Are cea mai mare rezistivitate. Calculul rezistivității metalelor, în special a cuprului

Rezistivitatea metalelor este capacitatea lor de a rezista curentului electric care trece prin ele. Unitatea de măsură a acestei valori este Ohm * m (Ohm-metru). Litera greacă ρ (rho) este folosită ca simbol. Rezistivitatea ridicată înseamnă o conducție slabă a sarcinii electrice de către un anumit material.

Specificații de oțel

Înainte de a analiza în detaliu rezistivitatea oțelului, ar trebui să vă familiarizați cu proprietățile sale fizice și mecanice de bază. Datorită calităților sale, acest material este utilizat pe scară largă în sectorul de producție și în alte domenii ale vieții și activităților oamenilor.

Oțelul este un aliaj de fier și carbon, conținut într-o cantitate care nu depășește 1,7%. Pe lângă carbon, oțelul conține o anumită cantitate de impurități - siliciu, mangan, sulf și fosfor. În ceea ce privește calitățile sale, este mult mai bun decât fonta, se întărește ușor, se forjează, rulează și alte tipuri de prelucrare. Toate tipurile de oțeluri se caracterizează prin rezistență și ductilitate ridicate.

În funcție de scopul său, oțelul este împărțit în structural, instrument și, de asemenea, cu proprietăți fizice speciale. Fiecare dintre ele conține o cantitate diferită de carbon, datorită căreia materialul dobândește anumite calități specifice, de exemplu, rezistență la căldură, rezistență la căldură, rezistență la rugină și coroziune.

Un loc aparte il ocupa otelurile electrice produse in format tabla si folosite la fabricarea produselor electrice. Pentru obtinerea acestui material se efectueaza dopaje cu siliciu, care ii poate imbunatati proprietatile magnetice si electrice.

Pentru ca oțelul electric să dobândească caracteristicile necesare, trebuie îndeplinite anumite cerințe și condiții. Materialul trebuie să fie ușor magnetizat și remagnetizat, adică să aibă o permeabilitate magnetică ridicată. Astfel de oțeluri sunt bune, iar inversarea magnetizării lor se realizează cu pierderi minime.

Dimensiunile și masa miezurilor și înfășurărilor magnetice, precum și eficiența transformatoarelor și temperatura de funcționare a acestora depind de respectarea acestor cerințe. Îndeplinirea condițiilor este influențată de mulți factori, inclusiv de rezistivitatea oțelului.

Rezistivitate și alți indicatori

Valoarea rezistivității electrice este raportul dintre intensitatea câmpului electric din metal și densitatea curentului care curge în el. Pentru calcule practice se utilizează formula: în care ρ este rezistivitatea metalului (Ohm * m), E- intensitatea câmpului electric (V/m) și J- densitatea curentului electric în metal (A/m 2). Cu o putere foarte mare a câmpului electric și o densitate scăzută de curent, rezistivitatea metalului va fi ridicată.

Există o altă mărime numită conductivitate electrică, inversa rezistivității, care indică gradul de conductivitate a curentului electric de către un anumit material. Este determinat de formula și este exprimat în unități de Sm / m - Siemens pe metru.

Rezistivitatea este strâns legată de rezistența electrică. Cu toate acestea, au diferențe între ei. În primul caz, aceasta este o proprietate a materialului, inclusiv a oțelului, iar în al doilea caz, este determinată proprietatea întregului obiect. Calitatea unui rezistor este influențată de o combinație de mai mulți factori, în primul rând forma și rezistivitatea materialului din care este fabricat. De exemplu, dacă a fost folosit un fir subțire și lung pentru a face un rezistor de sârmă, atunci rezistența acestuia va fi mai mare decât cea a unui rezistor realizat dintr-un fir gros și scurt din același metal.

Un alt exemplu sunt rezistențele de sârmă de același diametru și lungime. Cu toate acestea, dacă într-unul dintre ele materialul are o rezistivitate ridicată, iar în celălalt este scăzută, atunci, în consecință, rezistența electrică în primul rezistor va fi mai mare decât în ​​al doilea.

