Wat is de soortelijke weerstand van nikkel. Koperweerstand versus temperatuur
Velen hebben gehoord over de wet van Ohm, maar niet iedereen weet wat het is. De studie begint met een schoolcursus natuurkunde. Geef in meer detail fysieke faculteit en elektrodynamica door. Deze kennis is waarschijnlijk niet nuttig voor een gewone leek, maar het is noodzakelijk voor algemene ontwikkeling en voor iemand voor een toekomstig beroep. Aan de andere kant zal basiskennis over elektriciteit, de structuur, functies thuis helpen om jezelf te waarschuwen voor problemen. Geen wonder dat de wet van Ohm de fundamentele wet van elektriciteit wordt genoemd. Thuis meester je moet kennis hebben op het gebied van elektriciteit om overspanning te voorkomen, wat kan leiden tot een toename van de belasting en brand.
Het concept van elektrische weerstand
Relatie tussen fysieke basisgrootheden electronisch circuit- weerstand, spanning, stroomsterkte werd ontdekt door de Duitse natuurkundige Georg Simon Ohm.
De elektrische weerstand van een geleider is een waarde die de weerstand tegen elektrische stroom kenmerkt. Met andere woorden, een deel van de elektronen onder de actie elektrische stroom op de geleider verlaat zijn plaats in het kristalrooster en gaat naar de positieve pool van de geleider. Sommige elektronen blijven in het rooster en blijven rond het atoom van de kern draaien. Deze elektronen en atomen vormen een elektrische weerstand die de beweging van vrijgekomen deeltjes verhindert.
Het bovenstaande proces is van toepassing op alle metalen, maar de weerstand daarin komt op verschillende manieren voor. Dit komt door het verschil in grootte, vorm, materiaal waaruit de geleider bestaat. Dienovereenkomstig afmetingen: kristalrooster hebben een ongelijke vorm voor verschillende materialen, daarom is de elektrische weerstand tegen de beweging van stroom erdoorheen niet hetzelfde.
Uit dit concept volgt de definitie van de soortelijke weerstand van een stof, die een individuele indicator is voor elk metaal afzonderlijk. specifiek elektrische weerstand(RES) is een fysieke grootheid, aangeduid met de Griekse letter ρ en gekenmerkt door het vermogen van een metaal om de doorgang van elektriciteit erdoorheen te voorkomen.
Koper is het belangrijkste materiaal voor geleiders
De soortelijke weerstand van een stof wordt berekend met de formule, waarbij een van de belangrijke indicatoren de temperatuurcoëfficiënt van elektrische weerstand is. De tabel bevat de weerstandswaarden van drie bekende metalen in het temperatuurbereik van 0 tot 100°C.
Als we de weerstandsindex van ijzer als een van nemen beschikbare materialen, gelijk aan 0,1 Ohm, dan heb je voor 1 Ohm 10 meter nodig. Zilver heeft de laagste elektrische weerstand; voor de aanduiding van 1 Ohm komt 66,7 meter uit. Een significant verschil, maar zilver is een duur metaal dat niet veel wordt gebruikt. De volgende in termen van prestaties is koper, waar voor 1 ohm 57,14 meter nodig is. Vanwege de beschikbaarheid en de kosten in vergelijking met zilver, is koper een van de populaire materialen voor gebruik in elektrische netwerken. Laag weerstand koperdraad of de weerstand van koperdraad maakt het mogelijk om een koperen geleider te gebruiken in vele takken van wetenschap, technologie, maar ook in industriële en huishoudelijke doeleinden.
Weerstandswaarde
De weerstandswaarde is niet constant, deze verandert afhankelijk van de volgende factoren:
- Maat. Hoe groter de diameter van de geleider, hoe meer elektronen hij door zichzelf gaat. Daarom, hoe kleiner de afmeting, hoe groter de soortelijke weerstand.
- Lengte. Elektronen gaan door atomen, dus hoe langer de draad, hoe meer elektronen er doorheen moeten. Bij het berekenen moet rekening worden gehouden met de lengte en de grootte van de draad, want hoe langer, dunner de draad, hoe groter de soortelijke weerstand en omgekeerd. Het niet berekenen van de belasting van de gebruikte apparatuur kan leiden tot oververhitting van de draad en brand.
- Temperatuur. Het is bekend dat temperatuur regime is op verschillende manieren van groot belang voor het gedrag van stoffen. Metaal verandert als niets anders zijn eigenschappen bij verschillende temperaturen. De soortelijke weerstand van koper hangt rechtstreeks af van de temperatuurcoëfficiënt van koperweerstand en neemt toe bij verhitting.
- Corrosie. De vorming van corrosie verhoogt de belasting aanzienlijk. Dit gebeurt vanwege de impact omgeving, binnendringen van vocht, zout, vuil, etc. manifestaties. Het wordt aanbevolen om alle verbindingen, terminals, wendingen te isoleren en te beschermen, bescherming voor buitenapparatuur te installeren, beschadigde draden, assemblages, assemblages tijdig te vervangen.
