät und die Position von Leitern, Isolatoren, Stützen, Aufwärts- / Abwärtstransformatoren, das Gewicht und die Festigkeit aller Strukturen, einschließlich der über große Entfernungen gespannten Drähte, sowie die für jede Struktur ausgewählten Materialien Element, das Finale wirtschaftliche Effizienz Leitung, deren Arbeit und Betriebskosten. Darüber hinaus sind bei den Leitungen, die Strom übertragen, die Anforderungen an die Gewährleistung der Sicherheit sowohl der Leitungen selbst als auch der Umgebung, in der sie verlaufen, höher. Und dies erhöht die Kosten sowohl für die Sicherstellung der Stromverkabelung als auch für einen zusätzlichen Sicherheitsspielraum für alle Strukturen.

Zum Vergleich werden die Daten in der Regel auf eine einzige, vergleichbare Form reduziert. Oft wird solchen Merkmalen der Beiname „spezifisch“ hinzugefügt, und die Werte selbst werden in einigen Standards in Bezug auf physikalische Parameter vereinheitlicht. Beispielsweise ist der spezifische elektrische Widerstand der Widerstand (Ohm) eines Leiters aus einem Metall (Kupfer, Aluminium, Stahl, Wolfram, Gold) mit einer Einheitslänge und einem Einheitsquerschnitt im verwendeten Einheitensystem (normalerweise in SI). Außerdem wird die Temperatur angegeben, da sich der Widerstand der Leiter bei Erwärmung unterschiedlich verhalten kann. Dabei werden normale durchschnittliche Betriebsbedingungen zugrunde gelegt - bei 20 Grad Celsius. Und wo es auf Eigenschaften bei der Änderung der Parameter des Mediums (Temperatur, Druck) ankommt, werden Koeffizienten eingeführt und zusätzliche Abhängigkeitstabellen und -diagramme erstellt.

Arten von Widerstand

Denn Widerstand ist:

  • aktiv - oder ohmsch, resistiv - resultierend aus den Stromkosten für die Erwärmung des Leiters (Metall) beim Durchgang elektrischer Strom, und
  • reaktiv - kapazitiv oder induktiv - was von den unvermeidlichen Verlusten herrührt, um Änderungen des Stroms zu erzeugen, der durch den Leiter elektrischer Felder fließt, dann kann der spezifische Widerstand des Leiters zwei Arten haben:
  1. Spezifischer elektrischer Widerstand gegen Gleichstrom (mit Widerstandscharakter) und
  2. Spezifischer elektrischer Widerstand gegen Wechselstrom (mit reaktivem Charakter).

Hier ist der Widerstand vom Typ 2 ein komplexer Wert, er besteht aus zwei Komponenten des TP - aktiv und reaktiv, da ein Widerstand immer vorhanden ist, wenn Strom fließt, unabhängig von seiner Art, und ein Blindwiderstand nur bei einer Stromänderung in Schaltkreisen auftritt. In Gleichstromkreisen tritt Reaktanz nur während Transienten auf, die mit eingeschaltetem Strom (Änderung des Stroms von 0 auf Nennwert) oder ausgeschaltetem Strom (Differenz von Nennwert auf 0) verbunden sind. Und sie werden normalerweise nur bei der Auslegung des Überlastschutzes berücksichtigt.

In Wechselstromkreisen sind die mit Reaktanzen verbundenen Phänomene viel vielfältiger. Sie hängen nicht nur vom tatsächlichen Stromdurchgang durch einen bestimmten Abschnitt ab, sondern auch von der Form des Leiters, und die Abhängigkeit ist nicht linear.

Tatsache ist, dass Wechselstrom induziert elektrisches Feld sowohl um den Leiter, durch den es fließt, als auch im Leiter selbst. Und aus diesem Feld entstehen Wirbelströme, die bewirken, dass die eigentliche Hauptbewegung der Ladungen aus der Tiefe des gesamten Leiterabschnitts bis zu seiner Oberfläche „herausgedrückt“ wird, der sogenannte „Hauteffekt“ (von Haut - Haut). Es stellt sich heraus, dass Wirbelströme dem Leiter sozusagen seinen Querschnitt „stehlen“. Der Strom fließt in einer bestimmten Schicht nahe der Oberfläche, der Rest der Leiterdicke bleibt ungenutzt, er verringert nicht seinen Widerstand, und es macht einfach keinen Sinn, die Dicke der Leiter zu erhöhen. Vor allem bei hohen Frequenzen. Daher werden bei Wechselstrom Widerstände in solchen Querschnitten von Leitern gemessen, deren gesamter Querschnitt als oberflächennah angesehen werden kann. Ein solcher Draht wird als dünn bezeichnet, seine Dicke entspricht der doppelten Tiefe dieser Oberflächenschicht, in der Wirbelströme den im Leiter fließenden nützlichen Hauptstrom verdrängen.

Natürlich ist die Verringerung der Dicke von Drähten mit rundem Querschnitt nicht darauf beschränkt Wirksame Umsetzung Wechselstrom. Der Leiter kann verdünnt, aber gleichzeitig in Form eines Bandes flach gemacht werden, dann ist der Querschnitt jeweils höher als der eines runden Drahtes und der Widerstand ist niedriger. Außerdem bewirkt eine einfache Vergrößerung der Oberfläche eine Vergrößerung des wirksamen Querschnitts. Dasselbe kann durch die Verwendung einer Litze anstelle einer Einzellitze erreicht werden, außerdem ist eine Litze einer Einzellitze in der Flexibilität überlegen, was oft auch wertvoll ist. Andererseits ist es unter Berücksichtigung des Skin-Effekts in den Drähten möglich, die Drähte zusammengesetzt herzustellen, indem der Kern aus einem Metall hergestellt wird, das gute Festigkeitseigenschaften hat, wie beispielsweise Stahl, aber niedrige elektrische Eigenschaften. Gleichzeitig wird über dem Stahl ein Aluminiumgeflecht hergestellt, das einen geringeren spezifischen Widerstand aufweist.

Neben dem Skineffekt wird der Wechselstromfluss in Leitern durch die Anregung von Wirbelströmen in den umgebenden Leitern beeinflusst. Solche Ströme werden als Aufnahmeströme bezeichnet und werden sowohl in Metallen induziert, die nicht die Rolle der Verkabelung (tragende Strukturelemente) spielen, als auch in den Drähten des gesamten leitfähigen Komplexes - die die Rolle von Drähten anderer Phasen spielen, Null, Erdung .

Alle diese Phänomene finden sich in allen Designs im Zusammenhang mit Elektrizität, was die Bedeutung von zusammenfassenden Referenzinformationen für eine Vielzahl von Materialien weiter unterstreicht.

