Por tanto, es importante conocer los parámetros de todos los elementos y materiales utilizados. Y no solo eléctrico, sino también mecánico. Y tener a tu disposición unos prácticos materiales de referencia que te permitan comparar las características de diferentes materiales y elegir para diseñar y trabajar exactamente lo que será óptimo en una situación particular.
En las líneas de transmisión de energía, donde la tarea se establece de la forma más productiva, es decir, con alta eficiencia, para llevar energía al consumidor, se tiene en cuenta tanto la economía de pérdidas como la mecánica de las propias líneas. La eficiencia económica final de la línea depende de la mecánica, es decir, el dispositivo y la ubicación de los conductores, aisladores, soportes, transformadores elevadores / reductores, el peso y la resistencia de todas las estructuras, incluidos los cables estirados a lo largo distancias, así como los materiales elegidos para cada elemento estructural., sus costos de obra y operación. Además, en las líneas que transmiten electricidad, existen mayores requisitos para garantizar la seguridad tanto de las propias líneas como de todo lo que las rodea por donde pasan. Y esto agrega costos tanto al suministro de cableado eléctrico como a un margen adicional de seguridad para todas las estructuras.

A modo de comparación, los datos suelen presentarse en una forma única y comparable. A menudo, el epíteto "específico" se agrega a tales características, y los valores mismos se consideran en algunos estándares unificados en términos de parámetros físicos. Por ejemplo, la resistividad eléctrica es la resistencia (ohmios) de un conductor hecho de algún tipo de metal (cobre, aluminio, acero, tungsteno, oro) que tiene una unidad de longitud y una unidad de sección transversal en el sistema de unidades utilizado (generalmente en SI). Además, se negocia la temperatura, ya que al calentarse, la resistencia de los conductores puede comportarse de manera diferente. Se basa en condiciones de funcionamiento medias normales, a 20 grados Celsius. Y donde las propiedades son importantes a la hora de cambiar los parámetros del medio (temperatura, presión), se introducen coeficientes y se elaboran tablas y gráficos adicionales de dependencias.

Tipos de resistividad

Dado que ocurre la resistencia:

  • activo - u óhmico, resistivo - resultante del consumo de electricidad para calentar un conductor (metal) cuando una corriente eléctrica lo atraviesa, y
  • reactivo - capacitivo o inductivo, - que proviene de las pérdidas inevitables debido a la creación de todo tipo de cambios en la corriente que pasa por el conductor de campos eléctricos, entonces la resistividad del conductor es de dos tipos:
  1. Resistencia eléctrica específica a la corriente continua (que tiene un carácter resistivo) y
  2. Resistencia eléctrica específica a la corriente alterna (de carácter reactivo).

Aquí, la resistividad de tipo 2 es un valor complejo, consta de dos componentes TP: activa y reactiva, ya que la resistencia resistiva siempre existe cuando la corriente fluye, independientemente de su naturaleza, y la resistencia reactiva ocurre solo con cualquier cambio en la corriente en los circuitos. En los circuitos de CC, la reactancia surge solo durante los procesos transitorios, que están asociados con el encendido de la corriente (cambiando la corriente de 0 a nominal) o el apagado (cambiando de nominal a 0). Y, por lo general, solo se tienen en cuenta al diseñar la protección contra sobrecargas.

En los circuitos de corriente alterna, los fenómenos asociados a las reactancias son mucho más diversos. Dependen no solo del paso real de la corriente a través de una determinada sección, sino también de la forma del conductor, y la dependencia no es lineal.

El hecho es que la corriente alterna induce un campo eléctrico tanto alrededor del conductor a través del cual fluye como en el propio conductor. Y de este campo surgen corrientes de Foucault, que dan el efecto de "empujar" el movimiento principal de las cargas, desde la profundidad de toda la sección del conductor hacia su superficie, el llamado "efecto piel" (de piel - piel). Resulta que las corrientes parásitas parecen "robar" su sección transversal del conductor. La corriente fluye en una capa cercana a la superficie, el resto del grosor del conductor permanece sin usar, no reduce su resistencia y simplemente no tiene sentido aumentar el grosor del conductor. Especialmente en altas frecuencias. Por lo tanto, para la corriente alterna, las resistencias se miden en tales secciones transversales del conductor, donde toda su sección transversal se puede considerar cerca de la superficie. Dicho cable se llama delgado, su grosor es igual al doble de la profundidad de esta capa superficial, donde las corrientes parásitas desplazan la corriente principal útil que fluye en el conductor.

Por supuesto, la conducción efectiva de la corriente alterna no se agota por la reducción del grosor de los alambres redondos en sección transversal. El conductor se puede adelgazar, pero al mismo tiempo se puede hacer plano en forma de cinta, entonces la sección transversal será más alta que la de un cable redondo, respectivamente, y la resistencia es menor. Además, el simple aumento de la superficie tendrá el efecto de aumentar la sección efectiva. Se puede lograr lo mismo utilizando un cable trenzado en lugar de uno de un solo núcleo, además, un cable de múltiples núcleos es superior en flexibilidad a un cable de un solo núcleo, que a menudo también es valioso. Por otro lado, teniendo en cuenta el efecto piel en los alambres, es posible hacer que los alambres sean compuestos haciendo el núcleo de un metal con buenas características de resistencia, como el acero, pero de baja potencia eléctrica. En este caso, se realiza una trenza de aluminio sobre el acero, que tiene una resistividad menor.

Además del efecto piel, el flujo de corriente alterna en los conductores se ve afectado por la excitación de las corrientes parásitas en los conductores circundantes. Dichas corrientes se denominan corrientes de inducción y se inducen tanto en metales que no desempeñan el papel de cableado (elementos estructurales que soportan carga) como en los cables de todo el complejo conductor, que desempeñan el papel de cables de otras fases, cero , puesta a tierra.