Weerstandsberekening
Berekeningen worden gemaakt bij het ontwerpen van objecten voor verschillende doeleinden en gebruik, omdat de levensondersteuning van elk te wijten is aan elektriciteit. Alles telt vanaf verlichtingsarmaturen eindigend met technisch geavanceerde apparatuur. Thuis is het ook handig om een berekening te maken, vooral als het de bedoeling is om de bedrading te vervangen. Voor particuliere woningbouw is het noodzakelijk om de belasting te berekenen, anders kan de "handwerk" montage van elektrische bedrading tot brand leiden.
Het doel van de berekening is om de totale weerstand van de geleiders van alle gebruikte apparaten te bepalen, rekening houdend met hun technische specificaties. Het wordt berekend met de formule R=p*l/S , waarbij:
R is het berekende resultaat;
p is de weerstandsindex uit de tabel;
l is de lengte van de draad (geleider);
S is de diameter van de sectie.
Eenheden
In het internationale systeem van eenheden van fysieke grootheden (SI) wordt elektrische weerstand gemeten in Ohm (Ohm). De meeteenheid van soortelijke weerstand volgens het SI-systeem is gelijk aan een dergelijke soortelijke weerstand van een stof waarbij een geleider gemaakt van één materiaal van 1 m lang met een doorsnede van 1 vierkante meter. m. heeft een weerstand van 1 ohm. Het gebruik van 1 ohm/m ten opzichte van verschillende metalen is duidelijk weergegeven in de tabel.
Betekenis van weerstand
De relatie tussen soortelijke weerstand en geleidbaarheid kan worden gezien als wederkerig. Hoe hoger de index van de ene geleider, hoe lager de index van de andere en vice versa. Daarom wordt bij het berekenen van de elektrische geleidbaarheid de berekening 1 / r gebruikt, omdat het getal omgekeerd aan X 1 / X is en omgekeerd. De specifieke indicator wordt aangegeven met de letter g.
Voordelen van elektrolytisch koper
Lage soortelijke weerstand (na zilver) als voordeel, koper is niet beperkt. Het heeft eigenschappen die uniek zijn in zijn kenmerken, namelijk plasticiteit, hoge kneedbaarheid. Dankzij deze kwaliteiten hoge graad zuiver elektrolytisch koper voor de productie van kabels die worden gebruikt in elektrische apparaten, computer technologie, elektrische industrie en auto-industrie.
De afhankelijkheid van de weerstandsindex van temperatuur
De temperatuurcoëfficiënt is een waarde die gelijk is aan de verandering in de spanning van een deel van de schakeling en de soortelijke weerstand van het metaal als gevolg van temperatuurveranderingen. De meeste metalen hebben de neiging om de soortelijke weerstand te verhogen met toenemende temperatuur als gevolg van thermische trillingen van het kristalrooster. De temperatuurcoëfficiënt van de weerstand van koper beïnvloedt de specifieke weerstand van de koperdraad en bij temperaturen van 0 tot 100°C is dit 4,1 10−3(1/Kelvin). Voor zilver heeft deze indicator onder dezelfde omstandigheden een waarde van 3,8 en voor ijzer 6,0. Dit bewijst nogmaals de effectiviteit van het gebruik van koper als geleider.
De specifieke elektrische weerstand is fysieke hoeveelheid, die laat zien in hoeverre een materiaal bestand is tegen de doorgang van een elektrische stroom er doorheen. Sommige mensen kunnen verwarren deze eigenschap met gemeenschappelijke elektrische weerstand. Ondanks de gelijkenis van de concepten, ligt het verschil tussen hen in het feit dat het specifieke verwijst naar stoffen, en de tweede term verwijst uitsluitend naar geleiders en hangt af van het materiaal van hun vervaardiging.
wederkerig dit materiaal is de elektrische geleidbaarheid. Hoe hoger deze parameter, hoe beter de stroom door de stof gaat. Dienovereenkomstig, hoe hoger de weerstand, hoe meer verliezen aan de uitgang worden verwacht.
Berekeningsformule en meetwaarde
Gezien waarin de elektrische weerstand wordt gemeten, is het ook mogelijk om de verbinding met de niet-specifieke te traceren, aangezien eenheden van Ohm m worden gebruikt om de parameter aan te duiden. De waarde zelf wordt aangeduid als ρ. Met deze waarde is het mogelijk om de resistentie van een stof in een bepaald geval te bepalen op basis van de grootte ervan. Deze maateenheid komt overeen met het SI-systeem, maar er kunnen andere opties zijn. In de technologie zie je periodiek de verouderde aanduiding Ohm mm 2 / m. Om van dit systeem naar het internationale systeem om te zetten, hoeft u geen ingewikkelde formules te gebruiken, aangezien 1 ohm mm 2 /m gelijk is aan 10 -6 ohm m.