Widerstand für Leiter wird es mit sehr empfindlichen und genauen Instrumenten gemessen, da Metalle für die Verkabelung ausgewählt werden und den niedrigsten Widerstand haben - in der Größenordnung von Ohm * 10 -6 pro Meter Länge und Quadratmeter. mm. Abschnitte. Um den Widerstand der Isolierung zu messen, werden dagegen Instrumente benötigt, die sehr große Reichweiten haben große Werte Widerstände sind normalerweise Megaohm. Es ist klar, dass Leiter gut leiten und Isolatoren gut isoliert sein müssen.

Tisch

Tabelle der spezifischen Widerstände von Leitern (Metalle und Legierungen)

Leitermaterial

Zusammensetzung (für Legierungen)

Widerstand ρ mΩ × mm2/m

Kupfer, Zink, Zinn, Nickel, Blei, Mangan, Eisen usw.

Aluminium

Wolfram

Molybdän

Kupfer, Zinn, Aluminium, Silizium, Beryllium, Blei usw. (außer Zink)

Eisen, Kohlenstoff

Kupfer, Nickel, Zink

Manganin

Kupfer, Nickel, Mangan

Konstantan

Kupfer, Nickel, Aluminium

Nickel, Chrom, Eisen, Mangan

Eisen, Chrom, Aluminium, Silizium, Mangan

Eisen als Leiter in der Elektrotechnik

Eisen ist das häufigste Metall in Natur und Technik (nach Wasserstoff, der ebenfalls ein Metall ist). Es ist das billigste und hat hervorragende Festigkeitseigenschaften, daher wird es überall als Grundlage für Festigkeit verwendet. verschiedene Designs.

In der Elektrotechnik wird Eisen als Leiter in Form von flexiblen Stahldrähten dort eingesetzt, wo physikalische Festigkeit und Biegsamkeit benötigt werden und durch den entsprechenden Querschnitt der gewünschte Widerstand erreicht werden kann.

Mit einer Tabelle der spezifischen Widerstände verschiedener Metalle und Legierungen können die Querschnitte von Drähten aus verschiedenen Leitern berechnet werden.

Versuchen wir als Beispiel, den elektrisch äquivalenten Querschnitt von Leitern aus verschiedenen Materialien zu finden: Kupfer-, Wolfram-, Nickel- und Eisendrähte. Nehmen Sie für den Anfang Aluminiumdraht mit einem Querschnitt von 2,5 mm.

Wir brauchen, dass über eine Länge von 1 m der Widerstand des Drahtes aus all diesen Metallen gleich dem Widerstand des ursprünglichen Drahtes ist. Der Widerstand von Aluminium pro 1 m Länge und 2,5 mm Querschnitt ist gleich

Woher R- Widerstand, ρ - Widerstand des Metalls vom Tisch, S- Querschnittsfläche, L- Länge.

Wenn wir die Anfangswerte ersetzen, erhalten wir den Widerstand eines meterlangen Stücks Aluminiumdraht in Ohm.

Danach lösen wir die Formel nach S

Wir ersetzen die Werte aus der Tabelle und erhalten die Querschnittsflächen für verschiedene Metalle.

Da der Widerstand in der Tabelle an einem 1 m langen Draht in Mikroohm pro 1 mm 2 -Abschnitt gemessen wird, haben wir ihn in Mikroohm erhalten. Um es in Ohm zu bekommen, müssen Sie den Wert mit 10 -6 multiplizieren. Aber die Anzahl der Ohm mit 6 Nullen nach dem Komma ist für uns nicht notwendig, da wir das Endergebnis immer noch in mm 2 finden.

Wie Sie sehen können, ist der Widerstand von Eisen ziemlich groß, der Draht ist dick.

Aber es gibt Materialien, die noch mehr haben, wie Nickelin oder Konstantan.

Trotz der Tatsache, dass dieses Thema mag recht banal erscheinen, ich beantworte darin eine sehr wichtige Frage zur Berechnung von Spannungsverlusten und zur Berechnung von Kurzschlussströmen. Ich denke, für viele von Ihnen wird dies eine ebenso große Offenbarung sein, wie es für mich war.

Kürzlich habe ich einen sehr interessanten GOST studiert:

GOST R 50571.5.52-2011 Elektrische Niederspannungsanlagen. Teil 5-52. Auswahl und Installation von Elektrogeräten. Verdrahtung.

Dieses Dokument enthält eine Formel zur Berechnung des Spannungsverlusts und besagt:

p ist der spezifische Widerstand von Leitern unter normalen Bedingungen, gleich dem spezifischen Widerstand bei Temperatur unter normalen Bedingungen, dh 1,25 spezifischer Widerstand bei 20 ° C oder 0,0225 Ohm mm 2 / m für Kupfer und 0,036 Ohm mm 2 / m für Aluminium;

Ich habe nichts verstanden =) Anscheinend müssen wir bei der Berechnung von Spannungsverlusten und bei der Berechnung von Kurzschlussströmen wie unter normalen Bedingungen den Widerstand der Leiter berücksichtigen.

Es ist erwähnenswert, dass alle Tabellenwerte bei einer Temperatur von 20 Grad angegeben sind.

Was sind die normalen Bedingungen? Ich dachte 30 Grad Celsius.

Erinnern wir uns an die Physik und berechnen wir, bei welcher Temperatur der Widerstand von Kupfer (Aluminium) um das 1,25-fache ansteigt.

R1=R0

R0 - Widerstand bei 20 Grad Celsius;

R1 - Widerstand bei T1 Grad Celsius;

T0 - 20 Grad Celsius;

α \u003d 0,004 pro Grad Celsius (Kupfer und Aluminium sind fast gleich);

1,25=1+α (T1-T0)

Т1=(1,25-1)/α+Т0=(1,25-1)/0,004+20=82,5 Grad Celsius.

Wie Sie sehen können, sind es überhaupt keine 30 Grad. Anscheinend müssen alle Berechnungen mit dem Maximum durchgeführt werden zulässige Temperaturen Kabel. Die maximale Betriebstemperatur des Kabels beträgt je nach Art der Isolierung 70-90 Grad.

Um ehrlich zu sein, stimme ich dem nicht zu, weil. gegebene Temperatur entspricht fast einem Notbetrieb der Elektroinstallation.

In meinen Programmen habe ich den spezifischen Widerstand von Kupfer - 0,0175 Ohm mm 2 / m und für Aluminium - 0,028 Ohm mm 2 / m festgelegt.

Wenn Sie sich erinnern, habe ich in meinem Programm zur Berechnung von Kurzschlussströmen geschrieben, dass das Ergebnis etwa 30% unter den Tabellenwerten liegt. Dort wird der Widerstand der Phase-Null-Schleife automatisch berechnet. Ich habe versucht, den Fehler zu finden, konnte es aber nicht. Anscheinend liegt die Ungenauigkeit der Berechnung im spezifischen Widerstand, der im Programm verwendet wird. Und jeder kann nach dem spezifischen Widerstand fragen, daher sollte es keine Fragen für das Programm geben, wenn Sie den spezifischen Widerstand aus dem obigen Dokument angeben.

