Wie wir aus dem Ohmschen Gesetz wissen, steht der Strom im Schaltungsteil in folgendem Zusammenhang: I=U/R. Das Gesetz wurde als Ergebnis einer Reihe von Experimenten des deutschen Physikers Georg Ohm im 19. Jahrhundert abgeleitet. Er bemerkte ein Muster: Die Stromstärke in jedem Abschnitt des Stromkreises hängt direkt von der Spannung ab, die an diesen Abschnitt angelegt wird, und umgekehrt - von seinem Widerstand.

Später wurde festgestellt, dass der Widerstand des Profils wie folgt von seinen geometrischen Eigenschaften abhängt: R=ρl/S,

wobei l die Länge des Leiters ist, S die Fläche seines Querschnitts und ρ ein bestimmter Proportionalitätskoeffizient ist.

Somit wird der Widerstand durch die Geometrie des Leiters sowie durch einen solchen Parameter wie bestimmt Widerstand(im Folgenden - US) - so wurde dieser Koeffizient genannt. Wenn Sie zwei Leiter mit gleichem Querschnitt und gleicher Länge nehmen und sie nacheinander in einen Stromkreis stecken, können Sie durch Messen der Stromstärke und des Widerstands feststellen, dass diese Indikatoren in zwei Fällen unterschiedlich sind. Also spezifisch elektrischer Wiederstand- Dies ist eine Eigenschaft des Materials, aus dem der Leiter besteht, genauer gesagt der Substanz.

Leitfähigkeit und Widerstand

W.s. zeigt die Fähigkeit einer Substanz an, den Stromfluss zu blockieren. Aber in der Physik gibt es auch einen Umkehrwert - die Leitfähigkeit. Es zeigt die Fähigkeit dazu elektrischer Strom. Es sieht aus wie das:

σ=1/ρ, wobei ρ der spezifische Widerstand der Substanz ist.

Wenn wir von Leitfähigkeit sprechen, wird sie durch die Eigenschaften der Ladungsträger in dieser Substanz bestimmt. In Metallen gibt es also freie Elektronen. Es gibt nicht mehr als drei von ihnen auf der äußeren Hülle, und es ist für das Atom rentabler, sie "abzugeben", was passiert, wenn chemische Reaktionen mit Stoffen von der rechten Seite des Periodensystems. In einer Situation, in der wir ein reines Metall haben, hat es eine kristalline Struktur, in der diese äußeren Elektronen gemeinsam sind. Sie tragen eine Ladung, wenn ein elektrisches Feld an das Metall angelegt wird.

In Lösungen sind Ladungsträger Ionen.

Wenn wir über Substanzen wie Silizium sprechen, dann aufgrund seiner Eigenschaften Halbleiter und funktioniert etwas anders, aber dazu später mehr. Lassen Sie uns in der Zwischenzeit herausfinden, wie sich solche Stoffklassen unterscheiden, wie zum Beispiel:

  1. Dirigenten;
  2. Halbleiter;
  3. Dielektrika.

Leiter und Dielektrika

Es gibt Substanzen, die fast keinen Strom leiten. Sie werden Dielektrika genannt. Solche Stoffe können polarisieren elektrisches Feld, das heißt, ihre Moleküle können in diesem Feld rotieren, je nachdem, wie sie darin verteilt sind Elektronen. Da diese Elektronen aber nicht frei sind, sondern der Bindung zwischen Atomen dienen, leiten sie keinen Strom.

Die Leitfähigkeit von Dielektrika ist fast Null, obwohl es keine idealen darunter gibt (dies ist die gleiche Abstraktion wie absolut schwarzer Körper oder ideales Gas).

Die bedingte Grenze des Begriffs "Leiter" ist ρ<10^-5 Ом, а нижний порог такового у диэлектрика - 10^8 Ом.

Zwischen diesen beiden Klassen gibt es Substanzen, die als Halbleiter bezeichnet werden. Ihre Auswahl in eine separate Stoffgruppe hängt jedoch nicht so sehr mit ihrem Zwischenzustand in der Zeile "Leitfähigkeit - Widerstand" zusammen, sondern mit den Merkmalen dieser Leitfähigkeit unter verschiedenen Bedingungen.