De formule voor elektrische weerstand is als volgt:
R= (ρ l)/S, waarbij:
- R is de weerstand van de geleider;
- Ρ is de soortelijke weerstand van het materiaal;
- l is de lengte van de geleider;
- S is de doorsnede van de geleider.
Temperatuurafhankelijkheid:
De specifieke elektrische weerstand is afhankelijk van de temperatuur. Maar alle stofgroepen manifesteren zich anders als het verandert. Hiermee moet rekening worden gehouden bij het berekenen van de draden die onder bepaalde omstandigheden zullen werken. Bijvoorbeeld op straat, waar de temperatuurwaarden afhankelijk zijn van het seizoen, benodigde materialen met minder gevoeligheid voor veranderingen in het bereik van -30 tot +30 graden Celsius. Als u van plan bent om het te gebruiken in een techniek die onder dezelfde omstandigheden werkt, dan moet u hier ook de bedrading optimaliseren voor specifieke parameters. Het materiaal wordt altijd gekozen rekening houdend met de bewerking.
In de nominale tabel wordt de elektrische weerstand genomen bij een temperatuur van 0 graden Celsius. De toename van deze parameter wanneer het materiaal wordt verwarmd, is te wijten aan het feit dat de intensiteit van de beweging van atomen in de stof begint toe te nemen. Dragers van elektrische ladingen verspreiden zich chaotisch in alle richtingen, wat leidt tot het ontstaan van obstakels in de beweging van deeltjes. De grootte van de elektrische stroom wordt verminderd.
Naarmate de temperatuur daalt, worden de huidige stromingsomstandigheden beter. Bij het bereiken van een bepaalde temperatuur, die voor elk metaal anders zal zijn, ontstaat supergeleiding, waarbij de betreffende karakteristiek bijna nul bereikt.
Verschillen in parameters bereiken soms zeer grote waarden. Die materialen die hebben hoge scores kunnen worden gebruikt als isolatoren. Ze helpen bedrading te beschermen tegen kortsluiting en onbedoeld menselijk contact. Sommige stoffen zijn over het algemeen niet toepasbaar voor elektrotechniek als ze: hoge waarde deze instelling. Andere eigenschappen kunnen dit verstoren. Zo zal de elektrische geleidbaarheid van water niet veel uitmaken voor: gegeven reikwijdte. Hier zijn de waarden van sommige stoffen met hoge tarieven.
| Materialen met hoge weerstand | (ohm-m) |
| bakeliet | 10 16 |
| benzeen | 10 15 ...10 16 |
| Papier | 10 15 |
| Gedistilleerd water | 10 4 |
| zeewater | 0.3 |
| hout droog | 10 12 |
| De grond is nat | 10 2 |
| kwartsglas | 10 16 |
| Kerosine | 10 1 1 |
| Marmer | 10 8 |
| Paraffine | 10 1 5 |
| Petroleum | 10 14 |
| Plexiglas | 10 13 |
| Polystyreen | 10 16 |
| PVC | 10 13 |
| Polyethyleen | 10 12 |
| siliconen olie | 10 13 |
| Mica | 10 14 |
| Glas | 10 11 |
| transformator olie | 10 10 |
| Porselein | 10 14 |
| Leisteen | 10 14 |
| Eboniet | 10 16 |
| Amber | 10 18 |
Stoffen met lage tarieven worden actiever gebruikt in de elektrotechniek. Vaak zijn dit metalen die als geleiders dienen. Ze laten ook veel verschillen zien. Om de elektrische weerstand van koper of andere materialen te achterhalen, is het de moeite waard om de referentietabel te bekijken.
| Materialen met lage weerstand | (ohm-m) |
| Aluminium | 2,7 10 -8 |
| Wolfraam | 5,5 10 -8 |
| Grafiet | 8.0 10 -6 |
| Ijzer | 1,0 10 -7 |
| Goud | 2.2 10 -8 |
| Iridium | 4,74 10 -8 |
| Constantaan | 5,0 10 -7 |
| gegoten staal | 1,3 10 -7 |
| Magnesium | 4.4 10 -8 |
| Manganine | 4.3 10 -7 |
| Koper | 1.72 10 -8 |
| Molybdeen | 5.4 10 -8 |
| Nikkel zilver | 3.3 10 -7 |
| Nikkel | 8,7 10 -8 |
| Nichroom | 1.12 10 -6 |
| Blik | 1.2 10 -7 |
| Platina | 1.07 10 -7 |
| kwik | 9.6 10 -7 |
| Lood | 2.08 10 -7 |
| Zilver | 1.6 10 -8 |
| Grijs gietijzer | 1,0 10 -6 |
| koolborstels | 4,0 10 -5 |
| Zink | 5.9 10 -8 |
| nikkel | 0,4 10 -6 |
Specifiek volume elektrische weerstand:
Deze parameter kenmerkt het vermogen om stroom door het volume van de stof te laten gaan. Voor de meting is het noodzakelijk een spanningspotentiaal aan te leggen met verschillende partijen materiaal, waarvan het product in het elektrische circuit zal worden opgenomen. Het wordt voorzien van stroom met nominale parameters. Na het passeren worden de outputgegevens gemeten.
