Prin urmare, este important să cunoașteți parametrii tuturor elementelor și materialelor utilizate. Și nu numai electrice, ci și mecanice. Și să aveți la dispoziție câteva materiale de referință convenabile care vă permit să comparați caracteristicile diferitelor materiale și să alegeți pentru proiectare și lucrare exact ceea ce va fi optim într-o anumită situație.
În liniile de transport de energie, unde sarcina este stabilită în modul cel mai productiv, adică cu randament ridicat, de a aduce energie consumatorului, se ține cont atât de economia pierderilor, cât și de mecanica liniilor în sine. Eficiența economică finală a liniei depinde de mecanică - adică de dispozitivul și locația conductoarelor, izolatoarelor, suporturilor, transformatoarelor de creștere/reducere, greutatea și rezistența tuturor structurilor, inclusiv firele întinse pe o lungime lungă. distantele, precum si materialele alese pentru fiecare element structural, lucrul acestuia si costurile de exploatare. În plus, în liniile care transmit energie electrică, există cerințe mai mari pentru asigurarea siguranței atât a liniilor în sine, cât și a tot ceea ce le înconjoară pe unde trec. Și acest lucru adaugă costuri atât pentru furnizarea de cabluri electrice, cât și pentru o marjă suplimentară de siguranță pentru toate structurile.

Pentru comparație, datele sunt de obicei prezentate într-o formă unică, comparabilă. Adesea, la astfel de caracteristici se adaugă epitetul „specific”, iar valorile însele sunt luate în considerare pe unele standarde unificate în ceea ce privește parametrii fizici. De exemplu, rezistivitatea electrică este rezistența (ohmi) a unui conductor realizat dintr-un fel de metal (cupru, aluminiu, oțel, wolfram, aur) care are o unitate de lungime și o unitate de secțiune transversală în sistemul de unități utilizate (de obicei în SI). În plus, temperatura este negociată, deoarece la încălzire, rezistența conductorilor se poate comporta diferit. Se bazează pe condiții normale de funcționare medii - la 20 de grade Celsius. Și acolo unde proprietățile sunt importante la modificarea parametrilor mediului (temperatură, presiune), se introduc coeficienți și se întocmesc tabele și grafice suplimentare de dependențe.

Tipuri de rezistivitate

Deoarece apare rezistența:

  • activ - sau ohmic, rezistiv - rezultat din consumul de energie electrică pentru încălzirea unui conductor (metal) atunci când un curent electric trece prin acesta și
  • reactiv - capacitiv sau inductiv, - care provine din pierderile inevitabile datorate creării de tot felul de modificări ale curentului care trece prin conductorul câmpurilor electrice, atunci rezistivitatea conductorului este de două tipuri:
  1. Rezistenta electrica specifica la curent continuu (avand caracter rezistiv) si
  2. Rezistenta electrica specifica la curent alternativ (avand caracter reactiv).

Aici, rezistivitatea de tip 2 este o valoare complexă, constă din două componente TP - activă și reactivă, deoarece rezistența rezistivă există întotdeauna atunci când curge curent, indiferent de natura sa, iar rezistența reactivă apare numai la orice modificare a curentului în circuite. În circuitele de curent continuu, reactanța apare numai în timpul proceselor tranzitorii, care sunt asociate cu pornirea curentului (schimbarea curentului de la 0 la nominal) sau oprire (trecerea de la nominal la 0). Și de obicei sunt luate în considerare numai atunci când se proiectează protecția la suprasarcină.

În circuitele de curent alternativ, fenomenele asociate reactantelor sunt mult mai diverse. Ele depind nu numai de trecerea reală a curentului printr-o anumită secțiune, ci și de forma conductorului, iar dependența nu este liniară.

Cert este că curentul alternativ induce un câmp electric atât în ​​jurul conductorului prin care circulă, cât și în conductorul însuși. Și din acest câmp apar curenți turbionari, care dau efectul de „împingere” a mișcării principale efective a sarcinilor, de la adâncimea întregii secțiuni transversale a conductorului până la suprafața acestuia, așa-numitul „efect de piele” (din piele – piele). Se pare că curenții turbionari par să-și „fure” secțiunea transversală din conductor. Curentul curge într-un strat apropiat de suprafață, restul grosimii conductorului rămâne nefolosit, nu își reduce rezistența și pur și simplu nu are rost să creștem grosimea conductorului. Mai ales la frecvențe înalte. Prin urmare, pentru curentul alternativ, rezistențele sunt măsurate în astfel de secțiuni transversale ale conductorului, unde întreaga sa secțiune transversală poate fi considerată aproape de suprafață. Un astfel de fir se numește subțire, grosimea sa este egală cu de două ori adâncimea acestui strat de suprafață, unde curenții turbionari înlocuiesc curentul principal util care curge în conductor.

Desigur, conducerea efectivă a curentului alternativ nu este epuizată prin reducerea grosimii firelor rotunde în secțiune transversală. Conductorul poate fi subțiat, dar în același timp făcut plat sub formă de bandă, atunci secțiunea transversală va fi mai mare decât cea a unui fir rotund, respectiv, iar rezistența este mai mică. În plus, simpla creștere a suprafeței va avea ca efect creșterea secțiunii efective. Același lucru poate fi obținut prin utilizarea unui fir cu toroane în loc de unul cu un singur conductor, în plus, un fir cu mai multe fire este superior ca flexibilitate față de un fir cu un singur conductor, care este adesea și valoros. Pe de altă parte, ținând cont de efectul de piele din fire, este posibil să se realizeze firele compozite făcând miezul unui metal cu caracteristici bune de rezistență, cum ar fi oțelul, dar electric scăzut. În acest caz, peste oțel se realizează o împletitură de aluminiu, care are o rezistivitate mai mică.

Pe lângă efectul de piele, fluxul de curent alternativ în conductori este afectat de excitarea curenților turbionari în conductorii din jur. Astfel de curenți se numesc curenți de inducție și sunt induși atât în ​​metale care nu joacă rolul de cablare (elementele structurale portante), cât și în firele întregului complex conducător - jucând rolul de fire de alte faze, zero. , împământare.