Cunoscând proprietățile de bază ale materialului, puteți utiliza rezistivitatea oțelului pentru a determina valoarea rezistenței conductorului de oțel. Pentru calcule, pe lângă rezistivitatea electrică, vor fi necesare diametrul și lungimea firului în sine. Calculele se efectuează după următoarea formulă: , în care R este (Ohm), ρ - rezistivitatea oțelului (Ohm * m), L- corespunde lungimii firului, DAR- aria secțiunii sale transversale.

Există o dependență a rezistivității oțelului și a altor metale de temperatură. În majoritatea calculelor, se utilizează temperatura camerei - 20 0 C. Toate modificările sub influența acestui factor sunt luate în considerare folosind coeficientul de temperatură.

După cum știm din legea lui Ohm, curentul din secțiunea circuitului este în următoarea relație: I=U/R. Legea a fost derivată ca urmare a unei serii de experimente efectuate de fizicianul german Georg Ohm în secolul al XIX-lea. El a observat un model: puterea curentului în orice secțiune a circuitului depinde direct de tensiunea care este aplicată acestei secțiuni și invers - de rezistența acesteia.

Ulterior s-a constatat că rezistența secțiunii depinde de caracteristicile sale geometrice după cum urmează: R=ρl/S,

unde l este lungimea conductorului, S este aria secțiunii sale transversale și ρ este un anumit coeficient de proporționalitate.

Astfel, rezistența este determinată de geometria conductorului, precum și de un astfel de parametru precum rezistivitatea (denumită în continuare c.s.) - așa a fost numit acest coeficient. Dacă luați doi conductori cu aceeași secțiune transversală și lungime și îi puneți pe rând într-un circuit, atunci, măsurând puterea și rezistența curentului, puteți vedea că în două cazuri acești indicatori vor fi diferiți. Astfel, specific rezistență electrică- aceasta este o caracteristică a materialului din care este realizat conductorul și, pentru a fi și mai precis, substanța.

Conductivitate și rezistență

W.s. indică capacitatea unei substanțe de a bloca trecerea curentului. Dar în fizică există și o valoare inversă - conductivitatea. Arată capacitatea de a conduce electricitatea. Arata cam asa:

σ=1/ρ, unde ρ este rezistivitatea substanței.

Dacă vorbim despre conductivitate, atunci aceasta este determinată de caracteristicile purtătorilor de sarcină din această substanță. Deci, în metale există electroni liberi. Nu există mai mult de trei dintre ele pe învelișul exterior și este mai profitabil ca atomul să le „deziveze”, ceea ce se întâmplă atunci când reacții chimice cu substanțe din partea dreaptă a tabelului periodic. Într-o situație în care avem un metal pur, acesta are o structură cristalină în care acești electroni exteriori sunt comuni. Ele poartă o sarcină dacă metalului i se aplică un câmp electric.

În soluții, purtătorii de sarcină sunt ioni.

Dacă vorbim despre substanțe precum siliciul, atunci prin proprietățile sale este semiconductorși funcționează într-un mod ușor diferit, dar mai multe despre asta mai târziu. Între timp, să ne dăm seama cum diferă astfel de clase de substanțe, cum ar fi:

1. conductoare;
2. semiconductori;
3. Dielectrice.

Conductoare și dielectrice

Există substanțe care aproape nu conduc curentul. Se numesc dielectrici. Astfel de substanțe sunt capabile să se polarizeze într-un câmp electric, adică moleculele lor se pot roti în acest câmp, în funcție de modul în care sunt distribuite în ele. electroni. Dar, deoarece acești electroni nu sunt liberi, ci servesc la legarea dintre atomi, ei nu conduc curentul.

Conductivitatea dielectricilor este aproape zero, deși nu există printre ei ideali (aceasta este aceeași abstractizare ca un corp absolut negru sau un gaz ideal).

Limita condiționată a conceptului de „conductor” este ρ<10^-5 Ом, а нижний порог такового у диэлектрика - 10^8 Ом.