Gebruik in de elektrotechniek
Het wijzigen van de parameter bij verschillende temperaturen wordt veel gebruikt in de elektrotechniek. Meest eenvoudig voorbeeld is een gloeilamp die gebruik maakt van een nichrome gloeidraad. Bij verhitting begint het te gloeien. Wanneer er stroom doorheen gaat, begint het op te warmen. Naarmate de warmte toeneemt, neemt ook de weerstand toe. Dienovereenkomstig is de initiële stroom die nodig was om verlichting te verkrijgen beperkt. Een nichrome spoel, die hetzelfde principe gebruikt, kan een regelaar worden op verschillende apparaten.
Edelmetalen, die geschikte eigenschappen hebben voor elektrotechniek, worden ook veel gebruikt. Voor kritische circuits die snelheid vereisen, worden zilveren contacten geselecteerd. Ze hebben hoge kosten, maar gezien de relatief kleine hoeveelheid materialen is het gebruik ervan redelijk gerechtvaardigd. Koper is inferieur aan zilver in geleidbaarheid, maar heeft een meer betaalbare prijs, waardoor het vaker wordt gebruikt om draden te maken.
In omstandigheden waar het mogelijk is om het maximale te gebruiken lage temperaturen supergeleiders worden gebruikt. Voor kamertemperatuur en buitengebruik, zijn ze niet altijd geschikt, omdat naarmate de temperatuur stijgt, hun geleidbaarheid begint af te nemen, dus aluminium, koper en zilver blijven leiders voor dergelijke omstandigheden.
In de praktijk wordt er met veel parameters rekening gehouden, en deze is een van de belangrijkste. Alle berekeningen worden uitgevoerd in de ontwerpfase, waarvoor referentiematerialen worden gebruikt.
Voor elke geleider is er een concept van soortelijke weerstand. Deze waarde bestaat uit Ohm, vermenigvuldigd met een vierkante millimeter, verder gedeeld door één meter. Met andere woorden, dit is de weerstand van een geleider met een lengte van 1 meter en een doorsnede van 1 mm 2. Hetzelfde geldt voor de specifieke weerstand van koper - een uniek metaal dat wijdverbreid is geworden in de elektrotechniek en energie.
koper eigenschappen
Door zijn eigenschappen werd dit metaal als een van de eersten gebruikt op het gebied van elektriciteit. Allereerst is koper kneedbaar en plastic materiaal met uitstekende elektrische geleidbaarheidseigenschappen. Tot nu toe is er geen gelijkwaardige vervanger voor deze geleider in de energiesector.
Vooral de eigenschappen van speciaal elektrolytisch koper met een hoge zuiverheid worden gewaardeerd. Dit materiaal maakte het mogelijk om draden te produceren met minimale dikte bij 10 micron.
Naast een hoge elektrische geleidbaarheid leent koper zich uitstekend voor vertinnen en andere bewerkingen.
Koper en zijn soortelijke weerstand
Elke geleider biedt weerstand wanneer er een elektrische stroom doorheen gaat. De waarde hangt af van de lengte van de geleider en zijn doorsnede, evenals van het effect van bepaalde temperaturen. Daarom hangt de soortelijke weerstand van geleiders niet alleen af van het materiaal zelf, maar ook van de specifieke lengte en het oppervlak van de dwarsdoorsnede. Hoe gemakkelijker een materiaal een lading door zichzelf laat gaan, hoe lager de weerstand. Voor koper is de weerstandsindex 0,0171 Ohm x 1 mm 2 /1 m en is deze slechts iets lager dan die van zilver. Het gebruik van zilver op industriële schaal is echter economisch niet haalbaar, daarom is koper de beste geleider die in energie wordt gebruikt.
De specifieke weerstand van koper wordt ook geassocieerd met zijn hoge geleidbaarheid. Deze waarden staan lijnrecht tegenover elkaar. De eigenschappen van koper als geleider hangen ook af van de temperatuurcoëfficiënt van de weerstand. Dit geldt met name voor weerstand, die wordt beïnvloed door de temperatuur van de geleider.
Dus vanwege zijn eigenschappen is koper wijdverbreid geworden, niet alleen als geleider. Dit metaal wordt gebruikt in de meeste apparaten, apparaten en samenstellingen, waarvan de werking wordt geassocieerd met elektrische stroom.