Todos estos fenómenos se encuentran en todas las estructuras asociadas con la electricidad, esto realza aún más la importancia de tener a su disposición un resumen de información de referencia sobre una variedad de materiales.

La resistividad de los conductores se mide con instrumentos muy sensibles y precisos, ya que para el cableado, se seleccionan los metales que tienen la resistencia más baja, del orden de ohmios * 10 -6 por metro de longitud y pies cuadrados. mm. sección. Para medir la resistencia específica del aislamiento, se necesitan dispositivos, por el contrario, que tengan rangos de valores de resistencia muy altos, generalmente megaohmios. Está claro que los conductores deben conducir bien y los aisladores deben estar bien aislados.

mesa

Tabla de resistividad de conductores (metales y aleaciones)

Material conductor

Composición (para aleaciones)

Resistividad ρ ohmios × mm 2 / m

cobre, zinc, estaño, níquel, plomo, manganeso, hierro, etc.

Aluminio

Tungsteno

Molibdeno

cobre, estaño, aluminio, silicio, berilio, plomo, etc. (excepto zinc)

hierro, carbono

cobre, níquel, zinc

Manganina

cobre, níquel, manganeso

Constantan

cobre, níquel, aluminio

níquel, cromo, hierro, manganeso

hierro, cromo, aluminio, silicio, manganeso

El hierro como conductor en la ingeniería eléctrica.

El hierro es el metal más extendido en la naturaleza y la tecnología (después del hidrógeno, que también es un metal). Es el más barato y tiene excelentes características de resistencia, por lo que se utiliza en todas partes como base para la resistencia de varias estructuras.

En ingeniería eléctrica, el hierro se utiliza como conductor en forma de alambres de acero flexibles donde se necesita fuerza física y flexibilidad, y la resistencia requerida se puede lograr debido a la sección transversal adecuada.

Al tener una tabla de resistencias específicas de varios metales y aleaciones, puede calcular las secciones transversales de cables hechos de diferentes conductores.

Como ejemplo, intentemos encontrar la sección transversal eléctricamente equivalente de conductores hechos de diferentes materiales: cobre, tungsteno, níquel y alambre de hierro. Para el inicial, tomamos un alambre de aluminio con una sección transversal de 2.5 mm.

Necesitamos que la resistencia del cable de todos estos metales sea igual a la resistencia del original en una longitud de 1 m. La resistencia del aluminio por 1 m de longitud y 2,5 mm de sección transversal será igual a

Dónde R- resistencia, ρ - resistividad del metal de la mesa, S- área de la sección transversal, L- largo.

Sustituyendo los valores iniciales, obtenemos la resistencia de un metro de alambre de aluminio en ohmios.

Luego resolvemos la fórmula para S

Sustituiremos los valores de la tabla y obtendremos las áreas de sección transversal para diferentes metales.

Dado que la resistividad en la tabla se mide en un cable de 1 m de largo, en micro-ohmios por sección de 1 mm 2, la obtuvimos en micro-ohmios. Para obtenerlo en ohmios, multiplique el valor por 10 -6. Pero el número de ohmios con 6 ceros después del punto decimal no es en absoluto necesario para que lo recibamos, ya que el resultado final todavía se encuentra en mm 2.

Como puede ver, la resistencia del hierro es bastante grande, el cable es grueso.

Pero hay materiales que lo tienen aún más, por ejemplo, níquel o constantan.

A pesar de que este tema puede parecer completamente banal, en él responderé una pregunta muy importante sobre el cálculo de la pérdida de voltaje y el cálculo de las corrientes de cortocircuito. Creo que para muchos de ustedes este será el mismo descubrimiento que para mí.

Recientemente estudié un GOST muy interesante:

GOST R 50571.5.52-2011 Instalaciones eléctricas de baja tensión. Parte 5-52. Selección e instalación de equipos eléctricos. Cableado eléctrico.

Este documento proporciona una fórmula para calcular la pérdida de voltaje y los estados:

p es la resistividad de los conductores en condiciones normales, tomada igual a la resistividad a una temperatura en condiciones normales, es decir, 1.25 resistividad a 20 ° C, o 0.0225 Ohm mm 2 / m para cobre y 0.036 Ohm mm 2 / m para aluminio ;

No entendí nada =) Al parecer, al calcular la pérdida de tensión y al calcular las corrientes de cortocircuito, debemos tener en cuenta la resistencia de los conductores, como en condiciones normales.

Vale la pena señalar que todos los valores de la tabla se dan a una temperatura de 20 grados.

Cuales son las condiciones normales? Pensé que 30 grados centígrados.

Recordemos la física y calculemos a qué temperatura aumentará 1,25 veces la resistencia del cobre (aluminio).

R1 = R0

R0 - resistencia a 20 grados Celsius;

R1 - resistencia a T1 grados Celsius;

T0 - 20 grados Celsius;

α = 0,004 por grado Celsius (el cobre y el aluminio son casi iguales);

1,25 = 1 + α (T1-T0)

T1 = (1.25-1) / α + T0 = (1.25-1) / 0.004 + 20 = 82.5 grados Celsius.

Como puede ver, esto no es de 30 grados en absoluto. Aparentemente, todos los cálculos deben realizarse a las temperaturas máximas permitidas del cable. La temperatura máxima de funcionamiento del cable es de 70 a 90 grados, según el tipo de aislamiento.

Para ser honesto, no estoy de acuerdo con esto, porque esta temperatura corresponde prácticamente al modo de emergencia de la instalación eléctrica.

En mis programas, establecí la resistividad del cobre - 0.0175 Ohm · mm 2 / m, y para el aluminio - 0.028 Ohm · mm 2 / m.