Aber ich werde höchstwahrscheinlich Änderungen an den Programmen zur Berechnung von Spannungsverlusten vornehmen müssen. Dadurch werden die Berechnungsergebnisse um 25 % erhöht. Obwohl im ELECTRIC-Programm, sind die Spannungsverluste fast die gleichen wie bei mir.

Wenn Sie zum ersten Mal in diesem Blog sind, können Sie sich auf der Seite mit allen meinen Programmen vertraut machen

Was denken Sie, bei welcher Temperatur sollten Spannungsverluste berücksichtigt werden: bei 30 oder 70-90 Grad? Gibt es eine Vorschriften Wer beantwortet diese Frage?

Stoffe und Materialien, die elektrischen Strom leiten können, werden als Leiter bezeichnet. Der Rest wird als Dielektrikum klassifiziert. Aber es gibt keine reinen Dielektrika, sie alle leiten auch Strom, aber sein Wert ist sehr gering.

Aber Leiter leiten Strom anders. Gemäß der Formel von George Ohm ist der durch einen Leiter fließende Strom linear proportional zur Größe der an ihn angelegten Spannung und umgekehrt proportional zu einer Größe namens Widerstand.

Die Maßeinheit des Widerstands wurde zu Ehren des Wissenschaftlers, der diese Beziehung entdeckte, Ohm genannt. Es stellte sich jedoch heraus, dass Leiter aus unterschiedlichen Materialien und mit gleichen geometrischen Abmessungen unterschiedliche elektrische Widerstände aufweisen. Um den Widerstand eines Leiters bekannter Länge und bekannten Querschnitts zu bestimmen, wurde das Konzept des spezifischen Widerstands eingeführt - ein Koeffizient, der vom Material abhängt.


Als Ergebnis wird der Widerstand eines Leiters mit bekannter Länge und bekanntem Querschnitt gleich sein


Der spezifische Widerstand gilt nicht nur für feste Materialien, sondern auch für Flüssigkeiten. Ihr Wert hängt aber auch von Verunreinigungen oder anderen Bestandteilen im Ausgangsmaterial ab. Reines Wasser leitet keinen Strom, da es ein Dielektrikum ist. Aber in der Natur gibt es kein destilliertes Wasser, es enthält immer Salze, Bakterien und andere Verunreinigungen. Dieser Cocktail ist ein elektrischer Stromleiter mit spezifischem Widerstand.


Durch das Einbringen verschiedener Additive in Metalle werden neue Materialien erhalten - Legierungen, dessen spezifischer Widerstand sich von dem des Ausgangsmaterials unterscheidet, auch wenn die prozentuale Zugabe unbedeutend ist.

Widerstand gegen Temperatur

Spezifische Materialwiderstände sind in Nachschlagewerken für Temperaturen nahe der Raumtemperatur (20 °C) angegeben. Mit steigender Temperatur steigt der Widerstand des Materials. Warum passiert es?

Elektrischer Strom innerhalb des Materials wird geleitet freie Elektronen. Sie stehen unter dem Einfluss elektrisches Feld lösen sich von ihren Atomen und bewegen sich zwischen ihnen in der durch dieses Feld vorgegebenen Richtung. Atome eines Stoffes bilden ein Kristallgitter, zwischen dessen Knoten sich ein Strom von Elektronen bewegt, auch „Elektronengas“ genannt. Unter Temperatureinwirkung schwingen die Gitterknoten (Atome). Auch die Elektronen selbst bewegen sich nicht geradlinig, sondern auf einer verschlungenen Bahn. Gleichzeitig kollidieren sie oft mit Atomen und verändern die Bewegungsbahn. Zu bestimmten Zeitpunkten können sich die Elektronen in die Richtung bewegen, die der Richtung des elektrischen Stroms entgegengesetzt ist.

Mit steigender Temperatur nimmt die Amplitude der Atomschwingungen zu. Die Kollision von Elektronen mit ihnen tritt häufiger auf, die Bewegung des Elektronenflusses verlangsamt sich. Physikalisch äußert sich dies in einer Erhöhung des spezifischen Widerstands.

Ein Beispiel für die Verwendung der Temperaturabhängigkeit des spezifischen Widerstands ist der Betrieb einer Glühlampe. Das Wolframfilament, aus dem das Filament besteht, hat im Moment des Einschaltens einen geringen spezifischen Widerstand. Der Stromstoß im Moment des Einschaltens erwärmt es schnell, der spezifische Widerstand steigt und der Strom nimmt ab und wird nominal.

Der gleiche Vorgang tritt bei Nichrom-Heizelementen auf. Daher ist es unmöglich, ihren Betriebsmodus zu berechnen, indem die Länge eines Nichromdrahts mit bekanntem Querschnitt bestimmt wird, um den erforderlichen Widerstand zu erzeugen. Für Berechnungen benötigen Sie den spezifischen Widerstand des Heizdrahtes, und die Nachschlagewerke geben Werte für Raumtemperatur an. Daher wird die endgültige Länge der Nichrom-Helix experimentell eingestellt. Durch Berechnungen wird die ungefähre Länge ermittelt und beim Anpassen wird das Gewinde Stück für Stück nach und nach gekürzt.

Temperaturkoeffizient des Widerstands

Aber nicht bei allen Geräten ist die Abhängigkeit des spezifischen Widerstands von Leitern von der Temperatur vorteilhaft. In der Messtechnik führt eine Widerstandsänderung von Schaltungselementen zu einem Fehler.

Um die Abhängigkeit des Widerstands eines Materials von der Temperatur quantitativ zu bestimmen, wird das Konzept eingeführt Temperaturkoeffizient des Widerstands (TCR). Sie zeigt, wie stark sich der Widerstand eines Materials ändert, wenn sich die Temperatur um 1°C ändert.

Für die Herstellung von elektronischen Bauteilen - Widerständen, die in den Schaltkreisen von Messgeräten verwendet werden, werden Materialien mit einem niedrigen TCR verwendet. Sie sind teurer, aber die Parameter des Geräts ändern sich nicht über einen weiten Temperaturbereich. Umfeld.

Aber auch die Eigenschaften von Materialien mit hohem TCR werden genutzt. Der Betrieb einiger Temperatursensoren basiert auf einer Widerstandsänderung des Materials, aus dem das Messelement besteht. Dazu müssen Sie eine stabile Versorgungsspannung aufrechterhalten und den durch das Element fließenden Strom messen. Durch Kalibrierung der Skala des Geräts, das den Strom misst, gemäß einem Referenzthermometer, erhält man ein elektronisches Temperaturmessgerät. Dieses Prinzip wird nicht nur für Messungen, sondern auch für Überhitzungssensoren verwendet. Abschalten des Geräts bei anormalen Betriebszuständen, die zu einer Überhitzung der Wicklungen von Transformatoren oder Leistungshalbleiterelementen führen.