Wanneer een elektrisch circuit wordt gesloten, op de klemmen waarvan er een potentiaalverschil is, ontstaat er een elektrische stroom. Vrije elektronen onder invloed elektrische krachten velden bewegen langs de geleider. In hun beweging botsen de elektronen met de atomen van de geleider en geven ze een reserve van hun kinetische energie. De bewegingssnelheid van elektronen verandert continu: wanneer elektronen botsen met atomen, moleculen en andere elektronen, neemt deze af, en vervolgens onder invloed van elektrisch veld neemt toe en weer af bij een nieuwe botsing. Hierdoor ontstaat er een gelijkmatige stroom van elektronen in de geleider met een snelheid van enkele fracties van een centimeter per seconde. Bijgevolg ondervinden elektronen die door een geleider gaan altijd weerstand van zijn kant tegen hun beweging. Wanneer een elektrische stroom door een geleider gaat, warmt deze op.
Elektrische weerstand
De elektrische weerstand van een geleider, die wordt aangeduid als Latijnse letter R, wordt de eigenschap genoemd van een lichaam of omgeving om te transformeren elektrische energie in warmte wanneer er een elektrische stroom doorheen gaat.
In de diagrammen wordt de elektrische weerstand aangegeven zoals weergegeven in figuur 1, maar.
Variabele elektrische weerstand, die dient om de stroom in het circuit te veranderen, wordt genoemd regelweerstand. In de diagrammen worden reostaten aangeduid zoals weergegeven in figuur 1, B. IN algemeen beeld De regelweerstand is gemaakt van een draad van een of andere weerstand, gewikkeld op een isolerende basis. De schuif of hendel van de regelweerstand wordt in een bepaalde positie geplaatst, waardoor de gewenste weerstand in het circuit wordt gebracht.
Een lange geleider met een kleine doorsnede zorgt voor een hoge stroomweerstand. Korte geleiders met een grote doorsnede hebben weinig weerstand tegen stroom.
Als we twee geleiders nemen van ander materiaal, maar met dezelfde lengte en doorsnede, dan zullen de geleiders de stroom op verschillende manieren geleiden. Dit laat zien dat de weerstand van een geleider afhangt van het materiaal van de geleider zelf.
De temperatuur van een geleider heeft ook invloed op de weerstand. Met toenemende temperatuur neemt de weerstand van metalen toe en neemt de weerstand van vloeistoffen en kolen af. Slechts enkele speciale metaallegeringen (manganine, constantaan, nikkeline en andere) veranderen hun weerstand bijna niet bij toenemende temperatuur.
We zien dus dat de elektrische weerstand van de geleider afhangt van: 1) de lengte van de geleider, 2) de doorsnede van de geleider, 3) het materiaal van de geleider, 4) de temperatuur van de geleider.
De eenheid van weerstand is één ohm. Om wordt vaak aangeduid met het Grieks hoofdletter(omega). Dus in plaats van te schrijven "De weerstand van de geleider is 15 ohm", kun je gewoon schrijven: R= 15Ω.
1000 ohm heet 1 kiloohm(1kΩ, of 1kΩ),
1.000.000 ohm wordt 1 . genoemd megaohm(1mgOhm, of 1MΩ).
Bij het vergelijken van de weerstand van geleiders van verschillende materialen het is noodzakelijk om voor elk monster een bepaalde lengte en sectie te nemen. Dan kunnen we beoordelen welk materiaal elektrische stroom beter of slechter geleidt.
Video 1. Geleiderweerstand
Specifieke elektrische weerstand:
De weerstand in ohm van een geleider van 1 m lang, met een doorsnede van 1 mm² heet weerstand en wordt aangeduid met de Griekse letter ρ (ro).
Tabel 1 geeft de specifieke weerstanden van sommige geleiders.
tafel 1
Weerstand van verschillende geleiders
Uit de tabel blijkt dat een ijzerdraad met een lengte van 1 m en een doorsnede van 1 mm² een weerstand heeft van 0,13 ohm. Om 1 ohm weerstand te krijgen, moet je 7,7 m van zo'n draad nemen. Zilver heeft de laagste soortelijke weerstand. 1 ohm weerstand kan worden verkregen door 62,5 m zilverdraad met een doorsnede van 1 mm² te nemen. Zilver is de beste geleider, maar de prijs van zilver verhindert het wijdverbreide gebruik ervan. Na zilver in de tabel komt koper: 1 m koperdraad met een doorsnede van 1 mm² heeft een weerstand van 0,0175 ohm. Om een weerstand van 1 ohm te krijgen, moet je 57 m van zo'n draad nemen.
Chemisch zuiver, verkregen door raffinage, heeft koper een wijdverbreid gebruik gevonden in de elektrotechniek voor de vervaardiging van draden, kabels, wikkelingen. elektrische machines en apparaten. Aluminium en ijzer worden ook veel gebruikt als geleiders.