Si recuerda, escribí que en mi programa para calcular corrientes de cortocircuito, el resultado es aproximadamente un 30% menor que los valores de la tabla. Allí, la resistencia del bucle de fase cero se calcula automáticamente. Intenté encontrar el error pero no pude. Aparentemente, la inexactitud del cálculo radica en la resistividad que se usa en el programa. Y todos pueden preguntar la resistividad, por lo que no debería haber preguntas al programa si indica la resistividad del documento anterior.

Pero en los programas para calcular las pérdidas de voltaje, lo más probable es que tenga que hacer cambios. Esto aumentará los resultados del cálculo en un 25%. Aunque en el programa ELÉCTRICO, las pérdidas de voltaje son casi las mismas que las mías.

Si visitó este blog por primera vez, puede familiarizarse con todos mis programas en la página.

En su opinión, ¿a qué temperatura se debe considerar la pérdida de voltaje: a 30 o 70-90 grados? ¿Existen documentos normativos que respondan a esta pregunta?

Las sustancias y materiales capaces de conducir corriente eléctrica se denominan conductores. El resto se clasifica como dieléctricos. Pero no hay dieléctricos puros, todos también conducen corriente, pero su valor es muy pequeño.

Pero los conductores conducen la corriente de diferentes formas. Según la fórmula de Georg Ohm, la corriente que fluye a través de un conductor es linealmente proporcional a la cantidad de voltaje que se le aplica e inversamente proporcional a un valor llamado resistencia.

La unidad de medida de la resistencia se denominó Ohm en honor al científico que descubrió esta dependencia. Pero resultó que los conductores hechos de diferentes materiales y que tienen las mismas dimensiones geométricas tienen diferente resistencia eléctrica. Para determinar la resistencia de un conductor de longitud y sección transversal conocidas, se introdujo el concepto de resistividad, un coeficiente que depende del material.


Como resultado, la resistencia de un conductor de longitud y sección transversal conocidas será igual a


La resistividad se aplica no solo a los sólidos sino también a los líquidos. Pero su valor también depende de las impurezas u otros componentes del material de partida. El agua pura no es conductora de electricidad, siendo dieléctrica. Pero en la naturaleza, el agua destilada no existe, en ella siempre se encuentran sales, bacterias y otras impurezas. Este cóctel es un conductor resistivo de corriente eléctrica.


Al introducir varios aditivos en los metales, se obtienen nuevos materiales: aleaciones, cuya resistividad difiere de la del material de partida, incluso si la adición en porcentaje es insignificante.

Resistividad versus temperatura

Las resistividades de los materiales se dan en libros de referencia para temperaturas cercanas a la temperatura ambiente (20 ° C). A medida que aumenta la temperatura, aumenta la resistencia del material. ¿Por qué sucede?

La corriente eléctrica dentro del material se conduce. electrones libres... Bajo la acción de un campo eléctrico, se desprenden de sus átomos y se mueven entre ellos en la dirección dada por este campo. Los átomos de una sustancia forman una red cristalina, entre cuyos nodos se mueve una corriente de electrones, también llamada "gas de electrones". Los sitios de la red (átomos) vibran bajo la influencia de la temperatura. Los propios electrones tampoco se mueven en línea recta, sino a lo largo de una trayectoria entrelazada. Al hacerlo, a menudo chocan con los átomos, cambiando la trayectoria del movimiento. En algunos momentos, los electrones pueden moverse en la dirección opuesta a la dirección de la corriente eléctrica.

Al aumentar la temperatura, aumenta la amplitud de las vibraciones atómicas. La colisión de electrones con ellos ocurre con más frecuencia, el movimiento del flujo de electrones se ralentiza. Físicamente, esto se expresa en un aumento de resistividad.

Un ejemplo del uso de la dependencia de la temperatura de la resistividad es el funcionamiento de una lámpara incandescente. La bobina de tungsteno, a partir de la cual está hecho el filamento, en el momento del encendido tiene una resistividad baja. La corriente de irrupción en el momento del encendido lo calienta rápidamente, la resistividad aumenta y la corriente disminuye, volviéndose nominal.

El mismo proceso ocurre con los elementos calefactores de nicromo. Por lo tanto, es imposible calcular su modo de funcionamiento determinando la longitud de un cable de nicromo de una sección conocida para crear la resistencia requerida. Para los cálculos, necesita la resistividad del cable calentado y los libros de referencia dan valores para la temperatura ambiente. Por lo tanto, la longitud final de la espiral de nicromo se ajusta experimentalmente. Los cálculos determinan la longitud aproximada y, cuando se ajusta, la rosca se acorta gradualmente sección por sección.

Coeficiente de temperatura de resistencia

Pero no en todos los dispositivos, la presencia de una dependencia de la resistividad de los conductores con respecto a la temperatura es beneficiosa. En la tecnología de medición, un cambio en la resistencia de los elementos del circuito conduce a la aparición de un error.

Para determinar cuantitativamente la dependencia de la resistencia del material con la temperatura, se introdujo el concepto coeficiente de temperatura de resistencia (TCR)... Muestra cuánto cambia la resistencia del material cuando la temperatura cambia en 1 ° C.

Para la fabricación de componentes electrónicos: resistencias utilizadas en los circuitos de equipos de medición, se utilizan materiales con un TCR bajo. Son más caras, pero los parámetros del dispositivo no cambian en una amplia gama de temperaturas ambientales.