Toate aceste fenomene se regăsesc în toate structurile asociate cu electricitatea, acest lucru sporește și mai mult importanța de a avea la dispoziție un rezumat al informațiilor de referință pe o varietate de materiale.

Rezistivitatea conductorilor este măsurată cu instrumente foarte sensibile și precise, deoarece pentru cablare sunt selectate metale care au cea mai mică rezistență - de ordinul ohmului * 10 -6 pe metru de lungime și mp. mm. secțiune. Pentru a măsura rezistența specifică a izolației, sunt necesare dispozitive, dimpotrivă, având intervale de valori de rezistență foarte mari - de obicei megaohmi. Este clar că conductorii trebuie să conducă bine, iar izolatorii trebuie să fie bine izolați.

masa

Tabelul de rezistivitate al conductorilor (metale și aliaje)

Material conductor

Compoziție (pentru aliaje)

Rezistivitate ρ ohm × mm 2 / m

cupru, zinc, cositor, nichel, plumb, mangan, fier etc.

Aluminiu

Tungsten

Molibden

cupru, staniu, aluminiu, siliciu, beriliu, plumb etc. (cu excepția zincului)

fier, carbon

cupru, nichel, zinc

Manganin

cupru, nichel, mangan

Constantan

cupru, nichel, aluminiu

nichel, crom, fier, mangan

fier, crom, aluminiu, siliciu, mangan

Fierul ca conductor în electrotehnică

Fierul este cel mai răspândit metal în natură și tehnologie (după hidrogen, care este și un metal). Este cel mai ieftin și are caracteristici excelente de rezistență, prin urmare este folosit peste tot ca bază pentru rezistența diferitelor structuri.

În inginerie electrică, fierul este folosit ca conductor sub formă de fire de oțel flexibile unde sunt necesare rezistență fizică și flexibilitate, iar rezistența necesară poate fi atinsă datorită secțiunii transversale adecvate.

Având un tabel de rezistențe specifice ale diferitelor metale și aliaje, puteți calcula secțiunile transversale ale firelor din diferiți conductori.

De exemplu, să încercăm să găsim secțiunea transversală echivalentă electric a conductorilor din diferite materiale: cupru, wolfram, nichelină și sârmă de fier. Pentru cel inițial, luăm un fir de aluminiu cu o secțiune transversală de 2,5 mm.

Avem nevoie ca rezistența firului din toate aceste metale să fie egală cu rezistența celui original pe o lungime de 1 m. Rezistența aluminiului pe 1 m lungime și 2,5 mm secțiune transversală va fi egală cu

Unde R- rezistenta, ρ - rezistivitate metalică de la masă, S- arie a secțiunii transversale, L- lungime.

Înlocuind valorile inițiale, obținem rezistența unui metru de sârmă de aluminiu în ohmi.

Apoi rezolvăm formula pentru S

Vom înlocui valorile din tabel și vom obține zonele de secțiune transversală pentru diferite metale.

Deoarece rezistivitatea din tabel este măsurată pe un fir de 1 m lungime, în micro-ohmi pe secțiune de 1 mm 2, am obținut-o în micro-ohmi. Pentru a-l obține în ohmi, înmulțiți valoarea cu 10 -6. Dar numărul de ohmi cu 6 zerouri după virgulă zecimală nu este deloc necesar pentru noi, deoarece rezultatul final se găsește încă în mm 2.

După cum puteți vedea, rezistența fierului este destul de mare, firul este gros.

Dar există materiale care au și mai mult, de exemplu, nichelină sau constantan.

În ciuda faptului că acest subiect poate părea complet banal, în el voi răspunde la o întrebare foarte importantă despre calcularea pierderii de tensiune și calcularea curenților de scurtcircuit. Cred că pentru mulți dintre voi aceasta va fi aceeași descoperire ca și pentru mine.

Am studiat recent un GOST foarte interesant:

GOST R 50571.5.52-2011 Instalatii electrice de joasa tensiune. Partea 5-52. Alegerea si montarea echipamentelor electrice. Cablaj electric.

Acest document oferă o formulă pentru calcularea pierderii de tensiune și afirmă:

p este rezistivitatea conductoarelor în condiții normale, luată egală cu rezistivitatea la temperatură în condiții normale, adică 1,25 rezistivitate la 20 ° C, sau 0,0225 Ohm mm 2 / m pentru cupru și 0,036 Ohm mm 2 / m pentru aluminiu;

Nu am inteles nimic =) Se pare ca la calcularea pierderilor de tensiune si la calcularea curentilor de scurtcircuit trebuie sa tinem cont de rezistenta conductorilor, ca in conditii normale.

Este de remarcat faptul că toate valorile tabelului sunt date la o temperatură de 20 de grade.

Care sunt conditiile normale? Credeam la 30 de grade Celsius.

Să ne amintim de fizică și să calculăm la ce temperatură rezistența cuprului (aluminiului) va crește de 1,25 ori.

R1 = R0

R0 - rezistenta la 20 de grade Celsius;

R1 - rezistenta la T1 grade Celsius;

T0 - 20 de grade Celsius;

α = 0,004 pe grad Celsius (cuprul și aluminiul sunt aproape la fel);

1,25 = 1 + α (T1-T0)

T1 = (1,25-1) / α + T0 = (1,25-1) / 0,004 + 20 = 82,5 grade Celsius.

După cum puteți vedea, nu este deloc 30 de grade. Aparent, toate calculele trebuie efectuate la temperaturile maxime admise ale cablului. Temperatura maxima de functionare a cablului este de 70-90 de grade, in functie de tipul de izolatie.

Sincer să fiu, nu sunt de acord cu asta, pentru că această temperatură corespunde practic modului de urgenţă al instalaţiei electrice.

În programele mele, am stabilit rezistivitatea cuprului - 0,0175 Ohm · mm 2 / m, iar pentru aluminiu - 0,028 Ohm · mm 2 / m.