Verwendet in der Elektrotechnik und Elemente, die ihren Widerstand nicht von der Umgebungstemperatur, sondern vom Strom durch sie ändern - Thermistoren. Ein Beispiel für ihre Verwendung - Entmagnetisierungssysteme Kathodenstrahlröhren Fernseher und Monitore. Wenn Spannung angelegt wird, ist der Widerstand des Widerstands minimal, der Strom fließt durch ihn in die Entmagnetisierungsspule. Aber der gleiche Strom erwärmt das Thermistormaterial. Sein Widerstand erhöht sich und verringert den Strom und die Spannung über der Spule. Und so - bis zu seinem vollständigen Verschwinden. Als Ergebnis wird eine sinusförmige Spannung mit einer sanft abnehmenden Amplitude an die Spule angelegt, wodurch das gleiche Magnetfeld in ihrem Raum erzeugt wird. Das Ergebnis ist, dass der Faden des Rohrs zu dem Zeitpunkt, zu dem er erhitzt wird, bereits entmagnetisiert ist. Und die Steuerschaltung bleibt im gesperrten Zustand, bis das Gerät ausgeschaltet wird. Dann kühlen sich die Thermistoren ab und sind wieder betriebsbereit.

Das Phänomen der Supraleitung

Was passiert, wenn die Temperatur des Materials reduziert wird? Der Widerstand wird abnehmen. Es gibt eine Grenze, bis zu der die Temperatur sinkt, genannt Absoluter Nullpunkt . Das - 273°С. Unterhalb dieser Temperaturgrenze passiert nichts. Bei diesem Wert ist der spezifische Widerstand jedes Leiters Null.

Bei Absoluter Nullpunkt die Atome des Kristallgitters hören auf zu schwingen. Dadurch bewegt sich die Elektronenwolke zwischen Gitterknoten, ohne mit ihnen zu kollidieren. Der Widerstand des Materials wird gleich Null, was die Möglichkeit eröffnet, unendlich große Ströme in Leitern mit kleinem Querschnitt zu erhalten.

Das Phänomen der Supraleitung eröffnet neue Horizonte für die Entwicklung der Elektrotechnik. Aber es gibt immer noch Schwierigkeiten damit, zu Hause die ultraniedrigen Temperaturen zu erreichen, die notwendig sind, um diesen Effekt zu erzielen. Wenn die Probleme gelöst sind, wird auf die Elektrotechnik umgeschaltet Neues level Entwicklung.

Beispiele für die Verwendung von Widerstandswerten in Berechnungen

Wir haben uns bereits mit den Prinzipien der Berechnung der Länge von Nichromdraht zur Herstellung eines Heizelements vertraut gemacht. Es gibt jedoch auch andere Situationen, in denen Kenntnisse über den spezifischen Widerstand von Materialien erforderlich sind.

Zur Berechnung Schaltungen von Erdungsgeräten Es werden Koeffizienten verwendet, die typischen Böden entsprechen. Wenn die Bodenart an der Stelle der Erdschleife unbekannt ist, wird für korrekte Berechnungen vorläufig ihr spezifischer Widerstand gemessen. Die Berechnungsergebnisse sind also genauer, wodurch die Anpassung der Schaltungsparameter während der Herstellung entfällt: Hinzufügen der Anzahl der Elektroden, was zu einer Erhöhung der geometrischen Abmessungen der Erdungsvorrichtung führt.


Der spezifische Widerstand der Materialien, aus denen Kabelleitungen und Stromschienen bestehen, wird zur Berechnung ihres aktiven Widerstands verwendet. Künftig beim Nennlaststrom mit dabei der Spannungswert am Ende der Leitung wird berechnet. Stellt sich heraus, dass sein Wert nicht ausreicht, werden die Querschnitte der Leiter im Voraus erhöht.

14.04.2018

Als leitfähige Teile in Elektroinstallationen werden Leiter aus Kupfer, Aluminium, deren Legierungen und Eisen (Stahl) verwendet.

Kupfer ist eines der am besten leitenden Materialien. Die Dichte von Kupfer bei 20 ° C beträgt 8,95 g / cm 3, der Schmelzpunkt beträgt 1083 ° C. Kupfer ist chemisch wenig aktiv, löst sich jedoch leicht in Salpetersäure und löst sich in verdünnter Salz- und Schwefelsäure nur in Gegenwart von Oxidationsmitteln Wirkstoffe (Sauerstoff). An der Luft wird Kupfer schnell mit einer dünnen Schicht aus dunklem Oxid überzogen, diese Oxidation dringt jedoch nicht tief in das Metall ein und dient als Schutz vor weiterer Korrosion. Kupfer eignet sich gut zum Schmieden und Walzen ohne Erwärmung.

Wird für die Herstellung verwendet elektrolytisches Kupfer in Barren mit 99,93 % reinem Kupfer.

Die elektrische Leitfähigkeit von Kupfer hängt stark von der Menge und Art der Verunreinigungen und in geringerem Maße von der mechanischen und thermischen Bearbeitung ab. bei 20 ° C beträgt 0,0172-0,018 Ohm x mm2 / m.

Zur Herstellung von Leitern wird weiches, halbhartes oder hartes Kupfer mit einem spezifischen Gewicht von 8,9, 8,95 bzw. 8,96 g / cm 3 verwendet.

Zur Herstellung von Teilen werden häufig stromführende Teile verwendet Kupfer in Legierungen mit anderen Metallen. Die am häufigsten verwendeten Legierungen sind:

Messing ist eine Legierung aus Kupfer und Zink, die mindestens 50 % Kupfer in der Legierung enthält, wobei andere Metalle hinzugefügt werden. Messing 0,031 - 0,079 Ohm x mm2/m. Es gibt Messing - Tompak mit einem Kupfergehalt von mehr als 72% (es hat eine hohe Duktilität, Korrosionsschutz- und Gleiteigenschaften) und Sondermessinge mit Zusatz von Aluminium, Zinn, Blei oder Mangan.

Messingkontakt

Bronzen sind eine Legierung aus Kupfer und Zinn mit einem Zusatz verschiedener Metalle. Je nach Gehalt des Hauptbestandteils in der Legierung werden Bronzen Zinn, Aluminium, Silizium, Phosphor und Cadmium genannt. Widerstand von Bronze 0,021–0,052 Ohm × mm 2 /m.

Messing und Bronze zeichnen sich durch gute mechanische und physikalische und chemische Eigenschaften. Sie sind leicht durch Gießen und Druck zu verarbeiten, beständig gegen atmosphärische Korrosion.

