Alüminyumun direnci belirlenebilir. İzin verilen voltaj kaybı

Bir maddenin direnci nedir? Cevap için basit kelimelerle Bu soruyu cevaplamak için fizik dersini hatırlamanız ve bu tanımın fiziksel uygulamasını hayal etmeniz gerekir. Bir maddeden elektrik akımı geçer ve bu da akımın geçişini bir miktar kuvvetle engeller.

Bir maddenin özdirenç kavramı

Bir maddenin akımın akışını ne kadar güçlü engellediğini gösteren bu değer, yani spesifik dirençtir (Latince "rho" harfi). İÇİNDE uluslararası sistem birim direnci Ohm cinsinden ifade edilir, metreyle çarpılır. Hesaplama formülü şu şekildedir: “Direnç çarpı alanı enine kesit ve iletkenin uzunluğuna bölünür.

Şu soru ortaya çıkıyor: “Neden, bulurken direnç Başka bir direnç mi kullanılıyor? Cevap basit, iki tane var farklı boyutlar- direnç ve direnç. İkincisi, bir maddenin içinden akımın geçmesini önleme konusunda ne kadar yetenekli olduğunu gösterir ve ilki hemen hemen aynı şeyi gösterir, sadece Hakkında konuşuyoruz artık içindeki maddeyle ilgili değil genel anlamda, ancak bu maddeden yapılmış belirli bir uzunluk ve kesit alanına sahip bir iletken hakkında.

Bir maddenin elektriği iletme yeteneğini karakterize eden karşılıklı miktara spesifik elektriksel iletkenlik denir ve spesifik direncin hesaplandığı formül doğrudan spesifik iletkenlik ile ilgilidir.

Bakır Uygulamaları

Direnç kavramı iletkenlik hesaplamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. elektrik akımı çeşitli metaller. Bu hesaplamalara dayanarak, inşaat, alet yapımı ve diğer alanlarda kullanılan elektrik iletkenlerinin üretiminde belirli bir metalin kullanılmasının tavsiye edilebilirliği konusunda kararlar alınır.

Metal direnç tablosu

Belirli tablolar var mı? Metallerin iletimi ve direncine ilişkin mevcut bilgileri bir araya getiren bu tablolar, kural olarak belirli koşullar için hesaplanmaktadır.

Özellikle yaygın olarak bilinmektedir. metal monokristal direnç tablosu yirmi santigrat derece sıcaklıkta ve ayrıca metal ve alaşımların direnç tablosunda.

Bu tablolar, sözde ideal koşullar altında çeşitli verileri hesaplamak için kullanılır; belirli amaçlara yönelik değerleri hesaplamak için formüller kullanmanız gerekir.

Bakır. Özellikleri ve özellikleri

Maddenin ve özelliklerinin tanımı

Bakır, insanoğlunun çok uzun zaman önce keşfettiği ve aynı zamanda çeşitli teknik amaçlarla da uzun süredir kullanılan bir metaldir. Bakır, yüksek elektrik iletkenliğine sahip, çok dövülebilir ve sünek bir metaldir; bu da onu bakır yapımında çok popüler kılar. çeşitli teller ve iletkenler.

Bakırın fiziksel özellikleri:

erime noktası - 1084 santigrat derece;
kaynama noktası - 2560 santigrat derece;
20 derecede yoğunluk - 8890 kilogram bölü metreküp;
Sabit basınç ve sıcaklıkta özgül ısı kapasitesi 20 derece - 385 kJ/J*kg
elektriksel direnç - 0,01724;

Bakır kaliteleri

Bu metal, her biri kendi özelliklerine ve endüstride kendi uygulamasına sahip olan birkaç gruba veya kaliteye ayrılabilir:

M00, M0, M1 kaliteleri kablo ve iletken üretimi için mükemmeldir, yeniden eritirken oksijenle aşırı doygunluk ortadan kaldırılır.
M2 ve M3 kaliteleri, küçük ölçekli haddeleme için tasarlanmış ve küçük ölçekli teknik ve endüstriyel görevlerin çoğunu karşılayan düşük maliyetli seçeneklerdir.
M1, M1f, M1r, M2r, M3r markaları, belirli gereksinimler ve isteklerle belirli bir tüketici için üretilen pahalı bakır kaliteleridir.