De weerstand van een geleider kan worden bepaald met de formule:
waar R- geleiderweerstand in ohm; ρ - specifieke weerstand van de geleider; ik is de lengte van de geleider in m; S– aderdoorsnede in mm².
voorbeeld 1 Bepaal de weerstand van 200 m ijzerdraad met een doorsnede van 5 mm².
Voorbeeld 2 Bereken de weerstand van 2 km aluminiumdraad met een doorsnede van 2,5 mm².
Uit de weerstandsformule kunt u eenvoudig de lengte, soortelijke weerstand en doorsnede van de geleider bepalen.
Voorbeeld 3 Voor een radio-ontvanger is het noodzakelijk om een weerstand van 30 ohm te winden van nikkeldraad met een doorsnede van 0,21 mm². Bepaal de benodigde draadlengte.
Voorbeeld 4 Bepaal de doorsnede van 20 m nichroomdraad als de weerstand 25 ohm is.
Voorbeeld 5 Een draad met een doorsnede van 0,5 mm² en een lengte van 40 m heeft een weerstand van 16 ohm. Bepaal het materiaal van de draad.
Het materiaal van een geleider kenmerkt zijn soortelijke weerstand.
Volgens de tabel met soortelijke weerstand, vinden we dat lood zo'n weerstand heeft.
Hierboven werd vermeld dat de weerstand van geleiders afhankelijk is van de temperatuur. Laten we het volgende experiment doen. We wikkelen enkele meters dunne metaaldraad in de vorm van een spiraal en maken van deze spiraal een batterijcircuit. Om de stroom in het circuit te meten, zet u de ampèremeter aan. Bij het opwarmen van de spiraal in de vlam van de brander kun je zien dat de ampèremeterstanden afnemen. Hieruit blijkt dat de weerstand van de metaaldraad toeneemt bij verhitting.
Voor sommige metalen neemt de weerstand bij verwarming met 100 ° toe met 40 - 50%. Er zijn legeringen die hun weerstand enigszins veranderen door warmte. Sommige speciale legeringen veranderen de weerstand nauwelijks met de temperatuur. De weerstand van metalen geleiders neemt toe met toenemende temperatuur, de weerstand van elektrolyten (vloeibare geleiders), steenkool en sommige vaste stoffen neemt juist af.
Het vermogen van metalen om hun weerstand te veranderen met temperatuurveranderingen wordt gebruikt om weerstandsthermometers te construeren. Zo'n thermometer is een platinadraad gewikkeld op een mica frame. Door bijvoorbeeld een thermometer in een oven te plaatsen en de weerstand van de platinadraad voor en na verhitting te meten, kan de temperatuur in de oven worden bepaald.
De verandering in de weerstand van de geleider wanneer deze wordt verwarmd, per 1 ohm van de initiële weerstand en 1 ° temperatuur, wordt genoemd temperatuurcoëfficiënt van weerstand: en wordt aangegeven met de letter α.
Als bij een temperatuur t 0 geleiderweerstand is R 0 , en bij temperatuur t gelijk aan r t, dan de temperatuurcoëfficiënt van weerstand
Opmerking. Deze formule kan alleen worden berekend binnen een bepaald temperatuurbereik (tot ongeveer 200°C).
We geven de waarden van de temperatuurcoëfficiënt van weerstand α voor sommige metalen (tabel 2).
tafel 2
Temperatuurcoëfficiëntwaarden voor sommige metalen
Uit de formule voor de temperatuurcoëfficiënt van weerstand, bepalen we r t:
r t = R 0 .
Voorbeeld 6 Bepaal de weerstand van een tot 200°C verwarmde ijzerdraad als de weerstand bij 0°C 100 ohm was.
r t = R 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 ohm.
Voorbeeld 7 Een weerstandsthermometer van platinadraad in een ruimte met een temperatuur van 15°C had een weerstand van 20 ohm. De thermometer werd in de oven geplaatst en na een tijdje werd de weerstand gemeten. Het bleek gelijk te zijn aan 29,6 ohm. Bepaal de temperatuur in de oven.
elektrische geleiding
Tot nu toe beschouwden we de weerstand van een geleider als een obstakel dat een geleider aan een elektrische stroom levert. Er vloeit echter stroom door de geleider. Daarom heeft de geleider naast weerstand (obstakels) ook het vermogen om elektrische stroom te geleiden, dat wil zeggen geleidbaarheid.
Hoe meer weerstand een geleider heeft, hoe minder geleiding hij heeft, hoe slechter hij elektrische stroom geleidt, en omgekeerd, hoe lager de weerstand van een geleider, hoe meer geleiding hij heeft, hoe gemakkelijker het is voor stroom om door de geleider te gaan. Daarom zijn de weerstand en geleidbaarheid van de geleider wederzijdse grootheden.