Între aceste două clase există substanțe numite semiconductori. Dar selecția lor într-un grup separat de substanțe este asociată nu atât cu starea lor intermediară în linia „conductivitate - rezistență”, cât cu caracteristicile acestei conductivitati în diferite condiții.

Dependența de factorii de mediu

Conductibilitatea nu este tocmai constantă. Datele din tabele, de unde se ia ρ pentru calcule, există pentru condiții normale de mediu, adică pentru o temperatură de 20 de grade. În realitate, este dificil să găsești astfel de condiții ideale pentru funcționarea circuitului; de fapt u.s. (și, prin urmare, conductivitatea) depind de următorii factori:

1. temperatura;
2. presiune;
3. prezența câmpurilor magnetice;
4. ușoară;
5. starea de agregare.

Diferitele substanțe au propriul lor program de modificări ale acestui parametru în condiții diferite. Deci, feromagneții (fier și nichel) îl măresc atunci când direcția curentului coincide cu direcția liniilor câmpului magnetic. În ceea ce privește temperatura, dependența aici este aproape liniară (există chiar și conceptul de coeficient de temperatură al rezistenței, iar aceasta este și o valoare tabelară). Dar direcția acestei dependențe este diferită: pentru metale, crește odată cu creșterea temperaturii, în timp ce pentru elementele de pământuri rare și soluțiile de electroliți crește - și aceasta este în aceeași stare de agregare.

Pentru semiconductori, dependența de temperatură nu este liniară, ci hiperbolică și inversă: pe măsură ce temperatura crește, conductivitatea lor crește. Acest lucru distinge calitativ conductorii de semiconductori. Așa arată dependența lui ρ de temperatura conductorilor:

Iată rezistivitățile cuprului, platinei și fierului. Un grafic ușor diferit pentru unele metale, de exemplu, mercur - atunci când temperatura scade la 4 K, o pierde aproape complet (acest fenomen se numește supraconductivitate).

Și pentru semiconductori, această dependență va fi cam așa:

În timpul trecerii la starea lichidă, ρ metalului crește, dar apoi toate se comportă diferit. De exemplu, în bismut topit este mai mic decât la temperatura camerei, iar în cupru este de 10 ori mai mare decât în ​​mod normal. Nichelul iese din diagrama cu linii la 400 de grade, după care ρ scade.

Dar în wolfram, dependența de temperatură este atât de mare încât provoacă arderea lămpilor incandescente. Când este pornit, curentul încălzește bobina, iar rezistența acesteia crește de câteva ori.

De asemenea la. cu. aliajele depinde de tehnologia de producere a acestora. Deci, dacă avem de-a face cu un amestec mecanic simplu, atunci rezistența unei astfel de substanțe poate fi calculată prin medie, dar este același lucru pentru un aliaj de substituție (acesta este atunci când două sau mai multe elemente sunt adăugate într-o rețea cristalină) va fi diferit, de regulă, mult mai mare. De exemplu, nicromul, din care se fac spirale pentru sobe electrice, are o astfel de cifră pentru acest parametru încât acest conductor, atunci când este conectat la circuit, se încălzește până la roșeață (de aceea, de fapt, este folosit).

Iată caracteristica ρ a oțelurilor carbon:

După cum se vede, la apropierea temperaturii de topire se stabilizează.

Rezistivitatea diverșilor conductori

Oricum ar fi, ρ este utilizat în calcule în condiții normale. Iată un tabel prin care puteți compara această caracteristică pentru diferite metale:

După cum se vede din tabel, cel mai bun dirijor este argintul. Și numai costul său împiedică utilizarea sa masivă în producția de cabluri. W.s. aluminiul este, de asemenea, mic, dar mai puțin decât cel al aurului. Din tabel devine clar de ce cablajul din case este fie din cupru, fie din aluminiu.

