Par conséquent, il est important de connaître les paramètres de tous les éléments et matériaux utilisés. Et pas seulement électrique, mais aussi mécanique. Et ayez à votre disposition des matériaux de référence pratiques qui vous permettent de comparer les caractéristiques différents matériaux et choisissez pour la conception et le travail exactement ce qui sera optimal dans une situation particulière.
Dans les lignes de transport d'électricité, où la tâche est la plus productive, c'est-à-dire avec un rendement élevé, pour apporter de l'énergie au consommateur, l'économie des pertes et la mécanique des lignes elles-mêmes sont prises en compte. De la mécanique - c'est-à-dire le dispositif et l'emplacement des conducteurs, des isolateurs, des supports, des transformateurs élévateurs / abaisseurs, le poids et la résistance de toutes les structures, y compris les fils étirés sur de longues distances, ainsi que les matériaux choisis pour chaque structure élément, la finale l'efficacité économique ligne, ses travaux et ses coûts d'exploitation. De plus, dans les lignes qui transportent l'électricité, les exigences pour assurer la sécurité des lignes elles-mêmes et de l'environnement où elles passent sont plus élevées. Et cela ajoute des coûts à la fois pour assurer le câblage de l'électricité, et à une marge de sécurité supplémentaire pour toutes les structures.

À des fins de comparaison, les données sont généralement réduites à une seule forme comparable. Souvent, l'épithète «spécifique» est ajoutée à de telles caractéristiques, et les valeurs elles-mêmes sont considérées sur certaines normes unifiées en termes de paramètres physiques. Par exemple, la résistivité électrique est la résistance (ohm) d'un conducteur constitué d'un métal (cuivre, aluminium, acier, tungstène, or) ayant une longueur unitaire et une section unitaire dans le système d'unités utilisé (généralement en SI). De plus, la température est spécifiée, car lorsqu'elle est chauffée, la résistance des conducteurs peut se comporter différemment. Les conditions de fonctionnement moyennes normales sont prises comme base - à 20 degrés Celsius. Et là où les propriétés sont importantes lors de la modification des paramètres du milieu (température, pression), des coefficients sont introduits et des tableaux et graphiques supplémentaires de dépendances sont compilés.

Types de résistivité

Parce que la résistance est :

  • actif - ou ohmique, résistif - résultant du coût de l'électricité pour chauffer le conducteur (métal) lorsqu'il le traverse courant électrique, et
  • réactive - capacitive ou inductive - qui provient des pertes inévitables pour créer d'éventuels changements dans le courant traversant le conducteur de champs électriques, alors la résistivité du conducteur peut être de deux variétés :
  1. Résistance électrique spécifique au courant continu (ayant un caractère résistif) et
  2. Résistance électrique spécifique au courant alternatif (ayant un caractère réactif).

Ici, la résistivité de type 2 est une valeur complexe, elle se compose de deux composants du TP - actif et réactif, car la résistance résistive existe toujours lorsque le courant passe, quelle que soit sa nature, et la résistance réactive ne se produit qu'avec tout changement de courant dans les circuits. Dans les circuits à courant continu, la réactance ne se produit que pendant les transitoires associés à un courant passant (changement de courant de 0 à nominal) ou à l'arrêt (différence de nominal à 0). Et ils ne sont généralement pris en compte que lors de la conception de la protection contre les surcharges.

Dans les circuits alternatifs, les phénomènes liés aux réactances sont beaucoup plus divers. Ils dépendent non seulement du passage réel du courant à travers une certaine section, mais également de la forme du conducteur, et la dépendance n'est pas linéaire.

Le fait est que le courant alternatif induit champ électriqueà la fois autour du conducteur à travers lequel il circule et dans le conducteur lui-même. Et à partir de ce champ, des courants de Foucault apparaissent, ce qui donne pour effet de «repousser» le mouvement principal réel des charges, de la profondeur de toute la section du conducteur à sa surface, le soi-disant «effet de peau» (de la peau - peau). Il s'avère que les courants de Foucault, pour ainsi dire, "volent" sa section transversale au conducteur. Le courant circule dans une certaine couche proche de la surface, le reste de l'épaisseur du conducteur reste inutilisé, cela ne réduit pas sa résistance, et il est tout simplement inutile d'augmenter l'épaisseur des conducteurs. Surtout aux hautes fréquences. Par conséquent, pour le courant alternatif, les résistances sont mesurées dans de telles sections transversales de conducteurs, où toute sa section transversale peut être considérée comme proche de la surface. Un tel fil est dit mince, son épaisseur est égale à deux fois la profondeur de cette couche superficielle, où des courants de Foucault déplacent le courant principal utile circulant dans le conducteur.

Bien entendu, la réduction de l'épaisseur des fils ronds en section ne se limite pas à mise en œuvre efficace courant alternatif. Le conducteur peut être aminci, mais en même temps rendu plat sous la forme d'un ruban, la section transversale sera alors supérieure à celle d'un fil rond, respectivement, et la résistance sera plus faible. De plus, la simple augmentation de la surface aura pour effet d'augmenter la section efficace. La même chose peut être obtenue en utilisant un fil toronné au lieu d'un seul toron, en outre, un fil toronné est supérieur en flexibilité à un seul toron, ce qui est souvent également précieux. D'autre part, compte tenu de l'effet de peau dans les fils, il est possible de rendre les fils composites en réalisant l'âme dans un métal ayant de bonnes caractéristiques de résistance, comme l'acier, mais de faibles caractéristiques électriques. Dans le même temps, une tresse en aluminium est réalisée sur l'acier, qui a une résistivité plus faible.

En plus de l'effet de peau, la circulation du courant alternatif dans les conducteurs est affectée par l'excitation des courants de Foucault dans les conducteurs environnants. De tels courants sont appelés courants de captage, et ils sont induits à la fois dans les métaux qui ne jouent pas le rôle de câblage (éléments structurels porteurs) et dans les fils de l'ensemble du complexe conducteur - jouant le rôle de fils d'autres phases, zéro, mise à la terre .