Aluminium - durch seine Qualitäten das zweite leitfähige Material nach Kupfer. Schmelzpunkt 659,8 ° C. Die Dichte von Aluminium bei einer Temperatur von 20 ° - 2,7 g / cm 3. Aluminium ist leicht zu gießen und gut zu bearbeiten. Bei einer Temperatur von 100 - 150 ° C wird Aluminium geschmiedet und duktil (es kann zu Blechen mit einer Dicke von bis zu 0,01 mm gewalzt werden).

Die elektrische Leitfähigkeit von Aluminium ist stark von Verunreinigungen und wenig von mechanischer und thermischer Behandlung abhängig. Je reiner die Zusammensetzung von Aluminium ist, desto höher ist seine elektrische Leitfähigkeit und besserer Widerstand gegen chemischen Angriff. Bearbeitung, Walzen und Glühen beeinflussen die mechanische Festigkeit von Aluminium erheblich. Kaltarbeitsaluminium erhöht seine Härte, Elastizität und Zugfestigkeit. Widerstand von Aluminium bei 20 ° C 0,026 - 0,029 Ohm x mm 2 / m.

Beim Ersatz von Kupfer durch Aluminium muss der Querschnitt des Leiters in Bezug auf die Leitfähigkeit erhöht werden, d. h. um das 1,63-fache.

Bei gleicher Leitfähigkeit ist ein Aluminiumleiter zweimal leichter als ein Kupferleiter.

Zur Herstellung von Leitern wird Aluminium verwendet, das mindestens 98 % reines Aluminium enthält, Silizium nicht mehr als 0,3 %, Eisen nicht mehr als 0,2 %

Zur Herstellung von Teilen stromführender Teile verwenden Aluminiumlegierungen mit anderen Metallen, zum Beispiel: Duraluminium - eine Legierung aus Aluminium mit Kupfer und Mangan.

Silumin ist eine leichte Aluminiumgusslegierung mit einer Beimischung von Silizium, Magnesium, Mangan.

Aluminiumlegierungen haben gute Gießeigenschaften und eine hohe mechanische Festigkeit.

Die am weitesten verbreiteten in der Elektrotechnik sind die folgenden Aluminiumlegierungen:

Aluminium-Knetlegierung Grad AD mit einem Aluminiumgehalt von nicht weniger als 98,8 und anderen Verunreinigungen bis zu 1,2.

Geschmiedete Aluminiumlegierung der Marke AD1 mit einem Aluminiumgehalt von nicht weniger als 99,3 und anderen Verunreinigungen bis zu 0,7.

Geschmiedete Aluminiumlegierung Marke AD31 mit Aluminium 97,35–98,15 und anderen Verunreinigungen 1,85–2,65.

Legierungen der Klassen AD und AD1 werden zur Herstellung von Gehäusen und Matrizen von Hardware-Klemmen verwendet. Profile und Reifen, die für elektrische Leiter verwendet werden, werden aus der Legierung AD31 hergestellt.

Produkte aus Aluminiumlegierungen erhalten durch Wärmebehandlung eine hohe Zugfestigkeit und Streckgrenze (Kriechen).

Eisen - Schmelzpunkt 1539°C. Die Dichte von Eisen beträgt 7,87. Eisen löst sich in Säuren, oxidiert mit Halogenen und Sauerstoff.

In der Elektrotechnik werden Stähle verschiedener Güten verwendet, zum Beispiel:

Kohlenstoffstähle sind schmiedbare Eisenlegierungen mit Kohlenstoff und anderen metallurgischen Verunreinigungen.

Der spezifische Widerstand von Kohlenstoffstählen beträgt 0,103 - 0,204 Ohm x mm 2 /m.

Legierte Stähle sind Legierungen mit Zusätzen von Chrom, Nickel und anderen Elementen, die Kohlenstoffstahl zugesetzt werden.

Stähle sind gut.

Als Zusatzstoffe in Legierungen, sowie zur Herstellung von Loten und zur Umsetzung von leitfähigen Metallen sind weit verbreitet:

Cadmium ist ein formbares Metall. Der Schmelzpunkt von Cadmium liegt bei 321 °C. Widerstand 0,1 Ohm x mm²/m. In der Elektrotechnik wird Cadmium zur Herstellung von niedrigschmelzenden Loten und für Schutzbeschichtungen (Cadmium) auf Metalloberflächen verwendet. In Bezug auf seine Korrosionsschutzeigenschaften ist Cadmium ähnlich wie Zink, aber Cadmiumbeschichtungen sind weniger porös und werden in einer dünneren Schicht aufgetragen als Zink.

Nickel – Schmelzpunkt 1455°C. Der spezifische Widerstand von Nickel beträgt 0,068 - 0,072 Ohm x mm 2 /m. Bei normalen Temperaturen wird es nicht durch Luftsauerstoff oxidiert. Nickel wird in Legierungen und zur Schutzbeschichtung (Vernickelung) von Metalloberflächen verwendet.

Zinn – Schmelzpunkt 231,9 °C. Der spezifische Widerstand von Zinn beträgt 0,124 - 0,116 Ohm x mm 2 /m. Zinn wird zum Löten einer Schutzschicht (Verzinnung) von Metallen in reiner Form und in Form von Legierungen mit anderen Metallen verwendet.

Blei – Schmelzpunkt 327,4°C. Widerstand 0,217 - 0,227 Ohm x mm²/m. Blei wird in Legierungen mit anderen Metallen als säurebeständiges Material verwendet. Es wird Lötlegierungen (Lot) zugesetzt.

Silber ist ein sehr formbares, formbares Metall. Der Schmelzpunkt von Silber liegt bei 960,5 °C. Silber ist der beste Wärme- und Stromleiter. Der spezifische Widerstand von Silber beträgt 0,015 - 0,016 Ohm x mm 2 / m. Silber wird zur Schutzbeschichtung (Versilberung) von Metalloberflächen verwendet.

Antimon ist ein glänzendes sprödes Metall, Schmelzpunkt 631°C. Antimon wird in Form von Zusätzen in Lötlegierungen (Lote) verwendet.

Chrom ist ein hartes, glänzendes Metall. Schmelzpunkt 1830°C. Es ändert sich nicht in Luft bei normaler Temperatur. Der spezifische Widerstand von Chrom beträgt 0,026 Ohm x mm 2 /m. Chrom wird in Legierungen und zur Schutzbeschichtung (Verchromung) von Metalloberflächen verwendet.

Zink – Schmelzpunkt 419,4°C. Widerstand von Zink 0,053–0,062 Ohm × mm 2 /m. In feuchter Luft oxidiert Zink und überzieht sich mit einer Oxidschicht, die vor einem späteren chemischen Angriff schützt. In der Elektrotechnik wird Zink als Zusatz in Legierungen und Loten sowie zum Schutzüberzug (Verzinkung) der Oberflächen von Metallteilen verwendet.