Tabelul nu include nichelul, care, așa cum am spus deja, are o curbă y ușor neobișnuită. cu. de la temperatură. Rezistența specifică a nichelului după ridicarea temperaturii la 400 de grade nu începe să crească, ci să scadă. Se comportă interesant și în alte aliaje de substituție. Așa se comportă un aliaj de cupru și nichel, în funcție de procentul ambelor:

Și acest grafic interesant arată rezistența aliajelor de zinc-magneziu:

Aliajele de înaltă rezistență sunt folosite ca materiale pentru fabricarea reostatelor, iată caracteristicile acestora:

Acestea sunt aliaje complexe formate din fier, aluminiu, crom, mangan, nichel.

În ceea ce privește oțelurile carbon, este de aproximativ 1,7 * 10 ^ -7 Ohm m.

Diferența dintre u. cu. diferiți conductori determină aplicarea acestora. Astfel, cuprul și aluminiul sunt utilizate pe scară largă în producția de cabluri, iar aurul și argintul sunt folosite ca contacte într-o serie de produse de inginerie radio. Conductoarele de înaltă rezistență și-au găsit locul în rândul producătorilor de aparate electrice (mai precis, au fost creați pentru asta).

Variabilitatea acestui parametru în funcție de condițiile de mediu a stat la baza unor astfel de dispozitive precum senzori de câmp magnetic, termistori, tensiometre și fotorezistoare.

14.04.2018

Ca piese conductoare in instalatiile electrice se folosesc conductori din cupru, aluminiu, aliajele acestora si fier (otel).

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 ușor 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. agenţi (oxigen). În aer, cuprul este 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 prelucrarea mecanică și termică. la 20 ° C este 0,0172-0,018 ohm x mm2 / m.

Pentru fabricarea conductorilor se folosește cuprul moale, semidur sau dur cu o greutate specifică de 8,9, 8,95 și, respectiv, 8,96 g/cm 3.

Pentru fabricarea pieselor de piese purtătoare de curent este utilizat pe scară largă cupru în aliaje cu alte metale. Cele mai utilizate aliaje sunt:

Alama este un aliaj de cupru și zinc, care conține cel puțin 50% cupru în aliaj, cu adaos de alte metale. alama 0,031 - 0,079 ohm x mm2/m. Există alamă - tompak cu un conținut de cupru de peste 72% (are ductilitate ridicată, proprietăți anticorozive și anti-fricțiune) și alame speciale cu adaos de aluminiu, staniu, plumb sau mangan.

Contact din alamă

Bronzurile sunt un aliaj de cupru și staniu cu un aditiv din diferite metale. În funcție de conținutul componentului principal din aliaj, bronzurile sunt numite staniu, aluminiu, siliciu, fosfor și cadmiu. Rezistivitatea bronzului 0,021 - 0,052 ohmi x mm 2 /m.

Alama și bronzul au proprietăți mecanice și fizico-chimice bune. Sunt ușor de prelucrat prin turnare și presiune, rezistente la coroziune atmosferică.

Aluminiu - prin calitățile sale al doilea material conductor după cupru. Punct de topire 659,8 ° C. Densitatea aluminiului la o temperatură de 20 ° - 2,7 g / cm 3. Aluminiul este ușor de turnat și bine prelucrat. La o temperatură de 100 - 150 ° C, aluminiul este forjat 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. Aluminiul prelucrat la rece își mărește duritatea, elasticitatea și rezistența la tracțiune. Rezistivitatea aluminiului la 20 ° С 0,026 - 0,029 ohmi x mm 2 / m.

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

Cu o conductivitate egală, un conductor de aluminiu va fi de 2 ori mai ușor decât un conductor 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 pieselor de piese purtătoare de curent, utilizați aliaje de aluminiu cu alte metale, de exemplu: duraluminiu - un aliaj de aluminiu cu cupru și mangan.

Silumin este un aliaj ușor de aluminiu turnat cu un amestec de siliciu, magneziu, mangan.

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

Cele mai utilizate pe scară largă în inginerie electrică sunt următoarele aliaje de aluminiu:

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

Aliaj de aluminiu forjat marca AD1, având aluminiu nu mai puțin de 99,3 n alte impurități până la 0,7.