Pero también se utilizan las propiedades de los materiales con alto TCS. El funcionamiento de algunos sensores de temperatura se basa en un cambio en la resistencia del material del que está hecho el elemento de medición. Para hacer esto, debe mantener un voltaje de suministro estable y medir la corriente que pasa a través del elemento. Habiendo calibrado la escala del dispositivo que mide la corriente con un termómetro de referencia, se obtiene un termómetro electrónico. Este principio se utiliza no solo para mediciones, sino también para sensores de sobrecalentamiento. Dispositivo de desconexión en caso de modos de funcionamiento anormales que provoquen un sobrecalentamiento de los devanados de los transformadores o de los elementos semiconductores de potencia.

Usado en ingeniería eléctrica y elementos que cambian su resistencia no de la temperatura ambiente, sino de la corriente a través de ellos. termistores... Un ejemplo de su uso son los sistemas para desmagnetizar tubos de rayos catódicos de televisores y monitores. Cuando se aplica voltaje, la resistencia de la resistencia es mínima, la corriente a través de ella pasa a la bobina desmagnetizadora. Pero la misma corriente calienta el material del termistor. Su resistencia aumenta, disminuyendo la corriente y el voltaje de la bobina. Y así, hasta su completa desaparición. Como resultado, se aplica a la bobina un voltaje sinusoidal con una amplitud que disminuye suavemente, lo que crea el mismo campo magnético en su espacio. El resultado es que cuando el filamento del tubo se calienta, ya está desmagnetizado. Y el circuito de control permanece bloqueado hasta que se apaga el dispositivo. Luego, los termistores se enfriarán y estarán listos para funcionar nuevamente.

Fenómeno de superconductividad

¿Qué pasa si se reduce la temperatura del material? La resistividad disminuirá. Existe un límite al cual la temperatura disminuye, llamado cero absoluto... Eso - 273 ° C... No hay temperatura por debajo de este límite. A este valor, la resistividad de cualquier conductor es cero.

En el cero absoluto, los átomos de la red cristalina dejan de vibrar. Como resultado, la nube de electrones se mueve entre los sitios de la red sin chocar con ellos. La resistencia del material se vuelve nula, lo que abre posibilidades para obtener corrientes infinitamente altas en conductores de pequeñas secciones transversales.

El fenómeno de la superconductividad abre nuevos horizontes para el desarrollo de la ingeniería eléctrica. Pero todavía existen dificultades asociadas con la obtención en condiciones domésticas de las temperaturas ultrabajas necesarias para crear este efecto. Cuando se resuelvan los problemas, la ingeniería eléctrica pasará a un nuevo nivel de desarrollo.

Ejemplos de uso de valores de resistividad en cálculos

Ya nos hemos familiarizado con los principios para calcular la longitud del alambre de nicrom para la fabricación de un elemento calefactor. Pero hay otras situaciones en las que se requiere conocimiento de la resistividad de los materiales.

Para el cálculo circuitos de dispositivos de puesta a tierra Se utilizan coeficientes correspondientes a suelos típicos. Si se desconoce el tipo de suelo en el sitio del dispositivo de circuito de tierra, entonces, para los cálculos correctos, se mide preliminarmente su resistividad. Entonces, los resultados del cálculo son más precisos, lo que excluye el ajuste de los parámetros del circuito durante la fabricación: la adición del número de electrodos, lo que lleva a un aumento en las dimensiones geométricas del dispositivo de conexión a tierra.


La resistividad de los materiales a partir de los cuales se fabrican las líneas de cable y las barras colectoras se utiliza para calcular su resistencia activa. En el futuro, a la corriente nominal de carga con su ayuda. se calcula el valor de voltaje al final de la línea... Si su valor resulta insuficiente, las secciones transversales de los conductores aumentan de antemano.

14.04.2018

Los conductores de cobre, aluminio, sus aleaciones y hierro (acero) se utilizan como partes conductoras en instalaciones eléctricas.

El cobre es uno de los mejores materiales conductores. La densidad del cobre a 20 ° C es 8,95 g / cm 3, el punto de fusión es 1083 ° C.El cobre es químicamente poco activo, pero se disuelve fácilmente en ácido nítrico y se disuelve en ácidos clorhídrico y sulfúrico diluidos solo en presencia de oxidantes. agentes (oxígeno). En el aire, el cobre se cubre rápidamente con una fina capa de óxido de color oscuro, pero esta oxidación no penetra profundamente en el metal y sirve como protección contra una mayor corrosión. El cobre se presta bien para forjar y enrollar sin calentar.

Usado para fabricar cobre electrolítico en lingotes que contienen 99,93% de cobre puro.

La conductividad eléctrica del cobre depende en gran medida de la cantidad y tipo de impurezas y, en menor medida, del tratamiento mecánico y térmico. a 20 ° C es 0.0172-0.018 ohmios x mm2 / m.

Para la fabricación de conductores se utilizó cobre blando, semiduro o duro con gravedad específica, respectivamente, 8,9, 8,95 y 8,96 g / cm 3.

Para la fabricación de partes de partes vivas es ampliamente utilizado. cobre en aleaciones con otros metales... Las siguientes aleaciones son las más utilizadas.

El latón es una aleación de cobre con zinc, que contiene al menos un 50% de cobre en la aleación, con aditivos de otros metales. latón 0,031 - 0,079 ohmios x mm2 / m. Distinga entre latón - tombak con un contenido de cobre de más del 72% (tiene alta ductilidad, propiedades anticorrosión y antifricción) y Latón especial con aditivos de aluminio, estaño, plomo o manganeso.

Contacto de latón

Los bronces son una aleación de cobre y estaño con aditivos de varios metales. Dependiendo del contenido del componente principal de bronce en la aleación, se denominan estaño, aluminio, silicio, fósforo, cadmio. Resistividad del bronce 0,021 - 0,052 ohmios x mm 2 / m.