Uit de wiskunde is bekend dat het omgekeerde van 5 1/5 is en omgekeerd het omgekeerde van 1/7 7. Daarom, als de weerstand van een geleider wordt aangegeven met de letter R, dan wordt de geleidbaarheid gedefinieerd als 1/ R. Geleidbaarheid wordt meestal aangegeven met de letter g.
Elektrische geleidbaarheid wordt gemeten in (1/ohm) of Siemens.
Voorbeeld 8 De weerstand van de geleider is 20 ohm. Bepaal de geleidbaarheid.
Als R= 20 Ohm, dan
Voorbeeld 9 De geleidbaarheid van de geleider is 0,1 (1/ohm). Bepaal de weerstand
Als g \u003d 0,1 (1 / Ohm), dan R= 1 / 0,1 = 10 (ohm)
Elektrische stroom I in elke stof wordt gecreëerd door de beweging van geladen deeltjes in een bepaalde richting als gevolg van de toepassing van externe energie (potentiaalverschil U). Elke stof heeft individuele eigenschappen die de doorgang van stroom erin op verschillende manieren beïnvloeden. Deze eigenschappen worden geëvalueerd door de elektrische weerstand R.
Georg Ohm heeft empirisch de factoren bepaald die van invloed zijn op de grootte van de elektrische weerstand van een stof, afgeleid van spanning en stroom, die naar hem is genoemd. De meeteenheid van weerstand in het internationale SI-systeem is naar hem vernoemd. 1 Ohm is de weerstandswaarde gemeten bij een temperatuur van 0 ° C voor een homogene kwikkolom 106,3 cm lang met een doorsnede van 1 mm2.
Definitie
Om materialen voor de vervaardiging van elektrische apparaten te evalueren en in de praktijk te brengen, wordt de term: "weerstand van de geleider". Het toegevoegde adjectief "specifiek" verwijst naar de factor van het gebruik van de referentievolumewaarde die voor de stof in kwestie is aangenomen. Dit maakt het mogelijk om de elektrische parameters van verschillende materialen te evalueren.
Tegelijkertijd wordt er rekening mee gehouden dat de weerstand van de geleider toeneemt met een toename van de lengte en een afname van de doorsnede. Het SI-systeem gebruikt het volume van een homogene geleider met een lengte van 1 meter en een doorsnede van 1m 2. Bij technische berekeningen wordt een verouderde maar handige volume-eenheid buiten het systeem gebruikt, bestaande uit een lengte van 1 meter en een oppervlakte van 1 mm 2. De formule voor soortelijke weerstand ρ wordt getoond in de figuur.
Om de elektrische eigenschappen van stoffen te bepalen, wordt een ander kenmerk geïntroduceerd - specifieke geleidbaarheid b. Het is omgekeerd evenredig met de waarde van de soortelijke weerstand, bepaalt het vermogen van het materiaal om elektrische stroom te geleiden: b = 1/ρ.
Hoe hangt de weerstand af van de temperatuur?
De geleidbaarheid van een materiaal wordt beïnvloed door de temperatuur. Diverse groepen stoffen gedragen zich anders bij verwarming of koeling. Met deze eigenschap wordt rekening gehouden in elektrische draden werken aan buitenshuis bij warmte en koude.
Het materiaal en de soortelijke weerstand van de draad worden gekozen rekening houdend met de werkingsomstandigheden.
De toename van de weerstand van geleiders tegen de stroomdoorgang tijdens verwarming wordt verklaard door het feit dat met een toename van de temperatuur van het metaal erin, de intensiteit van de beweging van atomen en dragers van elektrische ladingen in alle richtingen toeneemt, wat creëert onnodige obstakels voor de beweging van geladen deeltjes in één richting, vermindert de grootte van hun stroom.
Als de temperatuur van het metaal wordt verlaagd, verbeteren de omstandigheden voor het doorlaten van stroom. Wanneer afgekoeld tot een kritische temperatuur, verschijnt het fenomeen van supergeleiding in veel metalen, wanneer hun elektrische weerstand praktisch nul is. Deze eigenschap wordt veel gebruikt in krachtige elektromagneten.
De invloed van temperatuur op de geleidbaarheid van een metaal wordt door de elektrische industrie gebruikt bij de vervaardiging van gewone gloeilampen. Tijdens het passeren van stroom worden ze zo warm dat ze een lichtstroom afgeven. IN normale omstandigheden de soortelijke weerstand van nichroom is ongeveer 1,05 ÷ 1,4 (ohm ∙ mm 2) / m.