Sobald die Elektrizität die Labors der Wissenschaftler verließ und begann, in die Praxis eingeführt zu werden Alltagsleben stellte sich die Frage, nach Materialien zu suchen, die bestimmte, manchmal völlig entgegengesetzte Eigenschaften in Bezug auf den Stromfluss durch sie haben.

Zum Beispiel beim Überweisen elektrische EnergieÜber eine lange Distanz sollte das Drahtmaterial Verluste durch Joule-Erwärmung in Kombination mit geringen Gewichtseigenschaften minimieren. Ein Beispiel dafür sind die bekannten Hochspannungsleitungen aus Aluminiumdrähten mit Stahlseele.

Oder umgekehrt, um kompakte elektrische Rohrheizkörper herzustellen, waren Materialien mit einem relativ hohen elektrischen Widerstand und einer hohen thermischen Stabilität erforderlich. Das einfachste Beispiel für ein Gerät, das Materialien mit ähnlichen Eigenschaften verwendet, ist der Brenner eines gewöhnlichen Elektroherds in der Küche.

Die in Biologie und Medizin als Elektroden, Sonden und Sonden verwendeten Leiter erfordern eine hohe chemische Beständigkeit und Verträglichkeit mit Biomaterialien, verbunden mit einem geringen Übergangswiderstand.

Eine ganze Galaxie von Erfindern aus verschiedene Länder: England, Russland, Deutschland, Ungarn und USA. Thomas Edison, der mehr als tausend Experimente durchgeführt hatte, um die Eigenschaften von Materialien zu testen, die für die Rolle von Filamenten geeignet sind, schuf eine Lampe mit einer Platinspirale. Edison-Lampen waren, obwohl sie eine lange Lebensdauer hatten, aufgrund der hohen Kosten des Ausgangsmaterials nicht praktikabel.

Die anschließende Arbeit des russischen Erfinders Lodygin, der vorschlug, relativ billiges feuerfestes Wolfram und Molybdän mit einem höheren spezifischen Widerstand als Fadenmaterialien zu verwenden, wurde gefunden praktischer Nutzen. Darüber hinaus schlug Lodygin vor, Luft aus Glühlampen zu pumpen und durch Inert- oder Edelgase zu ersetzen, was zur Schaffung moderner Glühlampen führte. Der Pionier der Massenproduktion von erschwinglichen und langlebigen elektrischen Lampen war General Electric, an das Lodygin die Rechte an seinen Patenten abtrat und dann lange Zeit erfolgreich in den Labors des Unternehmens arbeitete.

Diese Liste lässt sich fortsetzen, denn der wissbegierige menschliche Verstand ist so erfinderisch, dass er manchmal ein bestimmtes Problem lösen muss technische Aufgabe Er braucht Materialien mit nie zuvor gesehenen Eigenschaften oder mit unglaublichen Kombinationen dieser Eigenschaften. Die Natur hält mit unserem Appetit nicht mehr Schritt, und Wissenschaftler aus der ganzen Welt haben sich dem Rennen angeschlossen, um Materialien zu schaffen, die keine natürlichen Analoga haben.

Es ist die absichtliche Verbindung eines elektrischen Gehäuses oder Gehäuses mit einer Schutzerdungsvorrichtung. Normalerweise erfolgt die Erdung in Form von Stahl- oder Kupferbändern, Rohren, Stangen oder Winkeln, die bis zu einer Tiefe von mehr als 2,5 Metern im Boden vergraben sind und im Falle eines Unfalls den Stromfluss entlang des Stromkreises sicherstellen Gerät - Gehäuse oder Gehäuse - Erde - Nullleiter der Wechselstromquelle. Der Widerstand dieser Schaltung sollte nicht mehr als 4 Ohm betragen. In diesem Fall wird die Spannung am Gehäuse des Notfallgeräts auf Werte reduziert, die für Menschen und automatische Schutzgeräte sicher sind elektrische Schaltung auf die eine oder andere Weise wird die Notfallvorrichtung ausgeschaltet.

Bei der Berechnung der Elemente der Schutzerdung spielt die Kenntnis des spezifischen Widerstands von Böden eine große Rolle, der in weiten Bereichen variieren kann.

Gemäß den Daten der Referenztabellen wird die Fläche der Erdungsvorrichtung ausgewählt, die Anzahl der Erdungselemente und die tatsächliche Ausführung der gesamten Vorrichtung daraus berechnet. Die Verbindung von Strukturelementen der Schutzerdungseinrichtung erfolgt durch Schweißen.

Elektrotomographie

Die elektrische Exploration untersucht die oberflächennahe geologische Umgebung und wird verwendet, um nach Erzen und nichtmetallischen Mineralien und anderen Objekten zu suchen, die auf der Untersuchung verschiedener künstlicher elektrischer und elektromagnetischer Felder basieren. Ein Spezialfall der elektrischen Exploration ist die elektrische Widerstandstomographie - ein Verfahren zur Bestimmung der Eigenschaften Felsen nach ihrem Widerstand.

Der Kern des Verfahrens besteht darin, dass an einer bestimmten Position der elektrischen Feldquelle Spannungsmessungen an verschiedenen Sonden durchgeführt werden, dann die Feldquelle an einen anderen Ort bewegt oder auf eine andere Quelle umgeschaltet wird und die Messungen wiederholt werden. Feldquellen und Feldempfängersonden werden an der Oberfläche und in Brunnen platziert.

Dann werden die empfangenen Daten mit modernen Computerverarbeitungsmethoden verarbeitet und interpretiert, die eine Visualisierung von Informationen in Form von zweidimensionalen und dreidimensionalen Bildern ermöglichen.

Als sehr genaue Suchmethode ist die Elektrotomographie eine unschätzbare Hilfe für Geologen, Archäologen und Paläozoologen.

Die Bestimmung der Form des Vorkommens von Mineralvorkommen und der Grenzen ihrer Verteilung (Umriss) ermöglicht es, das Vorkommen von Erzvorkommen von Erzen zu identifizieren, was die Kosten für ihre spätere Erschließung erheblich reduziert.

Für Archäologen liefert diese Suchmethode wertvolle Informationen über die Lage antiker Bestattungen und das Vorhandensein von Artefakten darin, wodurch die Ausgrabungskosten gesenkt werden.

Paläozoologen verwenden die Elektrotomographie, um nach versteinerten Überresten alter Tiere zu suchen; die Ergebnisse ihrer Arbeit sind in Museen zu sehen Naturwissenschaften in Form erstaunlicher Rekonstruktionen der Skelette prähistorischer Megafauna.