Dacă vă amintiți, am scris că în programul meu pentru calcularea curenților de scurtcircuit, rezultatul este cu aproximativ 30% mai mic decât valorile din tabel. Acolo, rezistența buclei de fază zero este calculată automat. Am incercat sa gasesc eroarea dar nu am reusit. Aparent, inexactitatea calculului constă în rezistivitatea care este utilizată în program. Și toată lumea poate cere rezistivitatea, așa că nu ar trebui să existe întrebări la program dacă indicați rezistivitatea din documentul de mai sus.

Dar în programele pentru calcularea pierderilor de tensiune, cel mai probabil va trebui să fac modificări. Acest lucru va crește rezultatele calculului cu 25%. Deși în programul ELECTRIC, pierderile de tensiune sunt aproape la fel ca ale mele.

Dacă ați venit prima dată pe acest blog, atunci vă puteți familiariza cu toate programele mele de pe pagină

După părerea dumneavoastră, la ce temperatură trebuie luată în considerare pierderea de tensiune: la 30 sau 70-90 de grade? Există documente de reglementare care să răspundă la această întrebare?

Substanțele și materialele capabile să conducă curentul electric se numesc conductori. Restul sunt clasificate ca dielectrice. Dar nu există dielectrici puri, toți conduc și curentul, dar valoarea acestuia este foarte mică.

Dar conductorii conduc curentul în moduri diferite. Conform formulei lui Georg Ohm, curentul care trece printr-un conductor este liniar proporțional cu cantitatea de tensiune aplicată acestuia și invers proporțional cu o valoare numită rezistență.

Unitatea de măsură a rezistenței a fost numită Ohm după omul de știință care a descoperit această dependență. Dar s-a dovedit că conductorii din materiale diferite și care au aceleași dimensiuni geometrice au rezistență electrică diferită. Pentru a determina rezistența unui conductor de lungime și secțiune transversală cunoscute, a fost introdus conceptul de rezistivitate - un coeficient care depinde de material.


Ca urmare, rezistența unui conductor de lungime și secțiune transversală cunoscute va fi egală cu


Rezistivitatea se aplică nu numai solidelor, ci și lichidelor. Dar valoarea sa depinde și de impuritățile sau alte componente din materia primă. Apa pura nu conduce electricitatea, fiind dielectrica. Dar în natură, apa distilată nu există; în ea se găsesc întotdeauna săruri, bacterii și alte impurități. Acest cocktail este un conductor rezistiv de curent electric.


Prin introducerea diverșilor aditivi în metale se obțin materiale noi - aliaje, a cărei rezistivitate diferă de cea a materiei prime, chiar dacă adaosul la acesta în procente este nesemnificativ.

Rezistivitate față de temperatură

Rezistivitățile materialelor sunt date în cărțile de referință pentru temperaturi apropiate de temperatura camerei (20 ° C). Pe măsură ce temperatura crește, rezistența materialului crește. De ce se întâmplă?

Curentul electric din interiorul materialului este condus electroni liberi... Sub acțiunea unui câmp electric, ei se desprind de atomii lor și se deplasează între ei în direcția dată de acest câmp. Atomii unei substanțe formează o rețea cristalină, între nodurile căreia se mișcă un flux de electroni, numit și „gazul de electroni”. Locurile de rețea (atomi) vibrează sub influența temperaturii. De asemenea, electronii înșiși se mișcă nu în linie dreaptă, ci de-a lungul unei traiectorii încurcate. Procedând astfel, ei se ciocnesc adesea de atomi, schimbând traiectoria mișcării. În unele momente, electronii se pot deplasa în direcția opusă direcției curentului electric.

Odată cu creșterea temperaturii, amplitudinea vibrațiilor atomice crește. Ciocnirea electronilor cu ei are loc mai des, mișcarea fluxului de electroni încetinește. Din punct de vedere fizic, aceasta este exprimată printr-o creștere a rezistivității.

Un exemplu de utilizare a dependenței de temperatură a rezistivității este funcționarea unei lămpi cu incandescență. Bobina de wolfram, din care este realizat filamentul, în momentul pornirii are o rezistivitate scăzută. Curentul de pornire în momentul pornirii îl încălzește rapid, rezistivitatea crește, iar curentul scade, devenind nominal.

Același proces are loc cu elementele de încălzire cu nicrom. Prin urmare, este imposibil să se calculeze modul lor de funcționare prin determinarea lungimii unui fir nicrom dintr-o secțiune cunoscută pentru a crea rezistența necesară. Pentru calcule, aveți nevoie de rezistivitatea firului încălzit, iar cărțile de referință oferă valori pentru temperatura camerei. Prin urmare, lungimea finală a spiralei de nicrom este ajustată experimental. Calculele determină lungimea aproximativă, iar la montare, filetul este scurtat treptat secțiune cu secțiune.

Coeficient de rezistență la temperatură

Dar nu în toate dispozitivele, prezența unei dependențe a rezistivității conductorilor de temperatură este benefică. În tehnologia de măsurare, o modificare a rezistenței elementelor circuitului duce la apariția unei erori.

Pentru a determina cantitativ dependența rezistenței materialului de temperatură, a fost introdus conceptul coeficient de rezistență la temperatură (TCR)... Arată cât de mult se schimbă rezistența materialului atunci când temperatura se schimbă cu 1 ° C.

Pentru fabricarea componentelor electronice - rezistențe utilizate în circuitele echipamentelor de măsură, se folosesc materiale cu un TCR scăzut. Sunt mai scumpe, dar parametrii dispozitivului nu se modifică într-o gamă largă de temperaturi ambientale.