Tous ces phénomènes se retrouvent dans toutes les conceptions liées à l'électricité, cela renforce encore l'importance d'avoir à votre disposition des informations de référence sommaires pour une grande variété de matériaux.

Résistivité pour les conducteurs, il est mesuré avec des instruments très sensibles et précis, car les métaux sont sélectionnés pour le câblage et ont la résistance la plus faible - de l'ordre de ohm * 10 -6 par mètre de longueur et carré. mm. sections. Pour mesurer la résistivité de l'isolant, il faut au contraire des instruments ayant des gammes très grandes valeurs les résistances sont généralement des mégohms. Il est clair que les conducteurs doivent bien conduire et que les isolateurs doivent être bien isolés.

Table

Tableau des résistances spécifiques des conducteurs (métaux et alliages)

Matériau conducteur

Composition (pour les alliages)

Résistivité ρ mΩ × mm 2 / m

cuivre, zinc, étain, nickel, plomb, manganèse, fer, etc.

Aluminium

Tungstène

Molybdène

cuivre, étain, aluminium, silicium, béryllium, plomb, etc. (sauf zinc)

fer, carbone

cuivre, nickel, zinc

Manganine

cuivre, nickel, manganèse

Constantan

cuivre, nickel, aluminium

nickel, chrome, fer, manganèse

fer, chrome, aluminium, silicium, manganèse

Le fer comme conducteur en génie électrique

Le fer est le métal le plus répandu dans la nature et la technologie (après l'hydrogène, qui est aussi un métal). C'est le moins cher et possède d'excellentes caractéristiques de résistance, il est donc utilisé partout comme base de résistance. divers modèles.

En génie électrique, le fer est utilisé comme conducteur sous la forme de fils flexibles en acier où la résistance physique et la flexibilité sont nécessaires, et la résistance souhaitée peut être obtenue grâce à la section appropriée.

Disposant d'un tableau des résistances spécifiques de divers métaux et alliages, il est possible de calculer les sections transversales de fils fabriqués à partir de différents conducteurs.

A titre d'exemple, essayons de trouver la section électriquement équivalente de conducteurs constitués de différents matériaux : fils de cuivre, de tungstène, de nickel et de fer. Pour la première prise, du fil d'aluminium d'une section de 2,5 mm.

Il faut que sur une longueur de 1 m, la résistance du fil de tous ces métaux soit égale à la résistance de celui d'origine. La résistance de l'aluminium pour 1 m de longueur et 2,5 mm de section sera égale à

Où R- la résistance, ρ - résistivité du métal de la table, S- aire de la section transversale, L- longueur.

En remplaçant les valeurs initiales, nous obtenons la résistance d'un morceau de fil d'aluminium d'un mètre de long en ohms.

Après cela, nous résolvons la formule pour S

Nous remplacerons les valeurs du tableau et obtiendrons les aires de section pour différents métaux.

Puisque la résistivité dans le tableau est mesurée sur un fil de 1 m de long, en microohms par section de 1 mm 2, nous l'avons obtenue en microohms. Pour l'obtenir en ohms, vous devez multiplier la valeur par 10 -6. Mais le nombre d'ohms avec 6 zéros après la virgule n'est pas nécessaire pour nous, car nous trouvons toujours le résultat final en mm 2.

Comme vous pouvez le voir, la résistance du fer est assez grande, le fil est épais.

Mais il y a des matériaux qui en ont encore plus, comme la nickeline ou le constantan.

Bien que ce sujet peut sembler assez banal, je vais y répondre à une question très importante sur le calcul de la perte de tension et le calcul des courants de court-circuit. Je pense que pour beaucoup d'entre vous, ce sera autant une révélation que pour moi.

Récemment, j'ai étudié un GOST très intéressant:

GOST R 50571.5.52-2011 Installations électriques basse tension. Partie 5-52. Sélection et installation des équipements électriques. Câblage.

Ce document fournit une formule pour calculer la perte de tension et indique :

p est la résistivité des conducteurs dans les conditions normales, prise égale à la résistivité à température dans les conditions normales, soit 1,25 résistivité à 20°C, soit 0,0225 Ohm mm 2 /m pour le cuivre et 0,036 Ohm mm 2 /m pour l'aluminium ;

Je n'ai rien compris =) Apparemment, lors du calcul des pertes de tension et lors du calcul des courants de court-circuit, il faut tenir compte de la résistance des conducteurs, comme dans des conditions normales.

Il convient de noter que toutes les valeurs tabulaires sont données à une température de 20 degrés.

Quelles sont les conditions normales ? Je pensais 30 degrés Celsius.

Rappelons-nous la physique et calculons à quelle température la résistance du cuivre (aluminium) augmentera de 1,25 fois.

R1=R0

R0 - résistance à 20 degrés Celsius;

R1 - résistance à T1 degrés Celsius;

T0 - 20 degrés Celsius ;

α \u003d 0,004 par degré Celsius (le cuivre et l'aluminium sont presque identiques);

1.25=1+α (T1-T0)

Т1=(1.25-1)/α+Т0=(1.25-1)/0.004+20=82.5 degrés Celsius.

Comme vous pouvez le voir, il ne fait pas du tout 30 degrés. Apparemment, tous les calculs doivent être effectués au maximum températures admissibles câbles. La température de fonctionnement maximale du câble est de 70 à 90 degrés, selon le type d'isolation.

Pour être honnête, je ne suis pas d'accord avec cela, parce que. température donnée correspond au mode quasi secours de l'installation électrique.

Dans mes programmes, j'ai défini la résistance spécifique du cuivre - 0,0175 Ohm mm 2 / m, et pour l'aluminium - 0,028 Ohm mm 2 / m.