Abhängigkeit von Umweltfaktoren

Die Leitfähigkeit ist nicht genau konstant. Die Daten in den Tabellen, aus denen ρ zur Berechnung entnommen wird, liegen für normale Umgebungsbedingungen vor, also für eine Temperatur von 20 Grad. In der Realität ist es schwierig, solche idealen Bedingungen für den Betrieb der Schaltung zu finden; eigentlich uns (und damit die Leitfähigkeit) hängen von folgenden Faktoren ab:

  1. Temperatur;
  2. Druck;
  3. das Vorhandensein von Magnetfeldern;
  4. hell;
  5. Aggregatzustand.

Verschiedene Substanzen haben ihren eigenen Änderungsplan für diesen Parameter unter verschiedenen Bedingungen. Ferromagnete (Eisen und Nickel) erhöhen es also, wenn die Richtung des Stroms mit der Richtung der Magnetfeldlinien übereinstimmt. Bei der Temperatur ist die Abhängigkeit hier fast linear (es gibt sogar das Konzept des Temperaturkoeffizienten des Widerstands, und dies ist auch ein Tabellenwert). Aber die Richtung dieser Abhängigkeit ist unterschiedlich: Bei Metallen nimmt sie mit steigender Temperatur zu, bei Seltenerdelementen und Elektrolytlösungen dagegen - und das im gleichen Aggregatszustand.

Bei Halbleitern ist die Temperaturabhängigkeit nicht linear, sondern hyperbolisch und invers: Mit steigender Temperatur steigt ihre Leitfähigkeit. Dies unterscheidet Leiter qualitativ von Halbleitern. So sieht die Abhängigkeit von ρ von der Temperatur der Leiter aus:

Hier sind die Widerstände von Kupfer, Platin und Eisen. Ein etwas anderer Graph für einige Metalle, zum Beispiel Quecksilber - wenn die Temperatur auf 4 K fällt, verliert es sie fast vollständig (dieses Phänomen wird als Supraleitung bezeichnet).

Und für Halbleiter wird diese Abhängigkeit ungefähr so ​​​​aussehen:

Beim Übergang in den flüssigen Zustand steigt das ρ des Metalls, aber dann verhalten sich alle unterschiedlich. Beispielsweise ist sie in geschmolzenem Wismut niedriger als bei Raumtemperatur und in Kupfer zehnmal höher als normal. Nickel verlässt das Liniendiagramm bei 400 Grad, danach fällt ρ.

Doch bei Wolfram ist die Temperaturabhängigkeit so hoch, dass Glühlampen dadurch durchbrennen. Beim Einschalten erwärmt der Strom die Spule und ihr Widerstand steigt um ein Vielfaches.

Auch bei. Mit. Legierungen hängt von der Technologie ihrer Herstellung ab. Wenn wir es also mit einer einfachen mechanischen Mischung zu tun haben, kann der Widerstand einer solchen Substanz im Durchschnitt berechnet werden, aber er ist derselbe für eine Substitutionslegierung (dies ist, wenn zwei oder mehr Elemente zu einem Kristallgitter hinzugefügt werden). wird in der Regel viel größer sein. Zum Beispiel hat Nichrom, aus dem Spiralen für Elektroherde hergestellt werden, eine solche Zahl für diesen Parameter, dass sich dieser Leiter, wenn er an den Stromkreis angeschlossen wird, bis zur Rötung erhitzt (weshalb er tatsächlich verwendet wird).

Hier ist das charakteristische ρ von Kohlenstoffstählen:

Wie zu sehen ist, stabilisiert es sich, wenn es sich der Schmelztemperatur nähert.

Widerstand verschiedener Leiter

Wie dem auch sei, ρ wird unter normalen Bedingungen in Berechnungen verwendet. Hier ist eine Tabelle, anhand derer Sie diese Eigenschaft für verschiedene Metalle vergleichen können:

Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, ist Silber der beste Dirigent. Und nur seine Kosten verhindern seinen massiven Einsatz in der Kabelproduktion. W.s. Aluminium ist ebenfalls klein, aber weniger als Gold. Aus der Tabelle wird deutlich, warum die Verkabelung in Häusern entweder aus Kupfer oder aus Aluminium besteht.

In der Tabelle ist Nickel nicht enthalten, das, wie wir bereits gesagt haben, eine etwas ungewöhnliche y-Kurve hat. Mit. von der Temperatur. Der spezifische Widerstand von Nickel beginnt nach einer Temperaturerhöhung auf 400 Grad nicht zu wachsen, sondern zu fallen. Es verhält sich auch in anderen Substitutionslegierungen interessant. So verhält sich eine Legierung aus Kupfer und Nickel je nach Anteil beider:

Und diese interessante Grafik zeigt die Beständigkeit von Zink-Magnesium-Legierungen:

Hochohmige Legierungen werden als Materialien für die Herstellung von Rheostaten verwendet, hier sind ihre Eigenschaften:

Das sind komplexe Legierungen bestehend aus Eisen, Aluminium, Chrom, Mangan, Nickel.