Dar sunt folosite și proprietățile materialelor cu TCS ridicat. Funcționarea unor senzori de temperatură se bazează pe o modificare a rezistenței materialului din care este realizat elementul de măsurare. Pentru a face acest lucru, trebuie să mențineți o tensiune de alimentare stabilă și să măsurați curentul care trece prin element. După calibrarea scalei dispozitivului care măsoară curentul cu un termometru de referință, se obține un contor electronic de temperatură. Acest principiu este folosit nu numai pentru măsurători, ci și pentru senzorii de supraîncălzire. Dispozitiv de deconectare în cazul unor moduri de funcționare anormale care conduc la supraîncălzirea înfășurărilor transformatoarelor sau a elementelor semiconductoare de putere.

Folosit în inginerie electrică și elemente care își schimbă rezistența nu din temperatura ambiantă, ci din curentul prin ele - termistori... Un exemplu de utilizare a acestora sunt sistemele de demagnetizare a tuburilor catodice ale televizoarelor și monitoarelor. Când se aplică tensiune, rezistența rezistorului este minimă, curentul prin acesta trece în bobina de demagnetizare. Dar același curent încălzește materialul termistorului. Rezistența acestuia crește, scăzând curentul și tensiunea bobinei. Și așa - până la dispariția sa completă. Ca rezultat, bobinei este aplicată o tensiune sinusoidală cu o amplitudine care descrește ușor, care creează același câmp magnetic în spațiul său. Rezultatul este că, în momentul în care filamentul tubului se încălzește, acesta este deja demagnetizat. Și circuitul de control rămâne blocat până când dispozitivul este oprit. Apoi termistorii se vor răci și vor fi gata să funcționeze din nou.

Fenomenul de supraconductivitate

Ce se întâmplă dacă temperatura materialului este redusă? Rezistivitatea va scădea. Există o limită la care scade temperatura, numită zero absolut... Aceasta - 273 ° C... Nu există nicio temperatură sub această limită. La această valoare, rezistivitatea oricărui conductor este zero.

La zero absolut, atomii rețelei cristaline încetează să vibreze. Ca rezultat, norul de electroni se deplasează între site-urile rețelei fără să se ciocnească de ele. Rezistența materialului devine zero, ceea ce deschide posibilități de obținere a curenților infinit de mari în conductori de secțiuni transversale mici.

Fenomenul de supraconductivitate deschide noi orizonturi pentru dezvoltarea ingineriei electrice. Dar există încă dificultăți asociate cu obținerea în condiții casnice a temperaturilor ultra-scăzute necesare pentru a crea acest efect. Când problemele vor fi rezolvate, ingineria electrică va trece la un nou nivel de dezvoltare.

Exemple de utilizare a valorilor rezistivității în calcule

Ne-am familiarizat deja cu principiile de calcul a lungimii firului de nicrom pentru fabricarea unui element de încălzire. Dar există și alte situații în care este necesară cunoașterea rezistivității materialelor.

Pentru calcul circuitele dispozitivelor de împământare se folosesc coeficienţi corespunzători solurilor tipice. Dacă tipul de sol de la locul dispozitivului buclei de pământ este necunoscut, atunci pentru calcule corecte, rezistivitatea acestuia este măsurată preliminar. Deci, rezultatele calculului sunt mai precise, ceea ce exclude ajustarea parametrilor circuitului în timpul producției: adăugarea numărului de electrozi, ceea ce duce la o creștere a dimensiunilor geometrice ale dispozitivului de împământare.


Rezistivitatea materialelor din care sunt realizate liniile de cablu și barele colectoare este utilizată pentru a calcula rezistența lor activă. În viitor, la curentul nominal de sarcină cu ajutorul acestuia se calculează valoarea tensiunii la capătul liniei... Dacă valoarea sa se dovedește a fi insuficientă, atunci secțiunile transversale ale conductorilor sunt mărite în avans.

14.04.2018

Conductorii din cupru, aluminiu, aliajele acestora și fier (oțel) sunt utilizați ca piese conductoare în instalațiile electrice.

Cuprul este unul dintre cele mai bune materiale conductoare. Densitatea cuprului la 20 ° C este de 8,95 g / cm 3, punctul de topire este de 1083 ° C. Cuprul este puțin activ din punct de vedere chimic, dar se dizolvă ușor în acid azotic și se dizolvă în acizi clorhidric și sulfuric diluați numai în prezența oxidanților. agenți (oxigen). În aer, cuprul devine rapid acoperit cu un strat subțire de oxid de culoare închisă, dar această oxidare nu pătrunde adânc în metal și servește ca protecție împotriva coroziunii ulterioare. Cuprul se pretează bine la forjare și laminare fără încălzire.

Folosit pentru fabricare cupru electroliticîn lingouri care conţin 99,93% cupru pur.

Conductivitatea electrică a cuprului depinde puternic de cantitatea și tipul de impurități și, într-o măsură mai mică, de tratamentul mecanic și termic. la 20 ° C este 0,0172-0,018 ohm x mm2 / m.

Pentru fabricarea conductoarelor se folosește cupru moale, semidur sau dur cu greutate specifică, respectiv 8,9, 8,95 și, respectiv, 8,96 g/cm3.

Pentru fabricarea pieselor de piese sub tensiune este utilizat pe scară largă cupru în aliaje cu alte metale... Următoarele aliaje sunt cele mai utilizate.

Alama este un aliaj de cupru cu zinc, care conține cel puțin 50% cupru în aliaj, cu aditivi ai altor metale. alama 0,031 - 0,079 ohm x mm2/m. Distingeți alamă - tombak cu un conținut de cupru de peste 72% (are ductilitate ridicată, proprietăți anticorozive și anti-fricțiune) și alamă specială cu aditivi din aluminiu, staniu, plumb sau mangan.

Contact din alamă

Bronzurile sunt un aliaj de cupru și staniu cu aditivi din diferite metale. În funcție de conținutul principalului component al bronzului din aliaj, ele se numesc staniu, aluminiu, siliciu, fosfor, cadmiu. Rezistivitatea bronzului 0,021 - 0,052 ohmi x mm 2 / m.

Alama și bronzul se disting prin proprietăți mecanice și fizico-chimice bune. Sunt ușor de manevrat prin turnare și presiune și sunt rezistente la coroziunea atmosferică.