Pullar birbirleri arasında birkaç açıdan farklılık gösterir:

Safsızlıkların bakırın özellikleri üzerindeki etkisi

Safsızlıklar ürünlerin mekanik, teknik ve performans özelliklerini etkileyebilir.

Her madde akımı iletebilir değişen dereceler Bu değer malzemenin direncinden etkilenir. Bakır, alüminyum, çelik ve diğer elementlerin direnci Yunan alfabesindeki ρ harfiyle gösterilir. Bu değer, iletkenin boyut, şekil ve fiziksel durum gibi özelliklerine bağlı değildir; sıradan elektrik direnci bu parametreleri dikkate alır. Direnç Ohm cinsinden mm² ile çarpılıp metreye bölünerek ölçülür.

Kategoriler ve açıklamaları

Herhangi bir malzeme kendisine verilen elektriğe bağlı olarak iki tür direnç gösterme yeteneğine sahiptir. Akım, maddenin teknik performansını önemli ölçüde etkileyen değişken veya sabit olabilir. Yani, böyle dirençler var:

Ohmik. Doğru akımın etkisi altında görünür. Bir iletken içindeki elektrik yüklü parçacıkların hareketiyle oluşan sürtünmeyi karakterize eder.
Aktif. Aynı prensibe göre belirlenmiş ancak etki altında yaratılmıştır. alternatif akım.

Bu bağlamda spesifik değerin iki tanımı da bulunmaktadır. Doğru akım için, birim sabit kesit alanına sahip iletken malzemenin birim uzunluğunun uyguladığı dirence eşittir. Potansiyel elektrik alanı tüm iletkenleri, ayrıca yarı iletkenleri ve iyonları iletebilen çözümleri etkiler. Bu değer malzemenin kendisinin iletken özelliklerini belirler. İletkenin şekli ve boyutları dikkate alınmadığından elektrik mühendisliği ve malzeme biliminde temel olarak adlandırılabilir.

Alternatif akımın geçmesi durumunda, iletken malzemenin kalınlığı dikkate alınarak spesifik değer hesaplanır. Burada sadece potansiyelin değil aynı zamanda girdap akımının da etkisi vardır ve ayrıca elektrik alanlarının frekansı da dikkate alınır. Bu türün direnci diğerlerinden daha yüksektir. DC, çünkü burada girdap alanına direncin pozitif değeri dikkate alınır. Bu değer aynı zamanda iletkenin şekline ve boyutuna da bağlıdır. Yüklü parçacıkların girdap hareketinin doğasını belirleyen bu parametrelerdir.

Alternatif akım iletkenlerde bazı elektromanyetik olaylara neden olur. İletken malzemenin elektriksel özellikleri açısından çok önemlidirler:

Cilt etkisi zayıflama ile karakterizedir. elektro manyetik alan ne kadar çoksa iletkenin ortamına o kadar fazla nüfuz eder. Bu olaya yüzey etkisi de denir.
Yakınlık etkisi, bitişik kabloların yakınlığı ve bunların etkisi nedeniyle akım yoğunluğunu azaltır.

Bu etkiler hesaplanırken çok önemlidir. optimum kalınlık iletken, yarıçapı olan bir tel kullanıldığından beri daha fazla derinlik Akımın malzemeye nüfuz etmesi durumunda kütlesinin geri kalanı kullanılmadan kalacaktır ve bu nedenle bu yaklaşım etkisiz olacaktır. Yapılan hesaplamalara göre iletken malzemenin bazı durumlarda etkin çapı şu şekilde olacaktır:

50 Hz - 2,8 mm'lik bir akım için;
400 Hz - 1 mm;
40 kHz - 0,1 mm.

Bunun ışığında, yüksek frekanslı akımlar için çok sayıda ince telden oluşan düz çok çekirdekli kabloların kullanımı aktif olarak kullanılmaktadır.