Si vous vous souvenez, j'ai écrit que dans mon programme de calcul des courants de court-circuit, le résultat est d'environ 30% inférieur aux valeurs tabulaires. Là, la résistance de la boucle phase zéro est calculée automatiquement. J'ai essayé de trouver l'erreur mais je n'ai pas pu. Apparemment, l'imprécision du calcul réside dans la résistivité, qui est utilisée dans le programme. Et tout le monde peut demander la résistivité, il ne devrait donc pas y avoir de questions pour le programme si vous spécifiez la résistivité à partir du document ci-dessus.

Mais je devrai très probablement apporter des modifications aux programmes de calcul des pertes de tension. Cela augmentera les résultats du calcul de 25 %. Bien que dans le programme ÉLECTRIQUE, les pertes de tension sont presque les mêmes que les miennes.

Si c'est votre première fois sur ce blog, alors vous pourrez vous familiariser avec tous mes programmes sur la page

Que pensez-vous, à quelle température faut-il considérer les pertes de tension: à 30 ou 70-90 degrés? Qu'il y ait un règlements qui répondra à cette question ?

Les substances et matériaux capables de conduire le courant électrique sont appelés conducteurs. Les autres sont classés comme diélectriques. Mais il n'y a pas de diélectriques purs, ils conduisent tous aussi le courant, mais sa valeur est très faible.

Mais les conducteurs conduisent le courant différemment. Selon la formule de George Ohm, le courant traversant un conducteur est linéairement proportionnel à l'amplitude de la tension qui lui est appliquée, et inversement proportionnel à une quantité appelée résistance.

L'unité de mesure de la résistance a été nommée Ohm en l'honneur du scientifique qui a découvert cette relation. Mais il s'est avéré que des conducteurs constitués de matériaux différents et ayant les mêmes dimensions géométriques ont des résistances électriques différentes. Pour déterminer la résistance d'un conducteur de longueur et de section connues, le concept de résistivité a été introduit - un coefficient qui dépend du matériau.


En conséquence, la résistance d'un conducteur de longueur et de section connues sera égale à


La résistivité s'applique non seulement aux matériaux solides, mais également aux liquides. Mais sa valeur dépend également des impuretés ou d'autres composants dans le matériau source. Eau pure ne conduit pas l'électricité, étant un diélectrique. Mais dans la nature, il n'y a pas d'eau distillée, elle contient toujours des sels, des bactéries et d'autres impuretés. Ce cocktail est un conducteur de courant électrique avec une résistance spécifique.


En introduisant divers additifs dans les métaux, de nouveaux matériaux sont obtenus - alliages, dont la résistivité diffère de celle du matériau d'origine, même si le pourcentage d'ajout à celui-ci est insignifiant.

Résistivité en fonction de la température

Les résistances spécifiques des matériaux sont données dans des ouvrages de référence pour des températures proches de la température ambiante (20 °C). Lorsque la température augmente, la résistance du matériau augmente. Pourquoi cela arrive-t-il?

Le courant électrique à l'intérieur du matériau est conduit électrons libres. Ils sont sous l'emprise champ électrique se détacher de leurs atomes et se déplacer entre eux dans la direction donnée par ce champ. Les atomes d'une substance forment un réseau cristallin, entre les nœuds duquel se déplace un flux d'électrons, également appelé "gaz d'électrons". Sous l'action de la température, les nœuds du réseau (atomes) oscillent. Les électrons eux-mêmes ne se déplacent pas non plus en ligne droite, mais le long d'un chemin complexe. En même temps, ils entrent souvent en collision avec des atomes, modifiant la trajectoire du mouvement. A certains instants, les électrons peuvent se déplacer dans le sens opposé au sens du courant électrique.

Lorsque la température augmente, l'amplitude des vibrations atomiques augmente. La collision des électrons avec eux se produit plus souvent, le mouvement du flux d'électrons ralentit. Physiquement, cela se traduit par une augmentation de la résistivité.

Un exemple d'utilisation de la dépendance de la résistivité à la température est le fonctionnement d'une lampe à incandescence. Le filament de tungstène, à partir duquel le filament est fabriqué, a une faible résistivité au moment de la mise sous tension. La surtension de courant au moment de la mise sous tension le chauffe rapidement, la résistivité augmente et le courant diminue, devenant nominal.

Le même processus se produit avec les éléments chauffants en nichrome. Il est donc impossible de calculer leur mode de fonctionnement en déterminant la longueur d'un fil de nichrome de section connue pour créer la résistance requise. Pour les calculs, vous avez besoin de la résistance spécifique du fil chauffé, et les ouvrages de référence donnent des valeurs pour la température ambiante. Par conséquent, la longueur finale de l'hélice nichrome est ajustée expérimentalement. Les calculs déterminent la longueur approximative et lors du montage, le filetage est progressivement raccourci section par section.

Coefficient de température de résistance

Mais pas dans tous les appareils, la dépendance de la résistivité des conducteurs à la température est bénéfique. En technique de mesure, une modification de la résistance des éléments du circuit entraîne une erreur.

Pour déterminer quantitativement la dépendance de la résistance d'un matériau à la température, le concept est introduit coefficient de température de résistance (TCR). Il montre à quel point la résistance d'un matériau change lorsque la température change de 1°C.

Pour la fabrication de composants électroniques - résistances utilisées dans les circuits des équipements de mesure, des matériaux à faible TCR sont utilisés. Ils sont plus chers, mais les paramètres de l'appareil ne changent pas sur une large plage de températures. environnement.