Bei Kohlenstoffstählen sind es ungefähr 1,7 * 10 ^ -7 Ohm m.

Der Unterschied zwischen u. Mit. unterschiedliche Leiter bestimmen ihre Anwendung. So werden Kupfer und Aluminium in großem Umfang bei der Herstellung von Kabeln verwendet, und Gold und Silber werden als Kontakte in einer Reihe von Produkten der Funktechnik verwendet. Hochohmige Leiter haben ihren Platz bei den Herstellern von Elektrogeräten gefunden (genauer gesagt wurden sie dafür geschaffen).

Die Variabilität dieses Parameters in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen bildete die Grundlage für Geräte wie Magnetfeldsensoren, Thermistoren, Dehnungsmessstreifen und Fotowiderstände.

Viele haben vom Ohmschen Gesetz gehört, aber nicht jeder weiß, was es ist. Das Studium beginnt mit einem Schulfach Physik. Ausführlicher gehen auf die physikalische Fakultät und die Elektrodynamik über. Es ist unwahrscheinlich, dass dieses Wissen für einen gewöhnlichen Laien nützlich ist, aber es ist für die allgemeine Entwicklung und für jemanden für einen zukünftigen Beruf notwendig. Auf der anderen Seite helfen grundlegende Kenntnisse über Elektrizität, ihre Struktur und Eigenschaften zu Hause, sich vor Ärger zu warnen. Kein Wunder, dass das Ohmsche Gesetz das Grundgesetz der Elektrizität genannt wird. Der Hausmeister muss Kenntnisse auf dem Gebiet der Elektrizität haben, um Überspannungen zu vermeiden, die zu einer Erhöhung der Last und einem Brand führen können.

Das Konzept des elektrischen Widerstands

Der Zusammenhang zwischen den grundlegenden physikalischen Größen eines Stromkreises - Widerstand, Spannung, Stromstärke - wurde vom deutschen Physiker Georg Simon Ohm entdeckt.

Der elektrische Widerstand eines Leiters ist eine Größe, die seinen Widerstand gegen elektrischen Strom charakterisiert. Mit anderen Worten, ein Teil der Elektronen verlässt unter Einwirkung eines elektrischen Stroms auf den Leiter seinen Platz im Kristallgitter und geht zum positiven Pol des Leiters. Ein Teil der Elektronen bleibt im Gitter und rotiert weiter um das Atom des Kerns. Diese Elektronen und Atome bilden einen elektrischen Widerstand, der die Bewegung freigesetzter Partikel verhindert.

Das obige Verfahren ist auf alle Metalle anwendbar, aber der Widerstand tritt bei ihnen auf unterschiedliche Weise auf. Dies liegt an dem Unterschied in Größe, Form und Material, aus dem der Leiter besteht. Dementsprechend haben die Abmessungen des Kristallgitters für verschiedene Materialien eine ungleiche Form, daher ist der elektrische Widerstand gegen die Bewegung des Stroms durch sie nicht gleich.

Aus diesem Konzept folgt die Definition des spezifischen Widerstands einer Substanz, die für jedes Metall separat ein individueller Indikator ist. Der spezifische elektrische Widerstand (SER) ist eine physikalische Größe, die mit dem griechischen Buchstaben ρ bezeichnet wird und durch die Fähigkeit eines Metalls gekennzeichnet ist, den Durchgang von Elektrizität zu verhindern.

Kupfer ist das Hauptmaterial für Leiter

Der spezifische Widerstand einer Substanz wird nach der Formel berechnet, wobei einer der wichtigen Indikatoren der Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstands ist. Die Tabelle enthält die Widerstandswerte von drei bekannten Metallen im Temperaturbereich von 0 bis 100°C.

Wenn wir den Widerstandsindex von Eisen als eines der verfügbaren Materialien gleich 0,1 Ohm nehmen, dann werden 10 Meter für 1 Ohm benötigt. Silber hat den niedrigsten elektrischen Widerstand, für seinen Indikator von 1 Ohm werden 66,7 Meter herauskommen. Ein erheblicher Unterschied, aber Silber ist ein teures Metall, das nicht weit verbreitet ist. Der nächste in Bezug auf die Leistung ist Kupfer, wo 1 Ohm 57,14 Meter erfordert. Aufgrund seiner Verfügbarkeit und seiner Kosten im Vergleich zu Silber ist Kupfer eines der beliebtesten Materialien für die Verwendung in elektrischen Netzwerken. Der geringe spezifische Widerstand von Kupferdraht oder der Widerstand von Kupferdraht ermöglicht die Verwendung eines Kupferleiters in vielen Bereichen der Wissenschaft, Technik sowie in Industrie und Haushalt.