El latón y los bronces se distinguen por sus buenas propiedades mecánicas y fisicoquímicas. Son fáciles de manipular por fundición y presión, y son resistentes a la corrosión atmosférica.

Aluminio - por sus cualidades el segundo material conductor después del cobre. Punto de fusión 659,8 ° C. La densidad del aluminio a una temperatura de 20 ° es 2,7 g / cm 3. El aluminio es fácil de fundir y funciona bien. A una temperatura de 100 - 150 ° C, el aluminio es forjable y dúctil (se puede enrollar en láminas de hasta 0,01 mm de espesor).

La conductividad eléctrica del aluminio depende en gran medida de las impurezas y poco del tratamiento mecánico y térmico. Cuanto más pura sea la composición del aluminio, mayor será su conductividad eléctrica y mejor resistencia al ataque químico. El procesamiento, laminado y recocido afectan significativamente la resistencia mecánica del aluminio. El trabajo en frío del aluminio aumenta su dureza, elasticidad y resistencia a la tracción. Resistividad del aluminio a 20 ° C 0,026 - 0,029 ohmios x mm 2 / m.

Al reemplazar el cobre por aluminio, la sección transversal del conductor debe aumentarse en relación con las conductividades, es decir, 1,63 veces.

Con la misma conductividad, un conductor de aluminio será 2 veces más ligero que uno de cobre.

Para la fabricación de conductores, se utiliza aluminio que contenga al menos un 98% de aluminio puro, silicio no más del 0,3%, hierro no más del 0,2%.

Para la fabricación de partes de partes vivas utilice aleaciones de aluminio con otros metales, por ejemplo: Duraluminio: una aleación de aluminio con cobre y manganeso.

Silumin es una aleación de fundición ligera hecha de aluminio con una mezcla de silicio, magnesio y manganeso.

Las aleaciones de aluminio tienen buenas propiedades de fundición y alta resistencia mecánica.

Los siguientes son los más utilizados en ingeniería eléctrica. aleaciones de aluminio:

Aleación forjada de aluminio de la marca AD, con un contenido de aluminio no inferior a 98,8 y otras impurezas hasta 1,2.

Aleación de aluminio forjado de grado AD1, con aluminio de al menos 99,3 y otras impurezas hasta 0,7.

Aleación de aluminio forjado de grado AD31, que tiene aluminio 97,35 - 98,15 y otras impurezas 1,85 - 2,65.

Las aleaciones de los grados AD y AD1 se utilizan para la fabricación de carcasas y matrices para abrazaderas de hardware. Los perfiles y neumáticos están hechos de aleación de grado AD31, que se utilizan para conductores eléctricos.

Como resultado del tratamiento térmico, los productos hechos de aleaciones de aluminio adquieren una alta resistencia a rotura y límite elástico (fluencia).

Hierro - punto de fusión 1539 ° C. La densidad del hierro es 7.87. El hierro se disuelve en ácidos, es oxidado por halógenos y oxígeno.

En la ingeniería eléctrica se utilizan varios grados de acero, por ejemplo:

Los aceros al carbono son aleaciones maleables de hierro con carbono y otras impurezas metalúrgicas.

La resistencia específica de los aceros al carbono es de 0,103 - 0,204 ohmios x mm 2 / m.

Aceros aleados: aleaciones con aditivos de cromo, níquel y otros elementos añadidos adicionalmente al acero al carbono.

Los aceros son buenos.

Como aditivos para aleaciones, así como para la fabricación de soldaduras y la implementación de metales conductores, se utilizan ampliamente los siguientes:

El cadmio es un metal maleable. El punto de fusión del cadmio es 321 ° C. Resistividad 0,1 ohmios x mm 2 / m. En ingeniería eléctrica, el cadmio se utiliza para la preparación de soldaduras de bajo punto de fusión y para recubrimientos protectores (enchapado de cadmio) en la superficie de los metales. En sus propiedades anticorrosión, el cadmio está cerca del zinc, pero los recubrimientos de cadmio son menos porosos y se aplican en una capa más delgada que el zinc.

Níquel - punto de fusión 1455 ° C. Resistividad del níquel 0,068 - 0,072 ohmios x mm 2 / m. A temperaturas normales, el oxígeno atmosférico no lo oxida. El níquel se utiliza en aleaciones y para el recubrimiento protector (niquelado) de superficies metálicas.

Estaño - punto de fusión 231,9 ° C. La resistencia específica del estaño es de 0,124 a 0,116 ohmios x mm 2 / m. El estaño se utiliza para soldar una capa protectora (estañado) de metales en su forma pura y en forma de aleaciones con otros metales.

Plomo - punto de fusión 327,4 ° C. Resistencia específica 0,217 - 0,227 ohmios x mm 2 / m. El plomo se utiliza en aleaciones con otros metales como material resistente a los ácidos. Se agrega a las aleaciones de soldadura (soldaduras).

La plata es un metal dúctil y muy maleable. El punto de fusión de la plata es de 960,5 ° C. La plata es el mejor conductor de calor y corriente eléctrica. La resistencia específica de la plata es de 0,015 a 0,016 ohmios x mm 2 / m. La plata se utiliza para el recubrimiento protector (plateado) de la superficie de los metales.

El antimonio es un metal quebradizo brillante con un punto de fusión de 631 ° C. El antimonio se utiliza como aditivo en las aleaciones de soldadura fuerte (soldaduras).

El cromo es un metal duro y brillante. Punto de fusión 1830 ° C. No cambia en el aire a temperaturas normales. La resistencia específica del cromo es de 0,026 ohmios x mm 2 / m. El cromo se utiliza en aleaciones y para el revestimiento protector (cromado) de superficies metálicas.