Aliaj de aluminiu forjat marca AD31, avand aluminiu 97,35 - 98,15 si alte impuritati 1,85 -2,65.

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

Produsele realizate din aliaje de aluminiu ca urmare a tratamentului termic dobândesc rezistență ridicată la tracțiune și curgere (fluaj).

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

În inginerie electrică, se folosesc oțeluri de diferite grade, de exemplu:

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

Rezistenta specifica a otelurilor carbon este de 0,103 - 0,204 ohm x mm 2 /m.

Oțelurile aliate sunt aliaje cu adaosuri de crom, nichel și alte elemente adăugate la oțelul carbon.

Otelurile sunt bune.

Ca aditivi în aliaje, precum și pentru fabricarea lipiturilor și implementarea metalelor conductoare, sunt utilizate pe scară largă următoarele:

Cadmiul este un metal maleabil. Punctul de topire al cadmiului este de 321°C. Rezistivitate 0,1 ohm x mm 2 /m. În electrotehnică, cadmiul este utilizat pentru prepararea lipiturii cu punct de topire scăzut și pentru acoperiri de protecție (cadmiu) pe suprafețele metalice. În ceea ce privește 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. Rezistența specifică a nichelului este de 0,068 - 0,072 ohm x mm 2 /m. La temperaturi normale, nu este oxidat de oxigenul atmosferic. Nichelul este utilizat 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 utilizat pentru lipirea unui strat protector (coasitor) a metalelor în formă pură și sub formă de aliaje cu alte metale.

Plumb - punct de topire 327,4°C. Rezistivitate 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 (liduri).

Argintul este un metal foarte maleabil, maleabil. 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 de protecție (argintirea) suprafețelor metalice.

Antimoniul este un metal fragil, lucios, cu punct de topire 631°C. Antimoniul este folosit sub formă de aditivi în aliajele de lipit (lipituri).

Cromul este un metal dur, strălucitor. Punct de topire 1830°C. Nu se schimbă în aer la temperatura normală. Rezistența specifică a cromului este de 0,026 ohm x mm 2 /m. Cromul este utilizat în aliaje și pentru acoperirea de protecție (cromare) 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 atacurilor 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, s-a pus problema găsirii unor materiale care au anumite caracteristici, uneori complet opuse, în raport cu fluxul de curent electric prin ele.

De exemplu, la transmiterea energiei electrice pe o distanță lungă, au fost impuse cerințe asupra materialului firelor pentru a minimiza pierderile datorate încălzirii Joule în combinație cu caracteristicile de greutate redusă. 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 o rezistență electrică relativ mare și stabilitate termică ridicată. Cel mai simplu exemplu de dispozitiv care utilizează materiale cu proprietăți similare este arzătorul unei sobe electrice obișnuite de bucătărie.

De la conductorii utilizați în biologie și medicină ca electrozi, sonde și sonde, sunt necesare 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 în 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 materialului sursă.

Lucrările ulterioare ale inventatorului rus Lodygin, care a propus folosirea tungstenului și molibdenului refractar relativ ieftine cu o rezistivitate mai mare ca materiale cu filet, a găsit o aplicație practică. În plus, Lodygin a propus pomparea aerului din becurile incandescente, 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, deoarece mintea umană iscoditoare este atât de inventiva încât uneori, pentru a rezolva o anumită problemă tehnică, are nevoie de materiale cu proprietăți până acum necunoscute sau cu combinații incredibile ale acestor proprietăți. Natura nu mai ține pasul cu poftele noastre, iar oameni de știință din întreaga lume s-au alăturat cursei pentru a crea materiale care nu au analogi naturali.

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

La calcularea elementelor de împământare de protecție, cunoașterea rezistivității solurilor joacă un rol semnificativ, 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. Conectarea elementelor structurale ale dispozitivului de legare la pământ de protecție se realizează 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 se fac măsurători de tensiune 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 puțuri.

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

Fiind o metodă de căutare foarte precisă, electrotomografia oferă o asistență neprețuită geologilor, arheologilor și paleozoologilor.