Widerstandswert

Der Widerstandswert ist nicht konstant, er ändert sich in Abhängigkeit von folgenden Faktoren:

  • Die Größe. Je größer der Durchmesser des Leiters ist, desto mehr Elektronen passieren ihn selbst. Daher ist der spezifische Widerstand umso größer, je kleiner seine Größe ist.
  • Länge. Elektronen passieren Atome, je länger also der Draht, desto mehr Elektronen müssen durch sie wandern. Bei der Berechnung muss die Länge und Größe des Drahtes berücksichtigt werden, denn je länger und dünner der Draht ist, desto größer ist sein spezifischer Widerstand und umgekehrt. Wird die Belastung der verwendeten Ausrüstung nicht berechnet, kann dies zu einer Überhitzung des Drahtes und einem Brand führen.
  • Temperatur. Es ist bekannt, dass das Temperaturregime in unterschiedlicher Weise von großer Bedeutung für das Verhalten von Stoffen ist. Metall ändert wie nichts anderes seine Eigenschaften bei unterschiedlichen Temperaturen. Der spezifische Widerstand von Kupfer hängt direkt vom Temperaturkoeffizienten des Widerstands von Kupfer ab und steigt bei Erwärmung an.
  • Korrosion. Die Korrosionsbildung erhöht die Belastung erheblich. Dies geschieht durch Umwelteinflüsse, Eindringen von Feuchtigkeit, Salz, Schmutz etc. Manifestationen. Es wird empfohlen, alle Verbindungen, Klemmen und Verdrillungen zu isolieren, zu schützen, einen Schutz für auf der Straße befindliche Geräte zu installieren und beschädigte Kabel, Baugruppen und Baugruppen rechtzeitig auszutauschen.

Widerstandsberechnung

Beim Entwerfen von Objekten für verschiedene Zwecke und Verwendungen werden Berechnungen angestellt, da die Lebenserhaltung eines jeden von Elektrizität kommt. Von Beleuchtungskörpern bis hin zu technisch komplexen Geräten wird alles berücksichtigt. Zu Hause ist es auch nützlich, eine Berechnung durchzuführen, insbesondere wenn die Verkabelung ausgetauscht werden soll. Für den privaten Wohnungsbau muss die Belastung berechnet werden, da sonst die „handwerkliche“ Montage der elektrischen Leitungen zu einem Brand führen kann.

Der Zweck der Berechnung besteht darin, den Gesamtwiderstand der Leiter aller verwendeten Geräte unter Berücksichtigung ihrer technischen Parameter zu bestimmen. Er wird nach der Formel R=p*l/S berechnet, wobei:

R ist das berechnete Ergebnis;

p ist der Widerstandsindex aus der Tabelle;

l ist die Länge des Drahtes (Leiter);

S ist der Durchmesser des Abschnitts.

Einheiten

Im internationalen System physikalischer Größen (SI) wird der elektrische Widerstand in Ohm (Ohm) gemessen. Die Maßeinheit des spezifischen Widerstands nach dem SI-System ist gleich einem solchen spezifischen Widerstand eines Stoffes, bei dem ein Leiter aus einem Material mit einer Länge von 1 m und einem Querschnitt von 1 sq. m. hat einen Widerstand von 1 Ohm. Die Verwendung von 1 Ohm / m in Bezug auf verschiedene Metalle ist in der Tabelle übersichtlich dargestellt.

Bedeutung des Widerstands

Die Beziehung zwischen spezifischem Widerstand und Leitfähigkeit kann als Kehrwert betrachtet werden. Je höher der Index eines Leiters, desto niedriger der Index des anderen und umgekehrt. Daher wird bei der Berechnung der elektrischen Leitfähigkeit die Berechnung 1 / r verwendet, da die zu X reziproke Zahl 1 / X ist und umgekehrt. Der spezifische Indikator wird mit dem Buchstaben g bezeichnet.

Vorteile von Elektrolytkupfer

Geringer Widerstand (nach Silber) als Vorteil, Kupfer ist nicht limitiert. Es hat Eigenschaften, die in seinen Eigenschaften einzigartig sind, nämlich Plastizität, hohe Formbarkeit. Dank dieser Eigenschaften entsteht hochreines Elektrolytkupfer für die Herstellung von Kabeln, die in Elektrogeräten, der Computertechnik, der Elektroindustrie und der Automobilindustrie eingesetzt werden.