Aluminiu - prin calitățile sale al doilea material conductor după cupru. Punct de topire 659,8 ° C. Densitatea aluminiului la o temperatură de 20 ° este de 2,7 g / cm 3. Aluminiul este ușor de turnat și funcționează bine. La o temperatură de 100 - 150 ° C, aluminiul este forjabil și ductil (poate fi rulat în foi de până la 0,01 mm grosime).

Conductivitatea electrică a aluminiului depinde foarte mult de impurități și puțin de tratamentul mecanic și termic. Cu cât compoziția aluminiului este mai pură, cu atât conductivitatea electrică a acestuia este mai mare și o rezistență mai bună la atacul chimic. Prelucrarea, laminarea și recoacerea afectează în mod semnificativ rezistența mecanică a aluminiului. Prelucrarea la rece a aluminiului crește duritatea, elasticitatea și rezistența la tracțiune. Rezistivitatea aluminiului la 20 ° C 0,026 - 0,029 ohmi x mm 2 / m.

La înlocuirea cuprului cu aluminiu, secțiunea transversală a conductorului trebuie mărită în raport cu conductivitățile, adică de 1,63 ori.

Cu o conductivitate egală, un conductor de aluminiu va fi de 2 ori mai ușor decât unul de cupru.

Pentru fabricarea conductorilor se folosește aluminiu care conține cel puțin 98% aluminiu pur, siliciu nu mai mult de 0,3%, fier nu mai mult de 0,2%

Pentru fabricarea de piese de folosire a pieselor sub tensiune aliaje de aluminiu cu alte metale, de exemplu: duraluminiu - un aliaj de aluminiu cu cupru și mangan.

Silumin este un aliaj usor de turnare din aluminiu cu un amestec de siliciu, magneziu, mangan.

Aliajele de aluminiu au proprietăți bune de turnare și rezistență mecanică ridicată.

Următoarele sunt cele mai utilizate pe scară largă în inginerie electrică aliaje de aluminiu:

Aliaj de aluminiu forjat al mărcii AD, având aluminiu nu mai puțin de 98,8 și alte impurități până la 1,2.

Aliaj de aluminiu forjat grad AD1, având aluminiu de cel puțin 99,3 și alte impurități până la 0,7.

Aliaj de aluminiu forjat grad AD31, având aluminiu 97,35 - 98,15 și alte impurități 1,85 - 2,65.

Aliajele de clase AD și AD1 sunt utilizate pentru fabricarea carcaselor și matrițelor pentru cleme de feronerie. Profilele și anvelopele sunt realizate din aliaj de calitate AD31, care sunt utilizate pentru conductorii electrici.

Ca rezultat al tratamentului termic, produsele fabricate din aliaje de aluminiu dobândesc rezistență maximă ridicată și limită de curgere (fluaj).

Fier - punct de topire 1539 ° C. Densitatea fierului este de 7,87. Fierul se dizolvă în acizi, este oxidat de halogeni și oxigen.

În inginerie electrică sunt utilizate diferite clase de oțel, de exemplu:

Oțelurile carbon sunt aliaje maleabile de fier cu carbon și alte impurități metalurgice.

Rezistența specifică a oțelurilor carbon este de 0,103 - 0,204 ohm x mm 2 / m.

Oțeluri aliate - aliaje cu aditivi suplimentari la oțel carbon de crom, nichel și alte elemente.

Otelurile sunt bune.

Ca aditivi pentru aliaje, precum și pentru fabricarea de lipit și punerea în aplicare a metalelor conductoare, următoarele sunt utilizate pe scară largă:

Cadmiul este un metal maleabil. Punctul de topire al cadmiului este de 321 ° C. Rezistivitate 0,1 ohm x mm 2 / m. În inginerie electrică, cadmiul este utilizat pentru prepararea lipiturilor cu punct de topire scăzut și pentru acoperiri de protecție (placare cu cadmiu) pe suprafața metalelor. În proprietățile sale anticorozive, cadmiul este aproape de zinc, dar straturile de cadmiu sunt mai puțin poroase și sunt aplicate într-un strat mai subțire decât zincul.

Nichel - punct de topire 1455 ° C. Rezistivitatea nichelului 0,068 - 0,072 ohm x mm 2 / m. La temperaturi normale, nu este oxidat de oxigenul atmosferic. Nichelul este folosit în aliaje și pentru acoperirea de protecție (nichelare) a suprafețelor metalice.

Staniu - punct de topire 231,9 ° C. Rezistența specifică a staniului este de 0,124 - 0,116 ohm x mm 2 / m. Staniul este folosit pentru lipirea unui strat protector (coitorizare) a metalelor în formă pură și sub formă de aliaje cu alte metale.

Plumb - punct de topire 327,4 ° C. Rezistenta specifica 0,217 - 0,227 ohm x mm 2 / m. Plumbul este folosit în aliaje cu alte metale ca material rezistent la acizi. Se adaugă aliajelor de lipit (lipituri).

Argintul este un metal foarte maleabil, ductil. Punctul de topire al argintului este de 960,5 ° C. Argintul este cel mai bun conductor de căldură și curent electric. Rezistența specifică a argintului este de 0,015 - 0,016 ohm x mm 2 / m. Argintul este folosit pentru acoperirea protectoare (argintirea) suprafeței metalelor.

Antimoniul este un metal fragil, strălucitor, cu un punct de topire de 631 ° C. Antimoniul este folosit ca aditivi în aliajele de lipire (lipituri).

Cromul este un metal dur, strălucitor. Punct de topire 1830 ° C. Nu se schimbă în aer la temperaturi normale. Rezistența specifică a cromului este de 0,026 ohm x mm 2 / m. Cromul este utilizat în aliaje și pentru acoperirea de protecție (cromarea) a suprafețelor metalice.