Metallerin özellikleri

Metal iletkenlerin özel göstergeleri özel tablolarda yer almaktadır. Bu verileri kullanarak gerekli ilave hesaplamaları yapabilirsiniz. Böyle bir direnç tablosunun bir örneği resimde görülebilir.

Tablo, gümüşün en yüksek iletkenliğe sahip olduğunu göstermektedir; mevcut tüm metaller ve alaşımlar arasında ideal bir iletkendir. 1 ohm direnç elde etmek için bu malzemeden ne kadar tel gerektiğini hesaplarsanız 62,5 m elde edersiniz, aynı değerde demir tel 7,7 m kadar gerektirir.

Her neyse dikkat çekici özellikler Gümüş ne olursa olsun, elektrik ağlarında toplu kullanım için çok pahalı bir malzemedir, bu nedenle bakır günlük yaşamda ve endüstride geniş bir uygulama alanı bulmuştur. Boyuta göre özel gösterge gümüşten sonra ikinci sırada yer alır ve yaygınlık ve çıkarılma kolaylığı açısından ondan çok daha iyidir. Bakırın en yaygın iletken olmasını sağlayan başka avantajları da vardır. Bunlar şunları içerir:

Elektrik mühendisliğinde kullanım için, sülfür cevherinden eritildikten sonra kavurma ve üfleme işlemlerinden geçen ve daha sonra mutlaka elektrolitik saflaştırmaya tabi tutulan rafine bakır kullanılır. Böyle bir işlemden sonra çok kaliteli bir malzeme elde etmek mümkündür. Yüksek kalite(M1 ve M0 dereceleri), % 0,1 ila 0,05 arasında safsızlık içerecektir. Önemli bir nüans bakırın mekanik özelliklerini olumsuz yönde etkilediği için oksijenin son derece küçük miktarlarda bulunmasıdır.

Çoğu zaman bu metalin yerini daha ucuz malzemeler (alüminyum ve demir) ve ayrıca çeşitli bronzlar (silikon, berilyum, magnezyum, kalay, kadmiyum, krom ve fosforlu alaşımlar) alır. Bu tür bileşimler, daha düşük iletkenliğe sahip olmalarına rağmen, saf bakırla karşılaştırıldığında daha yüksek mukavemete sahiptir.

Alüminyumun avantajları

Alüminyumun direnci daha fazla ve daha kırılgan olmasına rağmen bakır kadar az bulunmaması ve dolayısıyla maliyetinin daha düşük olması nedeniyle yaygın kullanımıdır. Alüminyumun direnci 0,028'dir ve düşük yoğunluğu onu bakırdan 3,5 kat daha hafif yapar.

İçin elektrik işi%0,5'ten fazla yabancı madde içermeyen saflaştırılmış A1 sınıfı alüminyum kullanın. Daha yüksek dereceli AB00, elektrolitik kapasitörlerin, elektrotların ve aliminyum folyo. Bu alüminyumdaki yabancı madde içeriği %0,03'ten fazla değildir. Ayrıca saf metal AB0000 de var%0,004'ten fazla katkı maddesi içermeyen. Safsızlıkların kendileri de önemlidir: nikel, silikon ve çinko, alüminyumun iletkenliği üzerinde hafif bir etkiye sahiptir ve bu metaldeki bakır, gümüş ve magnezyum içeriğinin gözle görülür bir etkisi vardır. Talyum ve manganez iletkenliği en çok azaltır.

Alüminyum iyi korozyon önleyici özelliklere sahiptir. Havayla temas ettiğinde ince bir oksit filmiyle kaplanır ve bu da onu daha fazla tahribattan korur. Gelişme için mekanik karakteristiği metal diğer elementlerle alaşımlıdır.

Çelik ve demir göstergeleri

Demirin bakır ve alüminyuma göre direnci çok yüksektir, ancak bulunabilirliği, mukavemeti ve deformasyona karşı direnci nedeniyle malzeme elektrik üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Direnci daha da yüksek olan demir ve çeliğin önemli dezavantajları olmasına rağmen iletken malzeme üreticileri bunları telafi edecek yöntemler bulmuşlardır. Özellikle düşük korozyon direnci kaplama ile aşılır. Çelik telçinko veya bakır.