Mais les propriétés des matériaux à haut TCR sont également utilisées. Le fonctionnement de certains capteurs de température est basé sur une modification de la résistance du matériau à partir duquel l'élément de mesure est fabriqué. Pour ce faire, vous devez maintenir une tension d'alimentation stable et mesurer le courant traversant l'élément. En calibrant l'échelle de l'appareil qui mesure le courant, selon un thermomètre de référence, on obtient un thermomètre électronique. Ce principe est utilisé non seulement pour les mesures, mais également pour les capteurs de surchauffe. Déconnexion de l'appareil en cas de modes de fonctionnement anormaux, entraînant une surchauffe des enroulements des transformateurs ou des éléments semi-conducteurs de puissance.

Utilisé dans l'électrotechnique et les éléments qui changent leur résistance non pas de la température ambiante, mais du courant qui les traverse - thermistances. Un exemple de leur utilisation - systèmes de démagnétisation tubes à rayons cathodiques Téléviseurs et moniteurs. Lorsqu'une tension est appliquée, la résistance de la résistance est minimale, le courant qui la traverse passe dans la bobine de démagnétisation. Mais le même courant chauffe le matériau de la thermistance. Sa résistance augmente, diminuant le courant et la tension aux bornes de la bobine. Et ainsi - jusqu'à sa disparition complète. En conséquence, une tension sinusoïdale avec une amplitude décroissante en douceur est appliquée à la bobine, créant le même champ magnétique dans son espace. Le résultat est qu'au moment où le filament du tube est chauffé, il est déjà démagnétisé. Et le circuit de commande reste à l'état verrouillé jusqu'à ce que l'appareil soit éteint. Ensuite, les thermistances se refroidiront et seront prêtes à fonctionner à nouveau.

Le phénomène de supraconductivité

Que se passe-t-il si la température du matériau est réduite ? La résistivité diminuera. Il existe une limite à laquelle la température diminue, appelée zéro absolu . Ce - 273°С. En dessous de cette limite de température ne se produit pas. A cette valeur, la résistivité de tout conducteur est nulle.

À zéro absolu les atomes du réseau cristallin cessent de vibrer. En conséquence, le nuage d'électrons se déplace entre les nœuds du réseau sans entrer en collision avec eux. La résistance du matériau devient égale à zéro, ce qui ouvre la possibilité d'obtenir des courants infiniment grands dans des conducteurs de petites sections.

Le phénomène de supraconductivité ouvre de nouveaux horizons pour le développement de l'électrotechnique. Mais il existe encore des difficultés liées à l'obtention à domicile des températures ultra-basses nécessaires pour créer cet effet. Lorsque les problèmes seront résolus, l'électrotechnique passera à nouveau niveau développement.

Exemples d'utilisation des valeurs de résistivité dans les calculs

Nous avons déjà pris connaissance des principes de calcul de la longueur du fil de nichrome pour la fabrication d'un élément chauffant. Mais il existe d'autres situations où la connaissance de la résistivité des matériaux est nécessaire.

Pour le calcul circuits de mise à la terre des coefficients correspondant à des sols typiques sont utilisés. Si le type de sol à l'emplacement de la boucle de terre est inconnu, alors pour des calculs corrects, sa résistivité est préalablement mesurée. Ainsi, les résultats de calcul sont plus précis, ce qui élimine le réglage des paramètres du circuit lors de la fabrication : addition du nombre d'électrodes, entraînant une augmentation des dimensions géométriques du dispositif de mise à la terre.


La résistance spécifique des matériaux à partir desquels les lignes de câbles et les jeux de barres sont fabriqués est utilisée pour calculer leur résistance active. À l'avenir, au courant de charge nominal avec elle la valeur de la tension en bout de ligne est calculée. Si sa valeur s'avère insuffisante, alors les sections des conducteurs sont préalablement augmentées.

14.04.2018

En tant que pièces conductrices dans les installations électriques, des conducteurs en cuivre, en aluminium, leurs alliages et en fer (acier) sont utilisés.

Le cuivre est l'un des meilleurs matériaux conducteurs. La densité du cuivre à 20 ° C est de 8,95 g / cm 3, le point de fusion est de 1083 ° C. Le cuivre est chimiquement peu actif, mais se dissout facilement dans l'acide nitrique et ne se dissout dans les acides chlorhydrique et sulfurique dilués qu'en présence d'oxydants. agents (oxygène). Dans l'air, le cuivre est rapidement recouvert d'une fine couche d'oxyde de couleur foncée, mais cette oxydation ne pénètre pas profondément dans le métal et sert de protection contre une corrosion ultérieure. Le cuivre se prête bien au forgeage et au laminage sans chauffage.

Utilisé pour la fabrication cuivre électrolytique en lingots contenant 99,93 % de cuivre pur.

La conductivité électrique du cuivre dépend fortement de la quantité et du type d'impuretés et, dans une moindre mesure, du traitement mécanique et thermique. à 20 ° C est de 0,0172-0,018 ohm x mm2 / m.

Pour la fabrication des conducteurs, on utilise du cuivre doux, semi-dur ou dur avec une densité de 8,9, 8,95 et 8,96 g / cm 3, respectivement.

Pour la fabrication de pièces de pièces conductrices de courant est largement utilisé cuivre en alliages avec d'autres métaux. Les alliages les plus couramment utilisés sont :

Le laiton est un alliage de cuivre et de zinc, contenant au moins 50 % de cuivre dans l'alliage, avec l'ajout d'autres métaux. laiton 0,031 - 0,079 ohm x mm2/m. Il existe du laiton - tompak avec une teneur en cuivre de plus de 72% (il a des propriétés de ductilité, anti-corrosion et anti-friction élevées) et laitons spéciaux avec adjonction d'aluminium, d'étain, de plomb ou de manganèse.

Contact en laiton

Les bronzes sont un alliage de cuivre et d'étain avec un additif de divers métaux. Selon la teneur du composant principal de l'alliage, les bronzes sont appelés étain, aluminium, silicium, phosphore et cadmium. Résistivité du bronze 0,021 - 0,052 ohm x mm2/m.