Zinc - punct de topire 419,4 ° C. Rezistivitatea zincului 0,053 - 0,062 ohmi x mm 2 / m. În aerul umed, zincul se oxidează, devenind acoperit cu un strat de oxid, care protejează împotriva influențelor chimice ulterioare. În electrotehnică, zincul este utilizat ca aditiv în aliaje și lipituri, precum și pentru o acoperire de protecție (galvanizare) a suprafețelor pieselor metalice.

De îndată ce electricitatea a părăsit laboratoarele oamenilor de știință și a început să fie introdusă pe scară largă în practica vieții de zi cu zi, a apărut întrebarea despre căutarea materialelor cu anumite caracteristici, uneori complet opuse, în raport cu fluxul de curent electric prin ele.

De exemplu, la transmiterea energiei electrice pe o distanță lungă, cerințele pentru minimizarea pierderilor datorate încălzirii Joule în combinație cu caracteristicile de greutate redusă au fost impuse materialului de sârmă. Un exemplu în acest sens sunt liniile electrice de înaltă tensiune familiare realizate din fire de aluminiu cu miez de oțel.

Sau, invers, pentru a crea încălzitoare electrice tubulare compacte, au fost necesare materiale cu rezistență electrică relativ mare și rezistență la temperatură ridicată. Cel mai simplu exemplu de aparat care utilizează materiale cu proprietăți similare este arzătorul unei sobe electrice obișnuite de bucătărie.

Conductorii utilizați în biologie și medicină ca electrozi, sonde și sonde necesită rezistență chimică ridicată și compatibilitate cu biomaterialele, combinate cu rezistență scăzută la contact.

O întreagă galaxie de inventatori din diferite țări: Anglia, Rusia, Germania, Ungaria și SUA și-au pus eforturile pentru dezvoltarea unui astfel de dispozitiv acum familiar tuturor ca lampă incandescentă. Thomas Edison, după ce a efectuat mai mult de o mie de experimente pentru a testa proprietățile materialelor potrivite pentru rolul filamentelor, a creat o lampă cu o spirală de platină. Lămpile Edison, deși aveau o durată de viață lungă, nu erau practice din cauza costului ridicat al materiei prime.

Lucrările ulterioare ale inventatorului rus Lodygin, care a propus utilizarea ca materiale de tungsten și molibden refractar relativ ieftine cu o rezistivitate mai mare, au găsit aplicații practice. În plus, Lodygin a sugerat pomparea aerului din cilindrii lămpilor cu incandescență, înlocuirea acestuia cu gaze inerte sau nobile, ceea ce a dus la crearea lămpilor cu incandescență moderne. Pionierul producției în masă a lămpilor electrice accesibile și durabile a fost General Electric, căreia Lodygin i-a cesionat drepturile asupra patentelor sale și apoi a lucrat cu succes în laboratoarele companiei pentru o lungă perioadă de timp.

Această listă poate fi continuată, întrucât mintea umană iscoditoare este atât de inventiva încât uneori, pentru a rezolva o anumită problemă tehnică, are nevoie de materiale cu proprietăți nevăzute până acum sau cu combinații incredibile ale acestor proprietăți. Natura nu mai poate ține pasul cu apetitul nostru, iar oamenii de știință din întreaga lume s-au alăturat cursei pentru a crea materiale care nu au analogi naturali.

Este conectarea deliberată a carcasei sau carcasei dispozitivelor electrice la un dispozitiv de protecție la pământ. De obicei, împământarea se realizează sub formă de benzi de oțel sau cupru, țevi, tije sau colțuri îngropate în pământ la o adâncime mai mare de 2,5 metri, care, în caz de urgență, asigură fluxul de curent de-a lungul circuitului. a dispozitivului - carcasă sau carcasă - masă - fir neutru al sursei AC. Rezistența acestui circuit nu trebuie să fie mai mare de 4 ohmi. În acest caz, tensiunea de pe corpul dispozitivului de urgență este redusă la valori care sunt sigure pentru oameni, iar dispozitivele de protecție automată ale circuitului electric deconectează într-un fel sau altul dispozitivul de urgență.

La calcularea elementelor de împământare de protecție, cunoașterea rezistivității solurilor joacă un rol esențial, care poate varia într-o gamă largă.

În conformitate cu datele din tabelele de referință, aria dispozitivului de împământare este selectată, numărul de elemente de împământare și proiectarea reală a întregului dispozitiv sunt calculate din aceasta. Legarea elementelor structurale ale dispozitivului de împământare de protecție se face prin sudare.

Electrotomografie

Explorarea electrică studiază mediul geologic din apropierea suprafeței, este folosită pentru a căuta minereu și minerale nemetalice și alte obiecte pe baza studiului diferitelor câmpuri electrice și electromagnetice artificiale. Un caz special de explorare electrică este tomografia cu rezistivitate electrică - o metodă de determinare a proprietăților rocilor prin rezistivitatea lor.

Esența metodei este că la o anumită poziție a sursei de câmp electric, tensiunea este măsurată pe diverse sonde, apoi sursa de câmp este mutată în alt loc sau comutată în altă sursă și măsurătorile sunt repetate. Sursele de câmp și sondele receptor de câmp sunt plasate la suprafață și în foraje.

Apoi datele obținute sunt prelucrate și interpretate folosind metode moderne de procesare computerizată care permit vizualizarea informațiilor sub formă de imagini bidimensionale și tridimensionale.

Ca metodă de căutare foarte precisă, electrotomografia este un ajutor neprețuit pentru geologi, arheologi și paleozoologi.

Determinarea formei de apariție a zăcămintelor minerale și a limitelor distribuției lor (delimitarea) face posibilă identificarea apariției zăcămintelor de minerale, ceea ce reduce semnificativ costurile dezvoltării ulterioare a acestora.

Pentru arheologi, această metodă de căutare oferă informații valoroase despre locația înmormântărilor antice și prezența artefactelor în acestea, reducând astfel costurile de excavare.

Paleozoologii folosesc electrotomografia pentru a căuta rămășițele fosilizate ale animalelor antice; rezultatele muncii lor pot fi văzute în muzeele de științe naturale sub formă de reconstituiri uimitoare ale scheletelor megafaunei preistorice.