Sodyumun özellikleri

Sodyum metali iletken üretiminde de oldukça ümit vericidir. Direnç açısından bakırı önemli ölçüde aşıyor ancak yoğunluğu bundan 9 kat daha az. Bu, malzemenin ultra hafif tellerin üretiminde kullanılmasına olanak tanır.

Sodyum metali çok yumuşaktır ve her türlü deformasyona karşı tamamen kararsızdır, bu da kullanımını sorunlu hale getirir - bu metalden yapılmış bir telin, son derece az esnekliğe sahip, çok güçlü bir kılıfla kaplanması gerekir. Sodyum en nötr koşullar altında güçlü kimyasal aktivite gösterdiğinden kabuk kapatılmalıdır. Havada anında oksitlenir ve havadaki su da dahil olmak üzere suyla şiddetli reaksiyona girer.

Sodyum kullanmanın bir diğer yararı da bulunabilirliğidir. Dünyada sınırsız miktarda bulunan erimiş sodyum klorürün elektrolizi yoluyla elde edilebilir. Diğer metaller bu bakımdan açıkça yetersizdir.

Belirli bir iletkenin performansını hesaplamak için, telin belirli sayısının ve uzunluğunun çarpımını kesit alanına bölmek gerekir. Sonuç Ohm cinsinden direnç değeri olacaktır. Örneğin nominal kesiti 5 mm² olan 200 m demir telin direncini belirlemek için 0,13'ü 200 ile çarpmanız ve sonucu 5'e bölmeniz gerekir. Cevap 5,2 Ohm'dur.

Hesaplamanın kuralları ve özellikleri

Mikroohmmetreler metalik ortamın direncini ölçmek için kullanılır. Bugün dijital versiyonda üretiliyorlar, dolayısıyla onların yardımıyla alınan ölçümler doğru. Bu, metallerin sahip olduğu gerçeğiyle açıklanabilir. yüksek seviyeİletkenlik ve son derece düşük dirence sahiptir. Örneğin alt eşik ölçüm aletleri 10 -7 Ohm değerine sahiptir.

Mikroohmmetreler kullanarak, temasın ne kadar iyi olduğunu ve jeneratörlerin, elektrik motorlarının ve transformatörlerin yanı sıra elektrik otobüslerinin sargılarının hangi direnci gösterdiğini hızlı bir şekilde belirleyebilirsiniz. Külçede başka bir metalin kalıntılarının varlığını hesaplamak mümkündür. Örneğin, altınla kaplanmış bir tungsten parçası, tüm altının yarı iletkenliğine sahiptir. Aynı yöntem iletkendeki iç kusurları ve boşlukları belirlemek için de kullanılabilir.

Direnç formülü şuna benziyor Aşağıdaki şekilde: ρ = Ohm mm2 /m. Kısaca 1 metre iletkenin direnci olarak tanımlanabilir. 1 mm² kesit alanına sahip. Sıcaklığın standart - 20 °C olduğu varsayılmaktadır.

Sıcaklığın ölçüme etkisi

Bazı iletkenlerin ısıtılması veya soğutulması, ölçüm cihazlarının performansı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Bir örnek aşağıdaki deneydir: aküye spiral olarak sarılmış bir tel bağlamak ve devreye bir ampermetre bağlamak gerekir.

İletken ne kadar ısınırsa cihazdaki okumalar o kadar düşük olur. Akımın tam tersi var orantılı bağımlılık direnişten. Dolayısıyla ısıtma sonucunda metalin iletkenliğinin azaldığı sonucuna varabiliriz. Daha büyük veya daha az bir ölçüde Tüm metaller bu şekilde davranır ancak bazı alaşımlarda iletkenlikte neredeyse hiç değişiklik olmaz.

Sıvı iletkenlerin ve bazı katı ametallerin sıcaklık arttıkça dirençlerini azaltma eğiliminde olmaları dikkat çekicidir. Ancak bilim insanları metallerin bu yeteneğini de kendi avantajlarına çevirdi. Bazı malzemeleri ısıtırken direnç sıcaklık katsayısını (α) bilerek dış sıcaklığı belirlemek mümkündür. Örneğin mika çerçeve üzerine yerleştirilen platin tel fırına yerleştirilerek direnci ölçülür. Ne kadar değiştiğine bağlı olarak fırındaki sıcaklık hakkında bir sonuca varılır. Bu tasarıma dirençli termometre denir.