Le laiton et le bronze se distinguent par de bonnes qualités mécaniques et proprietes physiques et chimiques. Ils sont faciles à traiter par coulée et pression, résistants à la corrosion atmosphérique.

Aluminium - par ses qualités le deuxième matériau conducteur après le cuivre. Point de fusion 659,8 ° C. La densité de l'aluminium à une température de 20 ° - 2,7 g / cm 3. L'aluminium est facile à couler et bien usiné. À une température de 100 à 150 ° C, l'aluminium est forgé et ductile (il peut être laminé en tôles jusqu'à 0,01 mm d'épaisseur).

La conductivité électrique de l'aluminium dépend fortement des impuretés et peu des traitements mécaniques et thermiques. Plus la composition de l'aluminium est pure, plus sa conductivité électrique est élevée et sa meilleure résistance aux attaques chimiques. L'usinage, le laminage et le recuit affectent considérablement la résistance mécanique de l'aluminium. L'aluminium travaillé à froid augmente sa dureté, son élasticité et sa résistance à la traction. Résistivité de l'aluminiumà 20 ° C 0,026 - 0,029 ohm x mm 2 / m.

Lors du remplacement du cuivre par de l'aluminium, la section du conducteur doit être augmentée en termes de conductivités, soit 1,63 fois.

A conductivité égale, un conducteur en aluminium sera 2 fois plus léger qu'un conducteur en cuivre.

Pour la fabrication de conducteurs, on utilise de l'aluminium contenant au moins 98% d'aluminium pur, du silicium pas plus de 0,3%, du fer pas plus de 0,2%

Pour la fabrication de pièces de pièces conductrices de courant, utilisez alliages d'aluminium avec d'autres métaux, par exemple: Duralumin - un alliage d'aluminium avec du cuivre et du manganèse.

Silumin est un alliage d'aluminium coulé léger avec un mélange de silicium, de magnésium et de manganèse.

Les alliages d'aluminium ont de bonnes propriétés de coulée et une résistance mécanique élevée.

Les plus largement utilisés en génie électrique sont les suivants alliages d'aluminium:

Alliage d'aluminium forgé de qualité AD, contenant de l'aluminium d'au moins 98,8 et d'autres impuretés jusqu'à 1,2.

Marque d'alliage d'aluminium forgé AD1, contenant au moins 99,3 n d'autres impuretés en aluminium jusqu'à 0,7.

Marque d'alliage d'aluminium forgé AD31, contenant de l'aluminium 97,35 - 98,15 et d'autres impuretés 1,85 -2,65.

Les alliages des nuances AD et AD1 sont utilisés pour la fabrication des boîtiers et des matrices des pinces de quincaillerie. Les profilés et les bandages utilisés pour les conducteurs électriques sont fabriqués à partir de l'alliage de qualité AD31.

Les produits en alliages d'aluminium à la suite d'un traitement thermique acquièrent une résistance à la traction et un rendement (fluage) élevés.

Fer - point de fusion 1539°C. La densité du fer est de 7,87. Le fer se dissout dans les acides, s'oxyde avec les halogènes et l'oxygène.

En électrotechnique, des aciers de différentes nuances sont utilisés, par exemple:

Les aciers au carbone sont des alliages malléables de fer avec du carbone et d'autres impuretés métallurgiques.

La résistance spécifique des aciers au carbone est de 0,103 - 0,204 ohm x mm 2 /m.

Les aciers alliés sont des alliages avec des ajouts de chrome, de nickel et d'autres éléments ajoutés à l'acier au carbone.

Les aciers sont bons.

En tant qu'additifs dans les alliages, ainsi que pour la fabrication de soudures et la mise en œuvre de métaux conducteurs, sont largement utilisés :

Le cadmium est un métal malléable. Le point de fusion du cadmium est de 321°C. Résistivité 0,1 ohm x mm 2 /m. En génie électrique, le cadmium est utilisé pour la préparation de soudures à bas point de fusion et pour les revêtements protecteurs (cadmium) sur les surfaces métalliques. En termes de propriétés anticorrosion, le cadmium est proche du zinc, mais les revêtements de cadmium sont moins poreux et sont appliqués en couche plus fine que le zinc.

Nickel - point de fusion 1455°C. La résistance spécifique du nickel est de 0,068 - 0,072 ohm x mm 2 /m. Aux températures normales, il n'est pas oxydé par l'oxygène atmosphérique. Le nickel est utilisé dans les alliages et pour le revêtement protecteur (nickelage) des surfaces métalliques.

Étain - point de fusion 231,9 ° C. La résistance spécifique de l'étain est de 0,124 - 0,116 ohm x mm 2 /m. L'étain est utilisé pour souder un revêtement protecteur (étamage) de métaux sous sa forme pure et sous forme d'alliages avec d'autres métaux.

Plomb - point de fusion 327,4°C. Résistivité 0,217 - 0,227 ohm x mm 2 /m. Le plomb est utilisé dans les alliages avec d'autres métaux en tant que matériau résistant aux acides. Il est ajouté aux alliages de soudure (brasures).

L'argent est un métal très malléable et malléable. Le point de fusion de l'argent est de 960,5°C. L'argent est le meilleur conducteur de chaleur et de courant électrique. La résistance spécifique de l'argent est de 0,015 - 0,016 ohm x mm 2 / m. L'argent est utilisé pour le revêtement protecteur (argenture) des surfaces métalliques.

L'antimoine est un métal cassant et brillant, point de fusion 631°C. L'antimoine est utilisé sous forme d'additifs dans les alliages de soudure (brasures).

Le chrome est un métal dur et brillant. Point de fusion 1830°C. Il ne change pas dans l'air à température normale. La résistance spécifique du chrome est de 0,026 ohm x mm 2 /m. Le chrome est utilisé dans les alliages et pour le revêtement protecteur (chromage) des surfaces métalliques.