Wanneer de lamp wordt aangezet, gaat er een grote stroom door de gloeidraad, die het metaal zeer snel opwarmt. Tegelijkertijd neemt de weerstand van het elektrische circuit toe, waardoor de initiële stroom wordt beperkt tot de nominale waarde die nodig is om verlichting te verkrijgen. Op deze manier wordt een eenvoudige regeling van de stroomsterkte via een nichrome-spiraal uitgevoerd, het is niet nodig om complexe voorschakelapparaten te gebruiken die worden gebruikt in LED- en luminescerende bronnen.
Hoe de soortelijke weerstand van materialen wordt gebruikt in engineering
Non-ferro edelmetalen hebben: de beste eigenschappen elektrische geleiding. Daarom zijn kritische contacten in elektrische apparaten gemaakt van zilver. Maar dit verhoogt de uiteindelijke kosten van het hele product. Meest acceptabele optie:- gebruik van goedkopere metalen. De soortelijke weerstand van koper, gelijk aan 0,0175 (ohm ∙ mm 2) / m, is bijvoorbeeld redelijk geschikt voor dergelijke doeleinden.
edele metalen- goud, zilver, platina, palladium, iridium, rhodium, ruthenium en osmium, vooral genoemd vanwege hun hoge chemische resistentie en mooie verschijning in sieraden. Bovendien hebben goud, zilver en platina een hoge ductiliteit, terwijl metalen uit de platinagroep een hoog smeltpunt hebben en, net als goud, chemische inertie. Deze voordelen van edele metalen worden gecombineerd.
Koperlegeringen met een goede geleidbaarheid worden gebruikt om shunts te maken die de stroom van hoge stromen door de meetkop van krachtige ampèremeters beperken.
De specifieke weerstand van aluminium 0,026 ÷ 0,029 (ohm ∙ mm 2) / m is iets hoger dan die van koper, maar de productie en kosten van dit metaal zijn lager. Bovendien is het makkelijker. Dit verklaart het wijdverbreide gebruik in de energiesector voor de vervaardiging van buitendraden en kabelkernen.
De specifieke weerstand van ijzer 0,13 (ohm ∙ mm 2) / m maakt het ook mogelijk het te gebruiken voor de overdracht van elektrische stroom, maar in dit geval zijn er grote vermogensverliezen. Staallegeringen hebben een verhoogde sterkte. Daarom in aluminium bovenleidingen hoogspanningslijnen Krachtoverbrengingslijnen zijn geweven met stalen strengen die zijn ontworpen om trekbelastingen te weerstaan.
Dit is vooral het geval wanneer zich ijs vormt op draden of sterke windstoten.
Sommige legeringen, bijvoorbeeld constantine en nikkeline, hebben in een bepaald bereik thermisch stabiele resistieve eigenschappen. In nikkeline verandert de elektrische weerstand praktisch niet van 0 tot 100 graden Celsius. Daarom zijn spiralen voor reostaten gemaakt van nikkeline.
IN meetinstrumenten de eigenschap van een strikte verandering in de soortelijke weerstand van platina met zijn temperatuur wordt veel gebruikt. Als een elektrische stroom door een platinageleider van een gestabiliseerde spanningsbron wordt geleid en de weerstandswaarde wordt berekend, dan geeft dit de temperatuur van het platina aan. Hiermee kunt u de schaal in graden kalibreren, overeenkomend met Ohm-waarden. Met deze methode kun je de temperatuur meten tot op fracties van een graad nauwkeurig.
Om praktische problemen op te lossen, moet u soms weten: kabelimpedantie of weerstand. Om dit te doen, worden in de naslagwerken voor kabelproducten de waarden van de inductieve en actieve weerstand van één kern voor elke waarde van de doorsnede gegeven. Met hun hulp worden de toegestane belastingen, de gegenereerde warmte berekend, de toegestane bedrijfsomstandigheden bepaald en effectieve beveiligingen geselecteerd.
De specifieke geleidbaarheid van metalen wordt beïnvloed door de manier waarop ze worden verwerkt. Het gebruik van druk voor plastische vervorming breekt de structuur van het kristalrooster, verhoogt het aantal defecten en verhoogt de weerstand. Om het te verminderen, wordt herkristallisatie-gloeien gebruikt.
Uitrekken of samendrukken van metalen veroorzaken daarin elastische vervorming, van waaruit de amplitudes van thermische oscillaties van elektronen afnemen en de weerstand enigszins afneemt.
Bij het ontwerpen van aardingssystemen moet er rekening mee worden gehouden. Het heeft verschillen in definitie van de bovenstaande methode en wordt gemeten in eenheden van het SI-systeem - Ohm∙meter. Met zijn hulp wordt de kwaliteit van de verspreiding van elektrische stroom in de aarde geëvalueerd.
De geleidbaarheid van de bodem wordt beïnvloed door vele factoren, waaronder bodemvocht, bodemdichtheid, deeltjesgrootte, temperatuur, zout-, zuur- en alkaliconcentraties.