În plus, electrotomografia este utilizată în construcția și exploatarea ulterioară a structurilor de inginerie: clădiri înalte, diguri, diguri, terasamente și altele.

Determinarea rezistivității în practică

Uneori, pentru a rezolva probleme practice, ne putem confrunta cu sarcina de a determina compoziția unei substanțe, de exemplu, un fir pentru un tăietor de spumă de polistiren. Avem două bobine de sârmă cu un diametru adecvat din diverse materiale necunoscute. Pentru a rezolva problema, este necesar să găsiți rezistivitatea lor electrică și apoi, prin diferența dintre valorile găsite sau din tabelul de referință, să determinați materialul firului.

Măsurați cu o bandă de măsurare și tăiați 2 metri de sârmă din fiecare probă. Determinați diametrele firelor d₁ și d₂ cu un micrometru. Pornind multimetrul la limita inferioară a măsurării rezistenței, măsuram rezistența probei R₁. Repetăm ​​procedura pentru o altă probă și, de asemenea, îi măsurăm rezistența R₂.

Vom lua în considerare faptul că aria secțiunii transversale a firelor este calculată prin formula

S = π ∙ d 2/4

Acum formula pentru calcularea rezistivității electrice va arăta astfel

ρ = R ∙ π ∙ d 2/4 ∙ L

Înlocuind valorile obținute ale lui L, d₁ și R₁ în formula de calcul a rezistivității din articolul de mai sus, calculăm valoarea lui ρ₁ pentru prima probă.

ρ 1 = 0,12 ohm mm 2 / m

Înlocuind valorile obținute ale lui L, d₂ și R₂ în formulă, calculăm valoarea lui ρ₂ pentru a doua probă.

ρ 2 = 1,2 ohm mm 2 / m

Dintr-o comparație a valorilor lui ρ₁ și ρ₂ cu datele de referință din tabelul 2 de mai sus, concluzionăm că materialul primului eșantion este oțel, iar al doilea este nicrom, din care vom face șirul de tăiere.

Ei numesc capacitatea unui metal de a trece un curent încărcat prin el însuși. La rândul său, rezistența este una dintre caracteristicile materialului. Cu cât este mai mare rezistența electrică la o anumită tensiune, cu atât va fi mai mică.Caracterizează forța de rezistență a conductorului la mișcarea electronilor încărcați direcționați de-a lungul acestuia. Deoarece proprietatea de transmisie a energiei electrice este reciproca rezistenței, înseamnă că aceasta va fi exprimată sub formă de formule ca raport 1 / R.

Rezistivitatea depinde întotdeauna de calitatea materialului utilizat la fabricarea dispozitivelor. Se măsoară pe baza parametrilor unui conductor cu o lungime de 1 metru și o secțiune transversală de 1 milimetru pătrat. De exemplu, proprietatea de rezistență specifică a cuprului este întotdeauna egală cu 0,0175 Ohm, pentru aluminiu - 0,029, fier - 0,135, constantan - 0,48, nicrom - 1-1,1. Rezistența specifică a oțelului este egală cu numărul 2 * 10-7 Ohm.m

Rezistența la curent este direct proporțională cu lungimea conductorului de-a lungul căruia se mișcă. Cu cât dispozitivul este mai lung, cu atât valoarea rezistenței este mai mare. Va fi mai ușor de asimilat această dependență dacă ne imaginăm două perechi imaginare de vase comunicând între ele. Lăsați tubul de conectare să rămână mai subțire pentru o pereche de dispozitive și mai gros pentru celălalt. Când ambele perechi sunt umplute cu apă, trecerea lichidului în tubul gros se va dovedi mult mai rapidă, deoarece va avea mai puțină rezistență la revărsarea apei. Prin această analogie, este mai ușor pentru el să meargă de-a lungul unui conductor gros decât al unuia subțire.

Rezistivitatea, ca unitate SI, se măsoară cu Ohm.m. Conductibilitatea depinde de lungimea medie de zbor liber a particulelor încărcate, care este caracterizată de structura materialului. Metale fara impuritati, in care cele mai corecte au cele mai putine valori de rezistenta. În schimb, impuritățile distorsionează rețeaua, crescând astfel performanța acesteia. Rezistivitatea metalelor este situată într-un interval restrâns de valori la temperatură normală: de la argint de la 0,016 la 10 μOhm m (aliaje de fier și crom cu aluminiu).

Despre caracteristicile mișcării încărcatului

a electronilor dintr-un conductor este influențată de temperatură, deoarece odată cu creșterea acesteia crește amplitudinea oscilațiilor undei ale ionilor și atomilor existenți. Ca rezultat, electronii au mai puțin spațiu liber pentru mișcarea normală în rețeaua cristalină. Aceasta înseamnă că obstacolul în calea mișcării ordonate crește. Rezistivitatea oricărui conductor, ca de obicei, crește liniar odată cu creșterea temperaturii. Și pentru semiconductori, dimpotrivă, este caracteristică o scădere cu creșterea gradelor, deoarece din această cauză se eliberează multe sarcini, care creează direct un curent electric.

Procesul de răcire a unor conductori metalici la o temperatură cunoscută aduce rezistivitatea lor la o stare bruscă și scade la zero. Acest fenomen a fost descoperit în 1911 și numit supraconductivitate.

Rezistență electrică -mărime fizică care arată ce fel de obstacol este creat de curent atunci când acesta trece prin conductor... Unitățile de măsură sunt Ohmii, în onoarea lui Georg Ohm. În legea sa, el a derivat o formulă pentru găsirea rezistenței, care este dată mai jos.