Die Abhängigkeit des Widerstandsindex von der Temperatur

Der Temperaturkoeffizient ist ein Wert, der der Änderung der Spannung eines Teils der Schaltung und des spezifischen Widerstands des Metalls als Folge von Temperaturänderungen entspricht. Die meisten Metalle neigen aufgrund thermischer Schwingungen des Kristallgitters dazu, mit zunehmender Temperatur den spezifischen Widerstand zu erhöhen. Der Temperaturkoeffizient des Widerstands von Kupfer beeinflusst den spezifischen Widerstand des Kupferdrahts und beträgt bei Temperaturen von 0 bis 100 °C 4,1 · 10−3 (1/Kelvin). Für Silber hat dieser Indikator unter gleichen Bedingungen einen Wert von 3,8 und für Eisen einen Wert von 6,0. Dies beweist einmal mehr die Wirksamkeit der Verwendung von Kupfer als Leiter.

In der Elektroliteratur findet sich häufig der Begriff „spezifisches Kupfer“. Und unwillkürlich fragt man sich, was ist das?

Das Konzept des "Widerstands" für jeden Leiter ist ständig mit dem Verständnis des Prozesses des durch ihn fließenden elektrischen Stroms verbunden. Da sich der Artikel auf den Widerstand von Kupfer konzentriert, sollten wir seine Eigenschaften und die Eigenschaften von Metallen berücksichtigen.

Bei Metallen denkt man unwillkürlich daran, dass sie alle eine bestimmte Struktur haben – ein Kristallgitter. Atome befinden sich an den Knoten eines solchen Gitters und bilden relative Abstände, und die Position dieser Knoten hängt von den Wechselwirkungskräften der Atome untereinander (Abstoßung und Anziehung) ab und ist für verschiedene Metalle unterschiedlich. Elektronen umkreisen die Atome auf ihren Bahnen. Sie werden auch durch das Gleichgewicht der Kräfte in der Umlaufbahn gehalten. Nur ist es atomar und zentrifugal. Stellen Sie sich ein Bild vor? Man kann es gewissermaßen statisch nennen.

Lassen Sie uns nun Dynamik hinzufügen. Auf ein Stück Kupfer beginnt ein elektrisches Feld zu wirken. Was passiert im Dirigenten? Die Elektronen, die durch die Kraft des elektrischen Feldes aus ihrer Bahn gerissen werden, eilen zu seinem Pluspol. Hier haben Sie die gerichtete Bewegung von Elektronen oder besser gesagt elektrischem Strom. Doch auf ihrem Weg stoßen sie auf Atome an den Knoten des Kristallgitters und auf Elektronen, die noch immer um ihre Atome rotieren. Gleichzeitig verlieren sie ihre Energie und ändern die Bewegungsrichtung. Jetzt wird die Bedeutung des Ausdrucks "Leiterwiderstand" etwas klarer? Das sind die Atome des Gitters und die um sie rotierenden Elektronen widersetzen sich der gerichteten Bewegung der durch das elektrische Feld aus ihrer Bahn gerissenen Elektronen. Das Konzept des Leiterwiderstands kann jedoch als allgemeines Merkmal bezeichnet werden. Je individueller der spezifische Widerstand jedes Leiters charakterisiert wird. Medi inklusive. Diese Eigenschaft ist für jedes Metall individuell, da sie direkt nur von Form und Größe des Kristallgitters und teilweise von der Temperatur abhängt. Mit steigender Temperatur des Leiters führen die Atome an den Gitterplätzen eine intensivere Schwingung aus. Und die Elektronen umkreisen die Knoten mit höherer Geschwindigkeit und auf Bahnen mit größerem Radius. Und natürlich, dass freie Elektronen bei Bewegung auf mehr Widerstand stoßen. Das ist die Physik des Prozesses.

Für die Bedürfnisse der Elektroindustrie wurde eine breite Produktion von Metallen wie Aluminium und Kupfer aufgebaut, deren spezifischer Widerstand ziemlich gering ist. Aus diesen Metallen werden Kabel und verschiedene Arten von Drähten hergestellt, die im Bauwesen, zur Herstellung von Haushaltsgeräten, zur Herstellung von Reifen, Transformatorwicklungen und anderen elektrischen Produkten weit verbreitet sind.

Eines der am meisten nachgefragten Metalle in der Industrie ist Kupfer. Es wird am häufigsten in der Elektrik und Elektronik verwendet. Am häufigsten wird es bei der Herstellung von Wicklungen für Elektromotoren und Transformatoren verwendet. Der Hauptgrund für die Verwendung dieses speziellen Materials ist, dass Kupfer den derzeit niedrigsten elektrischen Widerstand hat. Bis ein neues Material mit einem niedrigeren Wert dieses Indikators erscheint, kann man mit Sicherheit sagen, dass es keinen Ersatz für Kupfer geben wird.