Eğer sıcaklıkta T 0 iletken direnci R 0 ve sıcaklıkta T eşittir rt, o zaman direnç sıcaklık katsayısı şuna eşittir:

Bu formül kullanılarak hesaplama yalnızca belirli bir sıcaklık aralığında (yaklaşık 200 °C'ye kadar) yapılabilir.

Elektriksel direnç iletken malzemelerin temel özelliğidir. İletkenin uygulama alanına bağlı olarak direncinin değeri, elektrik sisteminin işleyişinde hem olumlu hem de olumsuz rol oynayabilir. Ayrıca iletken kullanmanın özellikleri dikkate alınmasını gerektirebilir ek özellikler belirli bir durumda etkisi göz ardı edilemeyecek olan.

İletkenler saf metaller ve bunların alaşımlarıdır. Bir metalde, tek bir "güçlü" yapıda sabitlenmiş atomların serbest elektronları vardır (" elektron gazı"). Bu durumda yük taşıyıcıları bu parçacıklardır. Elektronlar bir atomdan diğerine sürekli ve rastgele hareket halindedir. Ne zaman Elektrik alanı(bir voltaj kaynağının metalin uçlarına bağlanması), iletkendeki elektronların hareketi düzenli hale gelir. Hareket eden elektronlar, iletkenin moleküler yapısının özelliklerinden kaynaklanan yollarında engellerle karşılaşır. Yük taşıyıcıları bir yapıya çarptıklarında enerjilerini kaybederek iletkene verirler (onu ısıtırlar). İletken bir yapı, taşıyıcıları şarj etmek için ne kadar çok engel oluşturursa direnç de o kadar yüksek olur.

Bir sayıda elektron için iletken yapının kesiti arttıkça “iletim kanalı” genişleyecek ve direnç azalacaktır. Buna göre telin uzunluğu arttıkça bu tür engeller daha fazla olacak ve direnç artacaktır.

Dolayısıyla direncin hesaplanmasına yönelik temel formül, telin uzunluğunu, kesit alanını ve bu boyutsal özellikleri gerilim ve akımın elektriksel büyüklükleriyle ilişkilendiren belirli bir katsayıyı içerir (1). Bu katsayıya direnç denir.
R=r*L/S (1)

Direnç

Direnç değişmez ve iletkenin yapıldığı maddenin bir özelliğidir. Ölçü birimleri r - ohm*m. Genellikle direnç değeri ohm*mm metrekare/m cinsinden verilir. Bunun nedeni, en sık kullanılan kabloların kesit alanının nispeten küçük olması ve mm2 cinsinden ölçülmesidir. Basit bir örnek verelim.

Görev No.1. Uzunluk bakır kablo U = 20 m, S kesiti = 1,5 mm. metrekare Tel direncini hesaplayın.
Çözüm: bakır telin direnci r = 0,018 ohm*mm. metrekare/m. Değerleri formül (1)'de değiştirerek R=0,24 ohm elde ederiz.
Güç sisteminin direncini hesaplarken, bir telin direnci tel sayısıyla çarpılmalıdır.
Bakır yerine daha yüksek dirençli alüminyum kullanırsanız (r = 0,028 ohm * mm kare / m), tellerin direnci buna göre artacaktır. Yukarıdaki örnekte direnç R = 0,373 ohm (%55 daha fazla) olacaktır. Bakır ve alüminyum tellerin ana malzemeleridir. Gümüş gibi bakırdan daha düşük dirence sahip metaller vardır. Ancak maliyetinin yüksek olması nedeniyle kullanımı sınırlıdır. Aşağıdaki tablo iletken malzemelerin direncini ve diğer temel özelliklerini göstermektedir.
Tablo - iletkenlerin ana özellikleri