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

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 resturi fosilizate de animale antice; rezultatele muncii lor pot fi văzute în muzeele de științe naturale sub formă de reconstituiri uimitoare ale scheletelor megafaunei preistorice.

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

Definițiile 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 nouă. Pentru a rezolva problema, este necesar să găsiți rezistivitatea lor electrică și apoi să determinați materialul firului folosind diferența dintre valorile găsite sau folosind un tabel de referință.

Măsurăm cu o bandă de măsurare și tăiem 2 metri de sârmă din fiecare probă. Să determinăm 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.

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

S \u003d 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 \u003d 0,12 ohmi mm 2 / m

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

ρ 2 \u003d 1,2 ohmi mm 2 / m

Din compararea valorilor lui ρ₁ și ρ₂ cu datele de referință din tabelul 2 de mai sus, ajungem la concluzia că materialul primului eșantion este oțel, iar cel de-al doilea eșantion este nicrom, din care vom face șirul de tăiere.

Capacitatea unui metal de a trece un curent încărcat prin el însuși se numește. La rândul său, rezistența este una dintre caracteristicile materialului. Cu cât este mai mare rezistența electrică la o anumită tensiune, cu atât aceasta 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 suprafață a secțiunii transversale de 1 milimetru pătrat. De exemplu, proprietatea rezistenței specifice a cuprului este întotdeauna 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 rezistența este mai mare. Va fi mai ușor să înveți această dependență dacă îți imaginezi 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 va fi mult mai rapidă, deoarece va avea mai puțină rezistență la curgerea apei. Prin această analogie, este mai ușor pentru el să treacă de-a lungul unui conductor gros decât unul subțire.

Rezistivitatea, ca unitate SI, se măsoară în ohm.m. Conductibilitatea depinde de calea liberă medie a particulelor încărcate, care este caracterizată de structura materialului. Metalele fara impuritati, in care cea mai corecta, au cele mai mici valori de contracarare. 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

electronii dintr-un conductor sunt afectați de temperatură, deoarece pe măsură ce aceasta crește, amplitudinea oscilațiilor undei ale ionilor și atomilor existenți crește. Ca rezultat, electronii au mai puțin spațiu liber pentru mișcarea normală în rețeaua cristalină. Și asta 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 grade crescânde, deoarece din această cauză se eliberează multe sarcini care creează direct un curent electric.

Procesul de răcire a unor conductori metalici la temperatura dorită, aduce rezistivitatea lor la o stare asemănătoare unui salt și scade la zero. Acest fenomen a fost descoperit în 1911 și numit supraconductivitate.

• Constantan (58,8 Cu, 40 Ni, 1,2 Mn)
• Manganin (85 Cu, 12 Mn, 3 Ni)
• Nichel-argint (65 Cu, 20 Zn, 15 Ni)
• Nichelină (54 Cu, 20 Zn, 26 Ni)
• Nicrom (67,5 Ni, 15 Cr, 16 Fe, 1,5 Mn)
• Reonat (84Cu, 12Mn, 4 Zn)
• Fechral (80 Fe, 14 Cr, 6 Al)

Rezistivitatea nicromului

Fiecare corp prin care trece un curent electric îi oferă automat o anumită rezistență. Proprietatea unui conductor de a rezista curentului electric se numește rezistență electrică.

Luați în considerare teoria electronică a acestui fenomen. Când se deplasează de-a lungul unui conductor, electronii liberi se întâlnesc în mod constant cu alți electroni și atomi pe drumul lor. Interacționând cu ele, un electron liber își pierde o parte din sarcina sa. Astfel, electronii întâmpină rezistență din partea materialului conductor. Fiecare corp are propria sa structură atomică, care oferă rezistență diferită la curentul electric. Unitatea de rezistență este ohmul. Rezistenta materialelor este indicata - R sau r.

Cu cât rezistența conductorului este mai mică, cu atât trece mai ușor curentul electric prin acest corp. Și invers: cu cât rezistența este mai mare, cu atât corpul conduce mai rău curentul electric.