Darüber hinaus wird die Elektrotomographie beim Bau und späteren Betrieb von Ingenieurbauwerken eingesetzt: Hochhäuser, Dämme, Dämme, Böschungen und andere.

Widerstandsdefinitionen in der Praxis

Um praktische Probleme zu lösen, stehen wir manchmal vor der Aufgabe, die Zusammensetzung einer Substanz zu bestimmen, beispielsweise eines Drahtes für einen Styroporschneider. Wir haben zwei Drahtspulen mit passendem Durchmesser aus verschiedenen uns unbekannten Materialien. Um das Problem zu lösen, ist es notwendig, ihren elektrischen Widerstand zu finden und dann das Material des Drahtes anhand der Differenz zwischen den gefundenen Werten oder anhand einer Referenztabelle zu bestimmen.

Wir messen mit einem Maßband und schneiden 2 Meter Draht von jeder Probe ab. Lassen Sie uns die Drahtdurchmesser d₁ und d₂ mit einem Mikrometer bestimmen. Schalten Sie das Multimeter bis zur unteren Grenze der Widerstandsmessung ein und messen Sie den Widerstand der Probe R₁. Wir wiederholen den Vorgang für eine weitere Probe und messen auch deren Widerstand R₂.

Wir berücksichtigen, dass die Querschnittsfläche der Drähte nach der Formel berechnet wird

S. \u003d π ∙ d 2 / 4

Nun sieht die Formel zur Berechnung des spezifischen elektrischen Widerstands wie folgt aus:

ρ = R ∙ π ∙ d 2 /4 ∙ L

Indem wir die erhaltenen Werte von L, d₁ und R₁ in die im obigen Artikel angegebene Formel zur Berechnung des spezifischen Widerstands einsetzen, berechnen wir den Wert von ρ₁ für die erste Probe.

ρ 1 \u003d 0,12 Ohm mm 2 / m

Indem wir die erhaltenen Werte von L, d₂ und R₂ in die Formel einsetzen, berechnen wir den Wert von ρ₂ für die zweite Probe.

ρ 2 \u003d 1,2 Ohm mm 2 / m

Aus dem Vergleich der Werte von ρ₁ und ρ₂ mit den Referenzdaten der obigen Tabelle 2 schließen wir, dass das Material der ersten Probe Stahl ist und die zweite Probe Nichrom ist, aus dem wir den Schneidfaden herstellen werden.

Die Fähigkeit eines Metalls, einen geladenen Strom durch sich selbst zu leiten, wird als bezeichnet. Widerstandsfähigkeit wiederum ist eine der Eigenschaften des Materials. Je größer der elektrische Widerstand bei einer bestimmten Spannung ist, desto kleiner ist er. Er charakterisiert die Widerstandskraft des Leiters gegen die Bewegung von geladenen Elektronen, die entlang ihm gerichtet sind. Da die Übertragungseigenschaft von Elektrizität der Kehrwert des Widerstands ist, bedeutet dies, dass sie in Form von Formeln als Verhältnis von 1 / R ausgedrückt wird.

Der spezifische Widerstand hängt immer von der Qualität des Materials ab, das bei der Herstellung von Geräten verwendet wird. Es wird anhand der Parameter eines Leiters mit einer Länge von 1 Meter und einer Querschnittsfläche von 1 Quadratmillimeter gemessen. Beispielsweise beträgt die Eigenschaft des spezifischen Widerstands für Kupfer immer 0,0175 Ohm, für Aluminium - 0,029, Eisen - 0,135, Konstantan - 0,48, Nichrom - 1-1,1. Der spezifische Widerstand von Stahl entspricht der Zahl 2 * 10-7 Ohm.m

Der Stromwiderstand ist direkt proportional zur Länge des Leiters, entlang dem er sich bewegt. Je länger das Gerät, desto höher der Widerstand. Diese Abhängigkeit lässt sich leichter erlernen, wenn man sich zwei imaginäre Gefäßpaare vorstellt, die miteinander kommunizieren. Lassen Sie den Verbindungsschlauch bei einem Gerätepaar dünner und bei dem anderen dicker. Wenn beide Paare mit Wasser gefüllt sind, erfolgt der Übergang der Flüssigkeit in das dicke Rohr viel schneller, da es dem Wasserfluss weniger Widerstand entgegensetzt. Durch diese Analogie fällt es ihm leichter, einen dicken Leiter weiterzureichen als einen dünnen.

Der spezifische Widerstand wird als SI-Einheit in Ohm.m gemessen. Die Leitfähigkeit hängt von der mittleren freien Weglänge geladener Teilchen ab, die durch die Struktur des Materials gekennzeichnet ist. Metalle ohne Verunreinigungen, die die meisten richtig haben kleinste Werte Gegenwirkung. Umgekehrt verzerren Verunreinigungen das Gitter und erhöhen dadurch seine Leistung. Der spezifische Widerstand von Metallen liegt in einem engen Wertebereich bei normale Temperatur: von Silber von 0,016 bis 10 µOhm.m (Legierungen von Eisen und Chrom mit Aluminium).

Über die Merkmale der Bewegung von geladenen

Elektronen in einem Leiter werden durch die Temperatur beeinflusst, da mit zunehmender Temperatur die Amplitude der Wellenschwingungen vorhandener Ionen und Atome zunimmt. Dadurch haben die Elektronen weniger Freiraum für normale Bewegung im Kristallgitter. Und damit nimmt das Hindernis für eine geordnete Bewegung zu. Der spezifische Widerstand jedes Leiters steigt wie üblich linear mit steigender Temperatur. Und für Halbleiter ist im Gegensatz dazu eine Abnahme mit zunehmendem Grad charakteristisch, da dadurch viele Ladungen freigesetzt werden, die einen elektrischen Gleichstrom erzeugen.

Der Prozess des Abkühlens einiger Metallleiter auf die gewünschte Temperatur bringt ihren spezifischen Widerstand in einen sprungartigen Zustand und fällt auf Null. Dieses Phänomen wurde 1911 entdeckt und als Supraleitung bezeichnet.

Elektrischer Wiederstand -eine physikalische Größe, die angibt, welche Art von Hindernis der Strom erzeugt, wenn er durch den Leiter fließt. Die Maßeinheiten sind Ohm, nach Georg Ohm. In seinem Gesetz leitete er eine Formel zur Widerstandsfindung ab, die unten angegeben ist.