Zinc - point de fusion 419,4°C. Résistivité du zinc 0,053 - 0,062 ohm x mm2/m. Dans l'air humide, le zinc s'oxyde et se recouvre d'une couche d'oxyde qui protège contre les attaques chimiques ultérieures. En génie électrique, le zinc est utilisé comme additif dans les alliages et les soudures, ainsi que pour un revêtement protecteur (galvanisation) des surfaces des pièces métalliques.

Dès que l'électricité a quitté les laboratoires des scientifiques et a commencé à être largement introduite dans la pratique Vie courante, la question s'est posée de rechercher des matériaux qui ont certaines caractéristiques, parfois complètement opposées, en ce qui concerne le passage du courant électrique à travers eux.

Par exemple, lors du transfert énergie électrique sur une longue distance, le matériau du fil devait minimiser les pertes dues au chauffage Joule en combinaison avec des caractéristiques de faible poids. Un exemple en est les lignes électriques à haute tension bien connues constituées de fils d'aluminium avec une âme en acier.

Ou, à l'inverse, pour créer des radiateurs électriques tubulaires compacts, il fallait des matériaux à résistance électrique relativement élevée et à stabilité thermique élevée. L'exemple le plus simple d'un appareil utilisant des matériaux aux propriétés similaires est le brûleur d'une cuisinière électrique de cuisine ordinaire.

Les conducteurs utilisés en biologie et en médecine comme électrodes, sondes et sondes nécessitent une résistance chimique élevée et une compatibilité avec les biomatériaux, associées à une faible résistance de contact.

Toute une galaxie d'inventeurs de différents pays: Angleterre, Russie, Allemagne, Hongrie et USA. Thomas Edison, après avoir mené plus d'un millier d'expériences pour tester les propriétés des matériaux adaptés au rôle des filaments, a créé une lampe avec une spirale en platine. Les lampes Edison, bien qu'elles aient une longue durée de vie, n'étaient pas pratiques en raison du coût élevé du matériau source.

Les travaux ultérieurs de l'inventeur russe Lodygin, qui a proposé d'utiliser du tungstène et du molybdène réfractaires relativement bon marché avec une résistivité plus élevée comme matériaux de fil, ont trouvé utilisation pratique. De plus, Lodygin a proposé de pomper l'air des ampoules à incandescence, en le remplaçant par des gaz inertes ou nobles, ce qui a conduit à la création de lampes à incandescence modernes. Le pionnier de la production de masse de lampes électriques abordables et durables a été General Electric, à qui Lodygin a cédé les droits de ses brevets, puis a travaillé avec succès dans les laboratoires de l'entreprise pendant longtemps.

Cette liste peut être poursuivie, car l'esprit humain curieux est si inventif que parfois, pour résoudre un certain tâche technique il a besoin de matériaux avec des propriétés jamais vues auparavant, ou avec des combinaisons incroyables de ces propriétés. La nature ne suit plus nos appétits et des scientifiques du monde entier ont rejoint la course pour créer des matériaux qui n'ont pas d'analogues naturels.

Il s'agit de la connexion intentionnelle d'une enceinte ou d'un boîtier électrique à un dispositif de mise à la terre de protection. Habituellement, la mise à la terre est réalisée sous forme de bandes, de tuyaux, de tiges ou d'angles en acier ou en cuivre enterrés dans le sol à une profondeur de plus de 2,5 mètres, qui, en cas d'accident, assurent la circulation du courant le long du circuit. appareil - boîtier ou habillage - terre - fil neutre de la source AC. La résistance de ce circuit ne doit pas dépasser 4 ohms. Dans ce cas, la tension sur le boîtier du dispositif d'urgence est réduite à des valeurs sans danger pour l'homme et les dispositifs de protection automatiques circuit électrique d'une manière ou d'une autre, le dispositif d'urgence est désactivé.

Lors du calcul des éléments de mise à la terre de protection, la connaissance de la résistivité des sols joue un rôle important, qui peut varier dans de larges limites.

Conformément aux données des tableaux de référence, la zone du dispositif de mise à la terre est sélectionnée, le nombre d'éléments de mise à la terre et la conception réelle de l'ensemble du dispositif en sont calculés. La connexion des éléments structurels du dispositif de mise à la terre de protection est réalisée par soudage.

Électrotomographie

L'exploration électrique étudie l'environnement géologique proche de la surface, est utilisée pour rechercher des minerais et des minéraux non métalliques et d'autres objets sur la base de l'étude de divers champs électriques et électromagnétiques artificiels. Un cas particulier d'exploration électrique est la tomographie de résistivité électrique - une méthode pour déterminer les propriétés rochers selon leur résistivité.

L'essence de la méthode réside dans le fait qu'à une certaine position de la source de champ électrique, des mesures de tension sont prises sur différentes sondes, puis la source de champ est déplacée vers un autre endroit ou commutée vers une autre source et les mesures sont répétées. Les sources de champ et les sondes réceptrices de champ sont placées en surface et dans des puits.

Ensuite, les données reçues sont traitées et interprétées à l'aide de méthodes de traitement informatique modernes qui permettent de visualiser les informations sous forme d'images bidimensionnelles et tridimensionnelles.

Étant une méthode de recherche très précise, l'électrotomographie apporte une aide inestimable aux géologues, archéologues et paléozoologues.

La détermination de la forme d'occurrence des gisements minéraux et des limites de leur distribution (contour) permet d'identifier l'occurrence de gisements filoniens de minéraux, ce qui réduit considérablement le coût de leur développement ultérieur.

Pour les archéologues, cette méthode de recherche fournit des informations précieuses sur l'emplacement des sépultures anciennes et la présence d'artefacts dans celles-ci, réduisant ainsi les coûts d'excavation.

Les paléozoologues utilisent l'électrotomographie pour rechercher des restes fossilisés d'animaux anciens; les résultats de leur travail peuvent être vus dans les musées sciences naturelles sous la forme d'étonnantes reconstitutions de squelettes de mégafaune préhistorique.