Rezistența fiecărui conductor individual depinde de proprietățile materialului din care este fabricat. Pentru a caracteriza cu exactitate rezistența electrică a unui material a fost introdus conceptul - rezistență specifică (nicrom, aluminiu etc.). Rezistența specifică este considerată a fi rezistența unui conductor de până la 1 m lungime, a cărui secțiune transversală este de 1 mp. mm. Acest indicator este notat cu litera p. Fiecare material folosit la fabricarea unui conductor are propria sa rezistivitate. De exemplu, luați în considerare rezistivitatea nicromului și fechralului (mai mult de 3 mm):

• Х15Н60 — 1,13 Ohm*mm/m
• Kh23Yu5T - 1,39 Ohm * mm / m
• Х20Н80 — 1,12 Ohm*mm/m
• XN70YU - 1,30 Ohm*mm/m
• XN20YUS - 1,02 Ohm*mm/m

Rezistența specifică a nicromului, fechral indică domeniul principal de aplicare al acestora: fabricarea dispozitivelor termice, a aparatelor de uz casnic și a elementelor electrice de încălzire ale cuptoarelor industriale.

Deoarece nicromul și fechralul sunt utilizate în principal în producția de elemente de încălzire, cele mai comune produse sunt firul de nicrom, banda, benzile Kh15N60 și Kh20N80, precum și firul fechral Kh23Yu5T.

Rezistența cuprului se schimbă cu temperatura, dar mai întâi trebuie să decidem dacă ne referim la rezistivitatea electrică a conductorilor (rezistența ohmică), care este importantă pentru alimentarea prin Ethernet folosind curent continuu, sau vorbim despre semnale în rețelele de date, și atunci vorbim despre pierderea de inserție în timpul propagării unei unde electromagnetice într-un mediu cu perechi răsucite și dependența atenuării de temperatură (și de frecvență, ceea ce nu este mai puțin important).

Rezistivitatea cuprului

În sistemul internațional SI, rezistivitatea conductorilor se măsoară în Ohm∙m. În domeniul IT, dimensiunea în afara sistemului Ohm∙mm 2 /m este utilizată mai des, ceea ce este mai convenabil pentru calcule, deoarece secțiunile transversale ale conductorilor sunt de obicei indicate în mm 2. Valoarea lui 1 Ohm∙mm 2 /m este de un milion de ori mai mică decât 1 Ohm∙m și caracterizează rezistența specifică a unei substanțe, al cărei conductor omogen are 1 m lungime și o suprafață a secțiunii transversale de ​​​​1 mm 2 dă o rezistență de 1 Ohm.

Rezistivitatea cuprului electric pur la 20°C este 0,0172 Ohm∙mm2/m. În diverse surse, puteți găsi valori de până la 0,018 Ohm ∙ mm 2 / m, care se pot aplica și cuprului electric. Valorile variază în funcție de prelucrarea la care este supus materialul. De exemplu, recoacere după tragere („trezare”) a firului reduce rezistivitatea cuprului cu câteva procente, deși este efectuată în primul rând pentru a schimba proprietățile mecanice, mai degrabă decât cele electrice.

Rezistivitatea cuprului are o influență directă asupra aplicațiilor power-over-Ethernet. Doar o parte din curentul DC inițial aplicat conductorului va ajunge la capătul îndepărtat al conductorului - unele pierderi de-a lungul drumului sunt inevitabile. De exemplu, PoE tip 1 necesită cel puțin 12,95 wați de 15,4 wați furnizați de sursă pentru a ajunge la dispozitivul alimentat de la distanță.

Rezistivitatea cuprului se modifică cu temperatura, dar pentru temperaturile IT aceste modificări sunt mici. Modificarea rezistivității se calculează prin formulele:

ΔR = α R ΔT

R 2 \u003d R 1 (1 + α (T 2 - T 1))

unde ΔR este modificarea rezistivității, R este rezistivitatea la o temperatură luată ca linie de bază (de obicei 20°C), ΔT este gradientul de temperatură, α este coeficientul de temperatură al rezistivității pentru un material dat (dimensiunea °C -1) . În intervalul de la 0°C la 100°C pentru cupru, se adoptă un coeficient de temperatură de 0,004 °C -1. Calculați rezistivitatea cuprului la 60°C.