Allgemeine Eigenschaften von Kupfer

In Bezug auf Kupfer muss gesagt werden, dass es bereits zu Beginn des Elektrozeitalters für die Herstellung von Elektrotechnik verwendet wurde. Es wurde hauptsächlich aufgrund der einzigartigen Eigenschaften verwendet, die diese Legierung besitzt. An sich ist es ein Material mit hohen Duktilitätseigenschaften und guter Duktilität.

Einer der wichtigsten Vorteile neben der Wärmeleitfähigkeit von Kupfer ist seine hohe elektrische Leitfähigkeit. Aufgrund dieser Eigenschaft können Kupfer und in Kraftwerken weit verbreitet in dem es als Universalleiter wirkt. Das wertvollste Material ist Elektrolytkupfer mit einem hohen Reinheitsgrad von 99,95%. Dank dieses Materials wird es möglich, Kabel herzustellen.

Vorteile der Verwendung von Elektrolytkupfer

Durch die Verwendung von Elektrolytkupfer können Sie Folgendes erreichen:

  • Bietet eine hohe elektrische Leitfähigkeit;
  • Erzielen Sie eine hervorragende Legefähigkeit;
  • Bietet ein hohes Maß an Plastizität.

Anwendungen

Kabelprodukte aus Elektrolytkupfer sind in verschiedenen Branchen weit verbreitet. Es wird am häufigsten in den folgenden Bereichen verwendet:

  • Elektroindustrie;
  • Elektrogeräte;
  • Automobilindustrie;
  • Herstellung von Computerausrüstung.

Was ist der Widerstand?

Um zu verstehen, was Kupfer ist und welche Eigenschaften es hat, ist es notwendig, den Hauptparameter dieses Metalls zu verstehen - den spezifischen Widerstand. Es sollte bekannt sein und bei der Durchführung von Berechnungen verwendet werden.

Der spezifische Widerstand wird üblicherweise als eine physikalische Größe verstanden, die als die Fähigkeit eines Metalls charakterisiert wird, einen elektrischen Strom zu leiten.

Auch dieser Wert muss bekannt sein Berechnen Sie den elektrischen Widerstand richtig Dirigent. Bei der Berechnung achten sie auch auf seine geometrischen Abmessungen. Verwenden Sie bei Berechnungen die folgende Formel:

Diese Formel ist vielen bekannt. Damit können Sie den Widerstand eines Kupferkabels einfach berechnen und sich nur auf die Eigenschaften des Stromnetzes konzentrieren. Es ermöglicht Ihnen, die Energie zu berechnen, die ineffizient für die Erwärmung der Kabelseele aufgewendet wird. Neben, Mit einer ähnlichen Formel können Sie Widerstandsberechnungen durchführen irgendein Kabel. Es spielt keine Rolle, aus welchem ​​​​Material das Kabel hergestellt wurde - Kupfer, Aluminium oder eine andere Legierung.

Ein Parameter wie der elektrische Widerstand wird in Ohm*mm2/m gemessen. Dieser Indikator für die in der Wohnung verlegte Kupferverkabelung beträgt 0,0175 Ohm * mm2 / m. Wenn Sie versuchen, eine Alternative zu Kupfer zu suchen - ein Material, das stattdessen verwendet werden könnte Silber ist das einzige geeignete, dessen spezifischer Widerstand 0,016 Ohm * mm2 / m beträgt. Bei der Materialauswahl ist jedoch nicht nur auf den spezifischen Widerstand, sondern auch auf die Rückleitfähigkeit zu achten. Dieser Wert wird in Siemens (cm) gemessen.

Siemens \u003d 1 / Ohm.

Für Kupfer mit beliebigem Gewicht beträgt dieser Zusammensetzungsparameter 58.100.000 S/m. Die Rückwärtsleitfähigkeit von Silber beträgt 62.500.000 S/m.

In unserer Welt der Hochtechnologie, in der jeder Haushalt über eine Vielzahl von elektrischen Geräten und Installationen verfügt, ist der Wert eines Materials wie Kupfer einfach unschätzbar. Diese Material zur Herstellung von Kabeln ohne die kein Raum vollständig ist. Gäbe es kein Kupfer, müsste der Mensch auf Drähte aus anderen verfügbaren Materialien wie Aluminium zurückgreifen. Allerdings müsste man sich in diesem Fall einem Problem stellen. Die Sache ist, dass dieses Material eine viel geringere Leitfähigkeit hat als Kupferleiter.