Zinc - punto de fusión 419,4 ° C. Resistividad de zinc 0,053 - 0,062 ohmios x mm 2 / m. En aire húmedo, el zinc se oxida y se cubre con una capa de óxido que protege contra las influencias químicas posteriores. En ingeniería eléctrica, el zinc se utiliza como aditivo en aleaciones y soldaduras, así como como revestimiento protector (galvanizado) de las superficies de las piezas metálicas.

Tan pronto como la electricidad salió de los laboratorios de los científicos y comenzó a introducirse ampliamente en la práctica de la vida cotidiana, surgió la pregunta sobre la búsqueda de materiales con ciertas características, a veces completamente opuestas, en relación con el flujo de corriente eléctrica a través de ellos.

Por ejemplo, al transmitir energía eléctrica a larga distancia, se impusieron al material del alambre los requisitos para minimizar las pérdidas debidas al calentamiento Joule en combinación con características de bajo peso. Un ejemplo de esto son las conocidas líneas eléctricas de alto voltaje hechas de alambres de aluminio con un núcleo de acero.

O, a la inversa, para crear calentadores eléctricos tubulares compactos, se requerían materiales con resistencia eléctrica relativamente alta y resistencia a altas temperaturas. El ejemplo más simple de un electrodoméstico que utiliza materiales con propiedades similares es el quemador de una estufa eléctrica de cocina común.

Los conductores utilizados en biología y medicina como electrodos, sondas y sondas requieren una alta resistencia química y compatibilidad con biomateriales, combinada con una baja resistencia de contacto.

Toda una galaxia de inventores de diferentes países: Inglaterra, Rusia, Alemania, Hungría y los Estados Unidos pusieron sus esfuerzos en el desarrollo de un dispositivo que ahora es familiar para todos como una lámpara incandescente. Thomas Edison, después de haber realizado más de mil experimentos para probar las propiedades de los materiales adecuados para el papel de los filamentos, creó una lámpara con una espiral de platino. Las lámparas Edison, aunque tenían una larga vida útil, no eran prácticas debido al alto costo del material de partida.

Trabajos posteriores del inventor ruso Lodygin, quien propuso usar tungsteno y molibdeno refractarios relativamente baratos con una resistividad más alta como materiales, encontraron una aplicación práctica. Además, Lodygin sugirió bombear aire de los cilindros de las lámparas incandescentes, reemplazándolo con gases inertes o nobles, lo que llevó a la creación de lámparas incandescentes modernas. El pionero de la producción en masa de lámparas eléctricas asequibles y duraderas fue General Electric, a quien Lodygin asignó los derechos de sus patentes y luego trabajó con éxito en los laboratorios de la empresa durante mucho tiempo.

Esta lista se puede continuar, ya que la mente humana inquisitiva es tan inventiva que a veces, para resolver un determinado problema técnico, necesita materiales con propiedades hasta ahora no vistas o con combinaciones increíbles de estas propiedades. La naturaleza ya no puede seguir el ritmo de nuestro apetito y científicos de todo el mundo se han unido a la carrera para crear materiales que no tengan análogos naturales.

Es la conexión deliberada de la carcasa o la carcasa de los dispositivos eléctricos a un dispositivo de puesta a tierra de protección. Por lo general, la puesta a tierra se realiza en forma de tiras de acero o cobre, tuberías, varillas o esquinas enterradas en el suelo a una profundidad de más de 2,5 metros, que, en caso de emergencia, aseguran el flujo de corriente a lo largo del circuito. del dispositivo - carcasa o carcasa - tierra - cable neutro de la fuente de CA. La resistencia de este circuito no debe superar los 4 ohmios. En este caso, la tensión en el cuerpo del dispositivo de emergencia se reduce a valores seguros para el ser humano, y los dispositivos de protección automática del circuito eléctrico de una forma u otra desconectan el dispositivo de emergencia.

Al calcular los elementos de puesta a tierra de protección, el conocimiento de la resistividad de los suelos juega un papel esencial, que puede variar en un amplio rango.

De acuerdo con los datos de las tablas de referencia, se selecciona el área del dispositivo de puesta a tierra, a partir de él se calcula el número de elementos de puesta a tierra y el diseño real de todo el dispositivo. La conexión de los elementos estructurales del dispositivo de puesta a tierra de protección se realiza mediante soldadura.

Electrotomografia

La exploración eléctrica estudia el entorno geológico cercano a la superficie, se utiliza para buscar menas y minerales no metálicos y otros objetos basados ​​en el estudio de varios campos eléctricos y electromagnéticos artificiales. Un caso especial de exploración eléctrica es la tomografía de resistividad eléctrica, un método para determinar las propiedades de las rocas por su resistividad.

La esencia del método radica en el hecho de que en una determinada posición de la fuente de campo eléctrico, el voltaje se mide en varias sondas, luego la fuente de campo se mueve a otro lugar o se cambia a otra fuente y las mediciones se repiten. Las fuentes de campo y las sondas receptoras de campo se colocan en la superficie y en los pozos.

Luego, los datos obtenidos se procesan e interpretan utilizando modernos métodos de procesamiento informático que permiten visualizar información en forma de imágenes bidimensionales y tridimensionales.

Como método de búsqueda muy preciso, la electrotomografía es una ayuda invaluable para geólogos, arqueólogos y paleozoólogos.

La determinación de la forma de ocurrencia de los depósitos minerales y los límites de su distribución (delimitación) permite identificar la ocurrencia de depósitos de vetas de minerales, lo que reduce significativamente los costos de su desarrollo posterior.

Para los arqueólogos, este método de búsqueda proporciona información valiosa sobre la ubicación de los entierros antiguos y la presencia de artefactos en ellos, lo que reduce los costos de excavación.