R 60°С = R 20°С (1 + α (60°С - 20°С)) = 0,0172 (1 + 0,004 40) ≈ 0,02 Ohm∙mm2/m

Rezistivitatea a crescut cu 16% cu o creștere a temperaturii cu 40°C. Când se operează sisteme de cablu, desigur, perechea torsadată nu ar trebui să fie la temperaturi ridicate, acest lucru nu ar trebui să fie permis. Cu un sistem proiectat și instalat corespunzător, temperatura cablurilor diferă puțin de 20 ° C obișnuite, iar apoi modificarea rezistivității va fi mică. Conform cerințelor standardelor de telecomunicații, rezistența unui conductor de cupru de 100 m lungime într-o pereche răsucită de categoriile 5e sau 6 nu trebuie să depășească 9,38 ohmi la 20 ° C. În practică, producătorii încadrează această valoare cu o marjă, astfel încât chiar și la temperaturi de 25 ° C ÷ 30 ° C, rezistența conductorului de cupru nu depășește această valoare.

Atenuarea perechii răsucite/Pierderea inserției

Când o undă electromagnetică se propagă printr-un mediu de cupru cu perechi răsucite, o parte din energia sa este disipată de-a lungul căii de la capătul apropiat până la capătul îndepărtat. Cu cât temperatura cablului este mai mare, cu atât semnalul se atenuează mai mult. La frecvențe înalte, atenuarea este mai puternică decât la frecvențe joase, iar pentru categoriile superioare limitele de testare a pierderii de inserție sunt mai strânse. În acest caz, toate valorile limită sunt setate pentru o temperatură de 20°C. Dacă la 20°C semnalul inițial a ajuns la capătul îndepărtat al unui segment lung de 100 m cu nivelul de putere P, atunci la temperaturi ridicate o astfel de putere de semnal va fi observată la distanțe mai scurte. Dacă este necesar să furnizați aceeași putere a semnalului la ieșirea segmentului, atunci fie va trebui să instalați un cablu mai scurt (ceea ce nu este întotdeauna posibil), fie să alegeți mărci de cablu cu atenuare mai mică.

• Pentru cablurile ecranate la temperaturi peste 20°C, o schimbare de temperatură de 1 grad duce la o modificare a atenuării de 0,2%
• Pentru toate tipurile de cabluri și orice frecvențe la temperaturi de până la 40 ° C, o modificare a temperaturii cu 1 grad duce la o modificare a atenuării cu 0,4%
• Pentru toate tipurile de cabluri și orice frecvențe la temperaturi de la 40°C la 60°C, o modificare a temperaturii cu 1 grad duce la o modificare a atenuării cu 0,6%
• Cablurile de categoria 3 pot suferi variații de atenuare de 1,5% pe grad Celsius

Deja la începutul anului 2000. TIA/EIA-568-B.2 a recomandat ca lungimea maximă admisă a unei legături/canal permanent de Categoria 6 să fie redusă dacă cablul a fost instalat la temperaturi ridicate, iar cu cât temperatura este mai mare, cu atât segmentul ar trebui să fie mai scurt.

Având în vedere că plafonul de frecvență din categoria 6A este de două ori mai mare decât cel din categoria 6, limitele de temperatură pentru astfel de sisteme vor fi și mai stricte.

Până în prezent, la implementarea aplicațiilor PoE vorbim de viteze maxime de 1 gigabit. Când sunt utilizate aplicații de 10 Gb, Power over Ethernet nu este utilizat, cel puțin nu încă. Deci, în funcție de nevoile dvs., atunci când schimbați temperatura, trebuie să țineți cont fie de modificarea rezistivității cuprului, fie de modificarea atenuării. Este cel mai rezonabil în ambele cazuri să vă asigurați că cablurile sunt la temperaturi apropiate de 20 ° C.