Widerstand

Die Verwendung von Materialien mit geringer elektrischer und thermischer Leitfähigkeit von beliebigem Gewicht führt zu großen Stromverlusten. UND es wirkt sich auf den Leistungsverlust aus auf der verwendeten Ausrüstung. Die meisten Fachleute bezeichnen Kupfer als Hauptmaterial für die Herstellung von isolierten Drähten. Es ist das Hauptmaterial, aus dem einzelne Elemente von Geräten hergestellt werden, die mit elektrischem Strom betrieben werden.

  • In Computern verbaute Platinen sind mit geätzten Kupferbahnen ausgestattet.
  • Kupfer wird auch zur Herstellung einer Vielzahl von Elementen verwendet, die in elektronischen Geräten verwendet werden.
  • In Transformatoren und Elektromotoren wird es durch eine Wicklung aus diesem Material dargestellt.

Es besteht kein Zweifel, dass die Erweiterung des Anwendungsbereichs dieses Materials mit der Weiterentwicklung des technischen Fortschritts eintreten wird. Obwohl es neben Kupfer auch andere Materialien gibt, verwendet der Designer Kupfer, um Geräte und verschiedene Installationen zu erstellen. Der Hauptgrund für die Nachfrage nach diesem Material ist in guter elektrischer und thermischer Leitfähigkeit dieses Metalls, das es bei Raumtemperatur bereitstellt.

Temperaturkoeffizient des Widerstands

Alle Metalle mit beliebiger Wärmeleitfähigkeit haben die Eigenschaft, mit steigender Temperatur die Leitfähigkeit zu verringern. Mit sinkender Temperatur steigt die Leitfähigkeit. Als besonders interessant bezeichnen Fachleute die Eigenschaft, den Widerstand mit sinkender Temperatur zu verringern. Denn in diesem Fall, wenn die Temperatur im Raum auf einen bestimmten Wert fällt, der Leiter kann an elektrischem Widerstand verlieren und es wird in die Klasse der Supraleiter übergehen.

Um den Widerstandsindex eines bestimmten Leiters mit einem bestimmten Gewicht bei Raumtemperatur zu bestimmen, gibt es einen kritischen Widerstandskoeffizienten. Es ist ein Wert, der die Widerstandsänderung eines Schaltungsabschnitts bei einer Temperaturänderung um ein Kelvin angibt. Verwenden Sie die folgende Formel, um die Berechnung des elektrischen Widerstands eines Kupferleiters in einem bestimmten Zeitintervall durchzuführen:

ΔR = α*R*ΔT, wobei α der Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstands ist.

Fazit

Kupfer ist ein Material, das in der Elektronik weit verbreitet ist. Es wird nicht nur in Wicklungen und Schaltungen verwendet, sondern auch als Metall zur Herstellung von Kabelprodukten. Damit Maschinen und Anlagen effektiv arbeiten können, ist es notwendig Berechnen Sie den spezifischen Widerstand der Verkabelung richtig in der Wohnung gelegt. Dafür gibt es eine bestimmte Formel. Wenn Sie dies wissen, können Sie eine Berechnung durchführen, mit der Sie die optimale Größe des Kabelquerschnitts ermitteln können. In diesem Fall kann der Leistungsverlust des Geräts vermieden und die Effizienz seiner Nutzung sichergestellt werden.

Widerstand Metalle ist ein Maß für ihre Eigenschaften, dem Durchgang von elektrischem Strom zu widerstehen. Dieser Wert wird in Ohmmeter (Ohm⋅m) ausgedrückt. Das Symbol für den spezifischen Widerstand ist der griechische Buchstabe ρ (rho). Hoher spezifischer Widerstand bedeutet, dass das Material elektrische Ladungen nicht gut leitet.

Widerstand

Der spezifische elektrische Widerstand ist definiert als das Verhältnis zwischen der elektrischen Feldstärke innerhalb eines Metalls und der darin enthaltenen Stromdichte:

wo:
ρ ist der spezifische Widerstand des Metalls (Ohm⋅m),
E ist die elektrische Feldstärke (V/m),
J ist der Wert der elektrischen Stromdichte im Metall (A/m2)

Wenn die elektrische Feldstärke (E) im Metall sehr groß und die Stromdichte (J) sehr klein ist, bedeutet dies, dass das Metall einen hohen spezifischen Widerstand hat.

Der Kehrwert des spezifischen Widerstands ist die elektrische Leitfähigkeit, die angibt, wie gut ein Material elektrischen Strom leitet:

σ ist die Leitfähigkeit des Materials, ausgedrückt in Siemens pro Meter (S/m).