Los paleozoólogos utilizan la electrotomografía para buscar los restos fosilizados de animales antiguos; los resultados de su trabajo se pueden ver en los museos de ciencias naturales en forma de impresionantes reconstrucciones de los esqueletos de la megafauna prehistórica.

Además, la electrotomografía se utiliza en la construcción y posterior operación de estructuras de ingeniería: edificios de gran altura, presas, presas, terraplenes y otros.

Determinación de resistividad en la práctica.

A veces, para resolver problemas prácticos, podemos enfrentarnos a la tarea de determinar la composición de una sustancia, por ejemplo, un alambre para un cortador de espuma de poliestireno. Disponemos de dos bobinas de alambre de un diámetro adecuado de diversos materiales desconocidos. Para solucionar el problema, es necesario encontrar su resistividad eléctrica y luego, por la diferencia en los valores encontrados o de la tabla de referencia, determinar el material del alambre.

Mida con una cinta métrica y corte 2 metros de cable de cada muestra. Determine los diámetros de alambre d₁ y d₂ con un micrómetro. Encendiendo el multímetro al límite inferior de medición de resistencia, medimos la resistencia de la muestra R₁. Repetimos el procedimiento para otra muestra y también medimos su resistencia R₂.

Tendremos en cuenta que el área de la sección transversal de los cables se calcula mediante la fórmula

S = π ∙ re 2/4

Ahora, la fórmula para calcular la resistividad eléctrica se verá así

ρ = R ∙ π ∙ d 2/4 ∙ L

Sustituyendo los valores obtenidos de L, d₁ y R₁ en la fórmula para calcular la resistividad dada en el artículo anterior, calculamos el valor de ρ₁ para la primera muestra.

ρ 1 = 0,12 ohmios mm 2 / m

Sustituyendo los valores obtenidos de L, d₂ y R₂ en la fórmula, calculamos el valor de ρ₂ para la segunda muestra.

ρ 2 = 1,2 ohmios mm 2 / m

De una comparación de los valores de ρ₁ y ρ₂ con los datos de referencia de la Tabla 2 anterior, concluimos que el material de la primera muestra es acero, y la segunda es nicromo, a partir del cual haremos la cuerda del cortador.

Llaman a la capacidad de un metal para pasar una corriente cargada a través de sí mismo. A su vez, la resistencia es una de las características del material. Cuanto mayor sea la resistencia eléctrica a un voltaje dado, menor será. Caracteriza la fuerza de resistencia del conductor al movimiento de electrones cargados dirigidos a lo largo de él. Dado que la propiedad de transmisión de la electricidad es recíproca de la resistencia, significa que se expresará en forma de fórmulas como la relación 1 / R.

La resistividad siempre depende de la calidad del material utilizado en la fabricación de dispositivos. Se mide en función de los parámetros de un conductor con una longitud de 1 metro y un área de sección transversal de 1 milímetro cuadrado. Por ejemplo, la propiedad de resistencia específica para el cobre es siempre igual a 0.0175 Ohm, para aluminio - 0.029, hierro - 0.135, constantan - 0.48, nicrom - 1-1.1. La resistencia específica del acero es igual al número 2 * 10-7 Ohm.m

La resistencia a la corriente es directamente proporcional a la longitud del conductor por el que se mueve. Cuanto más largo sea el dispositivo, mayor será el valor de resistencia. Será más fácil asimilar esta dependencia si imaginamos dos pares imaginarios de vasos comunicándose entre sí. Deje que el tubo de conexión permanezca más delgado para un par de dispositivos y más grueso para el otro. Cuando ambos pares están llenos de agua, la transición del líquido en el tubo grueso resultará mucho más rápida, porque tendrá menos resistencia al desborde de agua. Por esta analogía, es más fácil para él caminar sobre un conductor grueso que sobre uno delgado.

La resistividad, como unidad SI, se mide en Ohm.m. La conductividad depende de la longitud promedio de vuelo libre de las partículas cargadas, que se caracteriza por la estructura del material. Metales sin impurezas, en los que los más correctos tienen los menores valores de resistencia. Por el contrario, las impurezas distorsionan la red, aumentando así su rendimiento. La resistividad de los metales se ubica en un estrecho rango de valores a temperatura normal: desde plata de 0.016 a 10 μOhm m (aleaciones de hierro y cromo con aluminio).

Sobre las características del movimiento de carga

de electrones en un conductor se ve influenciada por la temperatura, porque con su aumento, aumenta la amplitud de las oscilaciones de onda de los iones y átomos existentes. Como resultado, los electrones tienen menos espacio libre para el movimiento normal en la red cristalina. Esto significa que el obstáculo al movimiento ordenado está aumentando. La resistividad de cualquier conductor, como es habitual, aumenta linealmente al aumentar la temperatura. Y para los semiconductores, por el contrario, es característica una disminución con un aumento de grados, ya que debido a esto, se liberan muchas cargas, que crean directamente una corriente eléctrica.

El proceso de enfriar algunos conductores metálicos a una temperatura conocida lleva su resistividad a un estado abrupto y cae a cero. Este fenómeno fue descubierto en 1911 y se denominó superconductividad.

Resistencia eléctrica -Cantidad física que muestra qué tipo de obstáculo crea la corriente cuando pasa a través del conductor.... Las unidades de medida son Ohms, en honor a Georg Ohm. En su ley, derivó una fórmula para encontrar resistencia, que se da a continuación.