Betrachten Sie den Widerstand von Leitern am Beispiel von Metallen. Metalle haben Interne Struktur in Form eines Kristallgitters. Dieses Gitter hat eine strenge Ordnung und seine Knoten sind positiv geladene Ionen. Die Ladungsträger im Metall sind „freie“ Elektronen, die nicht zu einem bestimmten Atom gehören, sondern sich zufällig zwischen den Gitterplätzen bewegen. Aus der Quantenphysik ist bekannt, dass die Bewegung von Elektronen in einem Metall die Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle in einem Festkörper ist. Das heißt, ein Elektron in einem Leiter bewegt sich (praktisch) mit Lichtgeschwindigkeit, und es wurde bewiesen, dass es nicht nur Eigenschaften als Teilchen, sondern auch als Welle aufweist. Und der Widerstand des Metalls entsteht durch Streuung Elektromagnetische Wellen(dh Elektronen) auf thermische Schwingungen des Gitters und seiner Defekte. Wenn Elektronen mit den Knoten des Kristallgitters kollidieren, wird ein Teil der Energie auf die Knoten übertragen, wodurch Energie freigesetzt wird. Diese Energie kann dank des Joule-Lenz-Gesetzes bei Gleichstrom berechnet werden - Q \u003d I 2 Rt. Wie Sie sehen können, wird umso mehr Energie freigesetzt, je größer der Widerstand ist.

Widerstand

Es gibt ein so wichtiges Konzept wie den spezifischen Widerstand, das ist der gleiche Widerstand, nur in einer Längeneinheit. Jedes Metall hat seine eigenen, zB für Kupfer 0,0175 Ohm*mm2/m, für Aluminium 0,0271 Ohm*mm2/m. Dies bedeutet, dass ein Kupferstab mit einer Länge von 1 m und einer Querschnittsfläche von 1 mm2 einen Widerstand von 0,0175 Ohm hat und der gleiche Stab, jedoch aus Aluminium, einen Widerstand von 0,0271 Ohm. Es stellt sich heraus, dass die elektrische Leitfähigkeit von Kupfer höher ist als die von Aluminium. Jedes Metall hat seinen eigenen spezifischen Widerstand, und der Widerstand des gesamten Leiters kann mit der Formel berechnet werden

wo p ist der spezifische Widerstand des Metalls, l ist die Länge des Leiters, s ist die Querschnittsfläche.

Widerstandswerte sind angegeben Metallwiderstandstabelle(20 °C)

Substanz

p, Ohm * mm 2 / 2

α,10 -3 1/K

Aluminium

0.0271

Wolfram

0.055

Eisen

0.098

Gold

0.023

Messing

0.025-0.06

Manganin

0.42-0.48

0,002-0,05

Kupfer

0.0175

Nickel

Konstantan

0.44-0.52

0.02

Nichrom

0.15

Silber

0.016

Zink

0.059

Neben dem spezifischen Widerstand enthält die Tabelle TCR-Werte, zu diesem Koeffizienten etwas später mehr.

Abhängigkeit des spezifischen Widerstands von Verformungen

Bei der Kaltumformung von Metallen durch Druck erfährt das Metall eine plastische Verformung. Bei der plastischen Verformung wird das Kristallgitter verzerrt, die Anzahl der Defekte wird größer. Mit einer Zunahme der Defekte des Kristallgitters steigt der Widerstand gegen den Elektronenfluss durch den Leiter, daher steigt der spezifische Widerstand des Metalls. Beispielsweise wird ein Draht durch Ziehen hergestellt, was bedeutet, dass das Metall einer plastischen Verformung unterliegt, wodurch der spezifische Widerstand zunimmt. In der Praxis wird zur Widerstandsminderung Rekristallisationsglühen eingesetzt, dies ist ein aufwendiger Vorgang. technologischer Prozess, wonach sich das Kristallgitter sozusagen „begradigt“ und die Anzahl der Defekte abnimmt, also auch der Widerstand des Metalls.

Bei Dehnung oder Stauchung erfährt das Metall eine elastische Verformung. Bei einer durch Dehnung verursachten elastischen Verformung nehmen die Amplituden der thermischen Schwingungen der Kristallgitterknoten zu, daher erfahren die Elektronen große Schwierigkeiten, und in Verbindung damit steigt der spezifische Widerstand. Bei einer durch Kompression verursachten elastischen Verformung nehmen die Amplituden der thermischen Schwingungen von Knoten ab, daher können sich Elektronen leichter bewegen und der spezifische Widerstand nimmt ab.

Einfluss der Temperatur auf den spezifischen Widerstand

Wie wir oben bereits herausgefunden haben, liegt die Ursache für den Widerstand in einem Metall in den Knoten des Kristallgitters und deren Schwingungen. Mit zunehmender Temperatur nehmen also die thermischen Schwankungen der Knoten zu, was bedeutet, dass auch der spezifische Widerstand zunimmt. Es gibt einen solchen Wert wie Temperaturkoeffizient des Widerstands(TCS), der zeigt, wie stark der spezifische Widerstand des Metalls beim Erhitzen oder Abkühlen zunimmt oder abnimmt. Beispielsweise liegt der Temperaturkoeffizient von Kupfer bei 20 Grad Celsius 4.1 10 − 3 1/Grad. Das heißt, wenn beispielsweise ein Kupferdraht um 1 Grad Celsius erwärmt wird, erhöht sich sein spezifischer Widerstand um 4.1 · 10 − 3 Ohm. Der Widerstand bei Temperaturänderung kann mit der Formel berechnet werden

wobei r der spezifische Widerstand nach dem Erhitzen ist, r 0 der spezifische Widerstand vor dem Erhitzen ist, a der Temperaturkoeffizient des Widerstands ist, t 2 die Temperatur vor dem Erhitzen ist, t 1 die Temperatur nach dem Erhitzen ist.

Wenn wir unsere Werte ersetzen, erhalten wir: r=0,0175*(1+0,0041*(154-20))=0,0271 Ohm*mm2/m. Wie Sie sehen können, hätte unser 1 m langer Kupferstab mit einer Querschnittsfläche von 1 mm 2 nach dem Erhitzen auf 154 Grad einen Widerstand wie der gleiche Stab, nur aus Aluminium und bei einer Temperatur von 20 Grad Celsius.

Die Eigenschaft, den Widerstand mit der Temperatur zu ändern, wird in Widerstandsthermometern verwendet. Diese Instrumente können die Temperatur basierend auf Widerstandsmesswerten messen. Widerstandsthermometer haben eine hohe Messgenauigkeit, aber kleine Temperaturbereiche.

In der Praxis verhindern die Eigenschaften von Leitern den Durchgang Strom sind sehr weit verbreitet. Ein Beispiel ist eine Glühlampe, bei der ein Wolframfaden aufgrund des hohen Widerstands des Metalls, der großen Länge und des schmalen Querschnitts erhitzt wird. Oder jedes Heizgerät, bei dem die Spule aufgrund eines hohen Widerstands erhitzt wird. In der Elektrotechnik wird ein Element, dessen Haupteigenschaft der Widerstand ist, als Widerstand bezeichnet. Der Widerstand wird in fast jedem Stromkreis verwendet.