De plus, la tomographie électrique est utilisée dans la construction et l'exploitation ultérieure d'ouvrages d'art: immeubles de grande hauteur, barrages, barrages, remblais et autres.

Définitions de résistivité en pratique

Parfois, pour résoudre des problèmes pratiques, nous pouvons être confrontés à la tâche de déterminer la composition d'une substance, par exemple un fil pour un coupe-mousse de polystyrène. Nous avons deux bobines de fil d'un diamètre approprié à partir de divers matériaux qui nous sont inconnus. Pour résoudre le problème, il faut trouver leur résistivité électrique puis déterminer le matériau du fil à l'aide de la différence entre les valeurs trouvées ou à l'aide d'un tableau de référence.

Nous mesurons avec un ruban à mesurer et coupons 2 mètres de fil de chaque échantillon. Déterminons les diamètres de fil d₁ et d₂ avec un micromètre. En allumant le multimètre à la limite inférieure de mesure de résistance, nous mesurons la résistance de l'échantillon R₁. Nous répétons la procédure pour un autre échantillon et mesurons également sa résistance R₂.

Nous tenons compte du fait que la section transversale des fils est calculée par la formule

S \u003d π ∙ ré 2 / 4

Maintenant, la formule de calcul de la résistivité électrique ressemblera à ceci :

ρ = R ∙ π ∙ ré 2 /4 ∙ L

En remplaçant les valeurs obtenues de L, d₁ et R₁ dans la formule de calcul de la résistivité donnée dans l'article ci-dessus, on calcule la valeur de ρ₁ pour le premier échantillon.

ρ 1 \u003d 0,12 ohm mm 2 / m

En substituant les valeurs obtenues de L, d₂ et R₂ dans la formule, nous calculons la valeur de ρ₂ pour le deuxième échantillon.

ρ 2 \u003d 1,2 ohm mm 2 / m

En comparant les valeurs de ρ₁ et ρ₂ avec les données de référence du tableau 2 ci-dessus, nous concluons que le matériau du premier échantillon est de l'acier et que le deuxième échantillon est du nichrome, à partir duquel nous fabriquerons la chaîne de coupe.

La capacité d'un métal à faire passer un courant chargé à travers lui-même est appelée. À son tour, la résistance est l'une des caractéristiques du matériau. Plus la résistance électrique à une tension donnée est grande, plus elle sera petite.Elle caractérise la force de résistance du conducteur au mouvement des électrons chargés dirigés le long de celui-ci. Puisque la propriété de transmission de l'électricité est l'inverse de la résistance, cela signifie qu'elle sera exprimée sous forme de formules sous la forme d'un rapport de 1/R.

La résistivité dépend toujours de la qualité du matériau utilisé dans la fabrication des appareils. Il est mesuré sur la base des paramètres d'un conducteur d'une longueur de 1 mètre et d'une section transversale de 1 millimètre carré. Par exemple, la propriété de résistance spécifique pour le cuivre est toujours de 0,0175 Ohm, pour l'aluminium - 0,029, le fer - 0,135, le constantan - 0,48, le nichrome - 1-1,1. La résistance spécifique de l'acier est égale au nombre 2 * 10-7 Ohm.m

La résistance au courant est directement proportionnelle à la longueur du conducteur le long duquel il se déplace. Plus l'appareil est long, plus la résistance est élevée. Il sera plus facile d'apprendre cette dépendance si vous imaginez deux paires imaginaires de vaisseaux communiquant entre eux. Laissez le tube de connexion rester plus fin pour une paire d'appareils et plus épais pour l'autre. Lorsque les deux paires sont remplies d'eau, la transition du liquide dans le tube épais sera beaucoup plus rapide, car il aura moins de résistance à l'écoulement de l'eau. Par cette analogie, il lui est plus facile de faire passer un conducteur épais qu'un mince.

La résistivité, en tant qu'unité SI, est mesurée en ohm.m. La conductivité dépend du libre parcours moyen des particules chargées, qui est caractérisé par la structure du matériau. Métaux sans impuretés, qui ont le plus correct plus petites valeurs neutralisation. A l'inverse, les impuretés déforment le réseau, augmentant ainsi ses performances. La résistivité des métaux se situe dans une gamme étroite de valeurs à température normale: de l'argent de 0,016 à 10 µOhm.m (alliages de fer et de chrome avec de l'aluminium).

Sur les caractéristiques du mouvement des chargés

les électrons dans un conducteur sont affectés par la température, car à mesure qu'elle augmente, l'amplitude des oscillations des ondes des ions et des atomes existants augmente. En conséquence, les électrons ont moins d'espace libre pour un mouvement normal dans le réseau cristallin. Et cela signifie que l'obstacle au mouvement ordonné augmente. La résistivité de tout conducteur, comme d'habitude, augmente linéairement avec l'augmentation de la température. Et pour les semi-conducteurs, au contraire, une diminution avec des degrés croissants est caractéristique, car à cause de cela, de nombreuses charges sont libérées qui créent un courant électrique continu.

Le processus de refroidissement de certains conducteurs métalliques à la température souhaitée amène leur résistivité à un état semblable à un saut et tombe à zéro. Ce phénomène a été découvert en 1911 et appelé supraconductivité.

Résistance électrique -une grandeur physique qui montre quel type d'obstacle est créé par le courant lorsqu'il traverse le conducteur. Les unités de mesure sont les ohms, d'après Georg Ohm. Dans sa loi, il a dérivé une formule pour trouver la résistance, qui est donnée ci-dessous.