Luați în considerare rezistența conductorilor care folosesc metale ca exemplu. Metalele au o structură internă sub forma unei rețele cristaline. Această zăbrele are o ordonare strictă, iar site-urile sale sunt ioni încărcați pozitiv. Purtătorii de sarcină din metal sunt electroni „liberi”, care nu aparțin unui anumit atom, ci se mișcă aleatoriu între site-urile rețelei. Din fizica cuantică se știe că mișcarea electronilor într-un metal este propagarea unei unde electromagnetice într-un solid. Adică, un electron dintr-un conductor se mișcă cu viteza luminii (practic) și s-a dovedit că prezintă proprietăți nu numai ca particulă, ci și ca undă. Și rezistența metalului apare ca urmare a împrăștierii undelor electromagnetice (adică electroni) asupra vibrațiilor termice ale rețelei și a defectelor sale. Când electronii se ciocnesc cu locurile rețelei cristaline, o parte din energie este transferată către locuri, în urma căreia este eliberată energie. Această energie poate fi calculată la curent constant, datorită legii Joule-Lenz - Q = I 2 Rt. După cum puteți vedea, cu cât rezistența este mai mare, cu atât se eliberează mai multă energie.

Rezistivitate

Există un concept atât de important ca rezistivitatea, aceasta este aceeași rezistență, doar într-o unitate de lungime. Fiecare metal are propriul său, de exemplu, pentru cupru este de 0,0175 Ohm * mm2 / m, pentru aluminiu 0,0271 Ohm * mm2 / m. Aceasta înseamnă că o bară de cupru cu o lungime de 1 m și o secțiune transversală de 1 mm2 va avea o rezistență de 0,0175 Ohm, iar aceeași bară, dar din aluminiu, va avea o rezistență de 0,0271 Ohm. Se pare că conductivitatea electrică a cuprului este mai mare decât cea a aluminiului. Fiecare metal are propria rezistență specifică și puteți calcula rezistența întregului conductor folosind formula

Unde p Este rezistivitatea metalului, l este lungimea conductorului, s este aria secțiunii transversale.

Valorile specifice de rezistență sunt date în masa de rezistivitate metalica(20 ° C)

Substanţă

p, Ohm * mm 2/2

a, 10-31/K

Aluminiu

0.0271

Tungsten

0.055

Fier

0.098

Aur

0.023

Alamă

0.025-0.06

Manganin

0.42-0.48

0,002-0,05

Cupru

0.0175

Nichel

Constantan

0.44-0.52

0.02

Nicrom

0.15

Argint

0.016

Zinc

0.059

Pe lângă rezistivitate, tabelul conține valorile TCR, despre acest coeficient puțin mai târziu.

Dependența rezistivității de deformații

În timpul prelucrării la rece a metalelor prin presiune, metalul suferă o deformare plastică. În timpul deformării plastice, rețeaua cristalină este distorsionată, iar numărul de defecte devine mai mare. Odată cu creșterea defectelor rețelei cristaline, rezistența la fluxul de electroni prin conductor crește, prin urmare, rezistivitatea metalului crește. De exemplu, un fir este realizat prin tragere, ceea ce înseamnă că metalul suferă o deformare plastică, în urma căreia rezistivitatea crește. În practică, pentru a reduce rezistența, se utilizează recoacere de recristalizare, acesta este un proces tehnologic complex, după care rețeaua cristalină, așa cum spune, se „îndreaptă” și numărul de defecte scade, prin urmare, și rezistența metalului.

Când este întins sau comprimat, metalul suferă o deformare elastică. Odată cu deformarea elastică cauzată de întindere, amplitudinile vibrațiilor termice ale nodurilor rețelei cristaline cresc, prin urmare, electronii întâmpină mari dificultăți, iar în acest sens, rezistivitatea crește. Odată cu deformarea elastică cauzată de compresie, amplitudinile vibrațiilor termice ale nodurilor scad, prin urmare, este mai ușor pentru electroni să se miște, iar rezistivitatea scade.

Efectul temperaturii asupra rezistivității

După cum am aflat deja mai sus, cauza rezistenței metalului o reprezintă nodurile rețelei cristaline și vibrațiile acestora. Deci, odată cu creșterea temperaturii, vibrațiile termice ale nodurilor cresc, ceea ce înseamnă că crește și rezistivitatea. Există o asemenea cantitate ca coeficient de rezistență la temperatură(TCS), care arată cât de mult crește sau scade rezistivitatea metalului atunci când este încălzit sau răcit. De exemplu, coeficientul de temperatură al cuprului la 20 de grade Celsius este 4.1 · 10 - 3 1 / grad. Aceasta înseamnă că atunci când, de exemplu, firul de cupru este încălzit cu 1 grad Celsius, rezistivitatea acestuia va crește cu 4.1 · 10 - 3 ohmi. Rezistivitatea la schimbarea temperaturii poate fi calculată prin formula

unde r este rezistivitatea după încălzire, r 0 este rezistivitatea înainte de încălzire, a este coeficientul de temperatură al rezistenței, t 2 este temperatura înainte de încălzire, t 1 este temperatura după încălzire.

Înlocuind valorile noastre, obținem: r = 0,0175 * (1 + 0,0041 * (154-20)) = 0,0271 Ohm * mm 2 / m. După cum puteți vedea, bara noastră de cupru de 1 m lungime și o suprafață de secțiune transversală de 1 mm 2, după încălzire la 154 de grade, ar avea o rezistență ca aceeași bară, numai din aluminiu și la o temperatură de 20 grade Celsius.

Proprietatea de modificare a rezistenței la schimbarea temperaturii, utilizată în termometrele de rezistență. Aceste instrumente pot măsura temperatura pe baza citirilor de rezistență. Termometrele de rezistență au o precizie mare de măsurare, dar intervale mici de temperatură.

În practică, proprietățile conductoarelor împiedică trecerea actual sunt folosite foarte larg. Un exemplu este o lampă cu incandescență, în care un filament de wolfram se încălzește datorită rezistenței mari a metalului, lungimii lungi și secțiunii înguste. Sau orice dispozitiv de încălzire unde bobina se încălzește datorită rezistenței sale mari. În inginerie electrică, un element a cărui principală proprietate este rezistența se numește rezistor. Rezistorul este utilizat în aproape orice circuit electric.