Elektrischer Wiederstand

Der elektrische Widerstand, eine der Komponenten, wird in Ohm (Ohm) ausgedrückt. Es sollte beachtet werden, dass elektrischer Widerstand und spezifischer Widerstand nicht dasselbe sind. Der spezifische Widerstand ist eine Eigenschaft eines Materials, während der elektrische Widerstand eine Eigenschaft eines Objekts ist.

Der elektrische Widerstand eines Widerstands wird durch die Kombination aus Form und spezifischem Widerstand des Materials bestimmt, aus dem er besteht.

Beispielsweise hat ein Drahtwiderstand aus einem langen und dünnen Draht einen höheren Widerstand als ein Widerstand aus einem kurzen und dicken Draht aus demselben Metall.

Gleichzeitig hat ein drahtgewickelter Widerstand aus einem Material mit hohem spezifischen Widerstand einen höheren elektrischen Widerstand als ein Widerstand aus einem Material mit niedrigem spezifischen Widerstand. Und das, obwohl beide Widerstände aus Draht gleicher Länge und Durchmesser bestehen.

Zur Veranschaulichung können wir eine Analogie zu einem hydraulischen System ziehen, bei dem Wasser durch Rohre gepumpt wird.

  • Je länger und dünner das Rohr ist, desto mehr Wasserbeständigkeit wird bereitgestellt.
  • Ein mit Sand gefülltes Rohr widersteht Wasser mehr als ein Rohr ohne Sand.

Drahtwiderstand

Der Widerstandswert des Drahtes hängt von drei Parametern ab: dem spezifischen Widerstand des Metalls, der Länge und dem Durchmesser des Drahtes selbst. Formel zur Berechnung des Drahtwiderstands:

Woher:
R - Drahtwiderstand (Ohm)
ρ - spezifischer Widerstand des Metalls (Ohm.m)
L - Kabellänge (m)
A - Querschnittsfläche des Drahtes (m2)

Betrachten Sie als Beispiel einen Nichrom-Drahtwiderstand mit einem spezifischen Widerstand von 1,10 × 10 –6 Ohm.m. Der Draht hat eine Länge von 1500 mm und einen Durchmesser von 0,5 mm. Basierend auf diesen drei Parametern berechnen wir den Widerstand des Nichromdrahts:

R \u003d 1,1 * 10 -6 * (1,5 / 0,000000196) \u003d 8,4 Ohm

Als Widerstandsmaterial werden häufig Nichrom und Konstantan verwendet. Unten in der Tabelle sehen Sie den spezifischen Widerstand einiger der am häufigsten verwendeten Metalle.

Oberflächenwiderstand

Der Oberflächenwiderstandswert wird auf die gleiche Weise berechnet wie der Drahtwiderstand. In diesem Fall kann die Querschnittsfläche als Produkt von w und t dargestellt werden:


Bei einigen Materialien, wie z. B. dünnen Schichten, wird der Zusammenhang zwischen spezifischem Widerstand und Schichtdicke als Schichtflächenwiderstand RS bezeichnet:

wobei RS in Ohm gemessen wird. Bei dieser Berechnung muss die Filmdicke konstant sein.

Oft schneiden Widerstandshersteller Bahnen in den Film aus, um den Widerstand zu erhöhen, um den Pfad für elektrischen Strom zu vergrößern.

Eigenschaften von Widerstandsmaterialien

Der Widerstand eines Metalls hängt von der Temperatur ab. Ihre Werte werden in der Regel für Raumtemperatur (20°C) angegeben. Die Widerstandsänderung infolge einer Temperaturänderung wird durch einen Temperaturkoeffizienten charakterisiert.

Bei Thermistoren (Thermistoren) wird diese Eigenschaft beispielsweise zur Temperaturmessung verwendet. Andererseits ist dies in der Präzisionselektronik ein eher unerwünschter Effekt.
Metallschichtwiderstände haben hervorragende Temperaturstabilitätseigenschaften. Dies wird nicht nur durch den geringen spezifischen Widerstand des Materials erreicht, sondern auch durch das mechanische Design des Widerstands selbst.

Bei der Herstellung von Widerständen werden viele verschiedene Materialien und Legierungen verwendet. Nichrom (eine Legierung aus Nickel und Chrom) wird aufgrund seines hohen spezifischen Widerstands und seiner Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen häufig als Material zur Herstellung von drahtgewickelten Widerständen verwendet. Sein Nachteil ist, dass es nicht gelötet werden kann. Konstantan, ein weiteres beliebtes Material, ist leicht zu löten und hat einen niedrigeren Temperaturkoeffizienten.