Considérez la résistance des conducteurs en utilisant l'exemple des métaux. Les métaux ont structure interne sous la forme d'un réseau cristallin. Ce réseau a un ordre strict et ses nœuds sont des ions chargés positivement. Les porteurs de charge dans le métal sont des électrons "libres", qui n'appartiennent pas à un atome particulier, mais se déplacent de manière aléatoire entre les sites du réseau. Il est connu de la physique quantique que le mouvement des électrons dans un métal est la propagation d'une onde électromagnétique dans un solide. Autrement dit, un électron dans un conducteur se déplace à la vitesse de la lumière (pratiquement), et il a été prouvé qu'il présente des propriétés non seulement en tant que particule, mais également en tant qu'onde. Et la résistance du métal résulte de la diffusion ondes électromagnétiques(c'est-à-dire les électrons) sur les vibrations thermiques du réseau et de ses défauts. Lorsque les électrons entrent en collision avec les nœuds du réseau cristallin, une partie de l'énergie est transférée aux nœuds, ce qui libère de l'énergie. Cette énergie peut être calculée en courant continu, grâce à la loi Joule-Lenz - Q \u003d I 2 Rt. Comme vous pouvez le voir, plus la résistance est grande, plus l'énergie est libérée.

Résistivité

Il existe un concept aussi important que la résistivité, c'est la même résistance, uniquement dans une unité de longueur. Chaque métal a le sien, par exemple, pour le cuivre c'est 0,0175 Ohm*mm2/m, pour l'aluminium c'est 0,0271 Ohm*mm2/m. Cela signifie qu'une barre de cuivre d'une longueur de 1 m et d'une section de 1 mm2 aura une résistance de 0,0175 Ohm, et la même barre, mais en aluminium, aura une résistance de 0,0271 Ohm. Il s'avère que la conductivité électrique du cuivre est supérieure à celle de l'aluminium. Chaque métal a sa propre résistivité et la résistance de l'ensemble du conducteur peut être calculée à l'aide de la formule

où p est la résistivité du métal, l est la longueur du conducteur, s est la section transversale.

Les valeurs de résistivité sont données en table de résistivité des métaux(20°C)

Substance

p, Ohm * mm 2 / 2

α,10 -3 1/K

Aluminium

0.0271

Tungstène

0.055

Le fer

0.098

Or

0.023

Laiton

0.025-0.06

Manganine

0.42-0.48

0,002-0,05

Cuivre

0.0175

Nickel

Constantan

0.44-0.52

0.02

Nichrome

0.15

Argent

0.016

Zinc

0.059

En plus de la résistivité, le tableau contient des valeurs de TCR, plus sur ce coefficient un peu plus tard.

Dépendance de la résistivité aux déformations

Lors du travail à froid des métaux par pression, le métal subit une déformation plastique. Lors de la déformation plastique, le réseau cristallin est déformé, le nombre de défauts devient plus important. Avec une augmentation des défauts du réseau cristallin, la résistance au flux d'électrons à travers le conducteur augmente, par conséquent, la résistivité du métal augmente. Par exemple, un fil est fabriqué par tréfilage, ce qui signifie que le métal subit une déformation plastique, à la suite de quoi la résistivité augmente. En pratique, le recuit de recristallisation est utilisé pour réduire la résistance, c'est un processus complexe. processus technologique, après quoi le réseau cristallin, pour ainsi dire, "se redresse" et le nombre de défauts diminue, par conséquent, la résistance du métal également.

Lorsqu'il est étiré ou comprimé, le métal subit une déformation élastique. Avec la déformation élastique causée par l'étirement, les amplitudes des vibrations thermiques des nœuds du réseau cristallin augmentent, par conséquent, les électrons éprouvent de grandes difficultés, et en relation avec cela, la résistivité augmente. Avec la déformation élastique causée par la compression, les amplitudes des oscillations thermiques des nœuds diminuent, il est donc plus facile pour les électrons de se déplacer et la résistivité diminue.

Effet de la température sur la résistivité

Comme nous l'avons déjà découvert ci-dessus, la cause de la résistance dans un métal est les nœuds du réseau cristallin et leurs vibrations. Ainsi, avec une augmentation de la température, les fluctuations thermiques des nœuds augmentent, ce qui signifie que la résistivité augmente également. Il existe une valeur telle que coefficient de température de résistance(TCS), qui montre de combien la résistivité du métal augmente ou diminue lorsqu'il est chauffé ou refroidi. Par exemple, le coefficient de température du cuivre à 20 degrés Celsius est 4.1 10 − 3 1/degré. Cela signifie que lorsque, par exemple, un fil de cuivre est chauffé de 1 degré Celsius, sa résistivité augmentera de 4.1 · 10 − 3 ohms. La résistivité avec changement de température peut être calculée par la formule

où r est la résistivité après chauffage, r 0 est la résistivité avant chauffage, a est le coefficient de température de la résistance, t 2 est la température avant chauffage, t 1 est la température après chauffage.

En substituant nos valeurs, nous obtenons : r=0,0175*(1+0,0041*(154-20))=0,0271 Ohm*mm2/m. Comme vous pouvez le voir, notre barre de cuivre, de 1 m de long et d'une section de 1 mm 2, après chauffage à 154 degrés, aurait une résistance, comme la même barre, uniquement en aluminium et à une température de 20 degrés Celsius.

Propriété de changer de résistance avec la température, utilisée dans les thermomètres à résistance. Ces instruments peuvent mesurer la température en fonction des lectures de résistance. Les thermomètres à résistance ont une précision de mesure élevée, mais de petites plages de température.

En pratique, les propriétés des conducteurs empêchent le passage courant sont très largement utilisés. Un exemple est une lampe à incandescence, où un filament de tungstène est chauffé en raison de la résistance élevée du métal, de sa grande longueur et de sa section transversale étroite. Ou tout appareil de chauffage où la bobine est chauffée en raison d'une résistance élevée. En génie électrique, un élément dont la propriété principale est la résistance est appelé - résistance. La résistance est utilisée dans presque tous les circuits électriques.