Considere la resistencia de los conductores usando metales como ejemplo. Los metales tienen una estructura interna en forma de red cristalina. Esta red tiene un orden estricto y sus sitios son iones cargados positivamente. Los portadores de carga en el metal son electrones "libres", que no pertenecen a un átomo en particular, pero se mueven aleatoriamente entre los sitios de la red. Se sabe por la física cuántica que el movimiento de electrones en un metal es la propagación de una onda electromagnética en un sólido. Es decir, un electrón en un conductor se mueve a la velocidad de la luz (prácticamente), y se ha comprobado que presenta propiedades no solo como partícula, sino también como onda. Y la resistencia del metal surge como resultado de la dispersión de ondas electromagnéticas (es decir, electrones) sobre las vibraciones térmicas de la celosía y sus defectos. Cuando los electrones chocan con los sitios de la red cristalina, parte de la energía se transfiere a los sitios, como resultado de lo cual se libera energía. Esta energía se puede calcular a corriente constante, gracias a la ley de Joule-Lenz - Q = I 2 Rt. Como puede ver, cuanto mayor es la resistencia, más energía se libera.

Resistividad

Existe un concepto tan importante como la resistividad, esta es la misma resistencia, solo en una unidad de longitud. Cada metal tiene el suyo, por ejemplo, para el cobre es 0.0175 Ohm * mm2 / m, para el aluminio 0.0271 Ohm * mm2 / m. Esto significa que una barra de cobre con una longitud de 1 my un área de sección transversal de 1 mm2 tendrá una resistencia de 0.0175 Ohm, y la misma barra, pero hecha de aluminio, tendrá una resistencia de 0.0271 Ohm. Resulta que la conductividad eléctrica del cobre es más alta que la del aluminio. Cada metal tiene su propia resistencia específica, y puede calcular la resistencia de todo el conductor usando la fórmula

dónde pag Es la resistividad del metal, l es la longitud del conductor, s es el área de la sección transversal.

Los valores de resistencia específicos se dan en mesa de resistividad de metal(20 ° C)

Sustancia

pag, Ohmios * mm 2/2

α, 10-3 1 / K

Aluminio

0.0271

Tungsteno

0.055

Planchar

0.098

Oro

0.023

Latón

0.025-0.06

Manganina

0.42-0.48

0,002-0,05

Cobre

0.0175

Níquel

Constantan

0.44-0.52

0.02

Nicromo

0.15

Plata

0.016

Zinc

0.059

Además de la resistividad, la tabla contiene valores de TCR, sobre este coeficiente un poco más tarde.

Dependencia de la resistividad de las deformaciones.

Durante el trabajo en frío de metales por presión, el metal sufre una deformación plástica. Durante la deformación plástica, la red cristalina se distorsiona y el número de defectos aumenta. Con un aumento en los defectos de la red cristalina, aumenta la resistencia al flujo de electrones a través del conductor, por lo tanto, aumenta la resistividad del metal. Por ejemplo, un cable se fabrica tirando, lo que significa que el metal sufre una deformación plástica, como resultado de lo cual aumenta la resistividad. En la práctica, para reducir la resistencia, se utiliza el recocido de recristalización, este es un proceso tecnológico complejo, después del cual la red cristalina, por así decirlo, “se endereza” y el número de defectos disminuye, por lo tanto, la resistencia del metal también.

Cuando se estira o se comprime, el metal sufre una deformación elástica. Con la deformación elástica provocada por el estiramiento, las amplitudes de las vibraciones térmicas de los nodos de la red cristalina aumentan, por lo tanto, los electrones experimentan grandes dificultades, y en este sentido, aumenta la resistividad. Con la deformación elástica causada por la compresión, las amplitudes de las vibraciones térmicas de los nodos disminuyen, por lo tanto, es más fácil que los electrones se muevan y la resistividad disminuye.

Efecto de la temperatura sobre la resistividad.

Como ya hemos descubierto anteriormente, la causa de la resistencia en el metal son los nodos de la red cristalina y sus vibraciones. Entonces, con un aumento de temperatura, las vibraciones térmicas de los nodos aumentan, lo que significa que la resistividad también aumenta. Hay tal cantidad como coeficiente de temperatura de resistencia(TCS), que muestra cuánto aumenta o disminuye la resistividad del metal cuando se calienta o se enfría. Por ejemplo, el coeficiente de temperatura del cobre a 20 grados Celsius es 4.1 · 10 - 3 1 / grado. Esto significa que cuando, por ejemplo, el alambre de cobre se calienta en 1 grado Celsius, su resistividad aumentará en 4.1 · 10 - 3 ohmios. La resistividad con cambio de temperatura se puede calcular mediante la fórmula

donde r es la resistividad después del calentamiento, r 0 es la resistividad antes del calentamiento, a es el coeficiente de temperatura de resistencia, t 2 es la temperatura antes del calentamiento, t 1 es la temperatura después del calentamiento.

Sustituyendo nuestros valores, obtenemos: r = 0.0175 * (1 + 0.0041 * (154-20)) = 0.0271 Ohm * mm 2 / m. Como puede ver, nuestra barra de cobre de 1 m de largo y un área de sección transversal de 1 mm 2, después de calentarla a 154 grados, tendría una resistencia como la misma barra, solo de aluminio y a una temperatura de 20 ° C. grados Celsius.

Propiedad de cambio de resistencia cuando cambia la temperatura, utilizada en termómetros de resistencia. Estos instrumentos pueden medir la temperatura según las lecturas de resistencia. Los termómetros de resistencia tienen una alta precisión de medición, pero pequeños rangos de temperatura.

En la práctica, las propiedades de los conductores impiden el paso de Actual se utilizan muy ampliamente. Un ejemplo es una lámpara incandescente, donde un filamento de tungsteno se calienta debido a la alta resistencia del metal, larga longitud y sección estrecha. O cualquier dispositivo de calentamiento donde la bobina se calienta debido a su alta resistencia. En ingeniería eléctrica, un elemento cuya propiedad principal es la resistencia se llama resistencia. La resistencia se utiliza en casi cualquier circuito eléctrico.