Tellerin ısı kayıpları

Yukarıdaki örnekteki kablo kullanılarak tek fazlı 220 V ağa 2,2 kW'lık bir yük bağlanırsa, o zaman I = P / U veya I = 2200/220 = 10 A akımı telden akacaktır. iletkendeki güç kayıplarının hesaplanması:
Ppr=(I^2)*R (2)
Örnek No. 2. Bahsedilen tel için 220 V voltajlı bir ağda 2,2 kW güç iletirken aktif kayıpları hesaplayın.
Çözüm: Akım ve tel direnci değerlerini formül (2)'de değiştirerek Ppr=(10^2)*(2*0,24)=48 W elde ederiz.
Böylece ağdan yüke enerji aktarılırken tellerdeki kayıplar %2'nin biraz üzerinde olacaktır. Bu enerji iletken tarafından üretilen ısıya dönüştürülür. çevre. İletkenin ısınma durumuna göre (mevcut değere göre), özel tablolar rehberliğinde kesiti seçilir.
Örneğin yukarıdaki iletken için 220 V'luk bir ağda maksimum akım 19 A veya 4,1 kW'tır.

Güç hatlarındaki aktif kayıpları azaltmak için artırılmış voltaj kullanılır. Aynı zamanda tellerdeki akım azalır, kayıplar düşer.

Sıcaklığın etkisi

Sıcaklıktaki bir artış metal kristal kafesin titreşimlerinde bir artışa yol açar. Buna göre elektronlar daha fazla engelle karşılaşır ve bu da direncin artmasına neden olur. Metal direncinin sıcaklık artışına karşı “hassasiyeti” miktarına denir sıcaklık katsayısıα. Sıcaklık hesaplama formülü aşağıdaki gibidir
R=Rн*, (3)
burada Rн – tel direnci normal koşullar(t°n sıcaklığında); t° iletkenin sıcaklığıdır.
Genellikle t°n = 20° C. α'nın değeri aynı zamanda t°n sıcaklığı için de gösterilir.
Görev 4. Bir bakır telin t° = 90° C sıcaklıktaki direncini hesaplayın. α bakır = 0,0043, Rн = 0,24 Ohm (görev 1).
Çözüm: Değerleri formül (3)'te değiştirerek R = 0,312 Ohm elde ederiz. Analiz edilen ısıtılmış telin direnci, oda sıcaklığındaki direncinden %30 daha fazladır.

Frekansın etkisi

İletkendeki akımın frekansı arttıkça, yüklerin yüzeyine daha yakın yer değiştirme işlemi meydana gelir. Yüzey katmanındaki yük konsantrasyonunun artması sonucunda telin direnci de artar. Bu işleme “deri etkisi” veya yüzey etkisi denir. Cilt katsayısı– etki aynı zamanda telin boyutuna ve şekline de bağlıdır. Yukarıdaki örnekte 20 kHz'lik bir AC frekansında tel direnci yaklaşık %10 artacaktır. Yüksek frekanslı bileşenlerin birçok modern endüstriyel ve ev tüketicisinden (enerji tasarruflu lambalar, enerji tasarruflu lambalar) bir akım sinyali alabileceğini unutmayın. darbeli kaynaklar güç kaynağı, frekans dönüştürücüler vb.).

Komşu iletkenlerin etkisi

İçinden akımın geçtiği herhangi bir iletkenin çevresinde manyetik bir alan vardır. Komşu iletkenlerin alanlarının etkileşimi de enerji kaybına neden olur ve buna “yakınlık etkisi” denir. Ayrıca herhangi bir metal iletkenin, iletken çekirdek tarafından oluşturulan endüktansa ve izolasyon tarafından oluşturulan kapasitansa sahip olduğunu unutmayın. Bu parametreler aynı zamanda yakınlık etkisi ile de karakterize edilir.

Teknolojiler

Sıfır dirençli yüksek gerilim kabloları

Bu tip tel, araba ateşleme sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Yüksek gerilim kablolarının direnci oldukça düşüktür ve metre uzunluk başına bir ohm'un birkaç fraksiyonu kadardır. Bu büyüklükteki direncin ohmmetre ile ölçülemeyeceğini hatırlatalım. Genel kullanım. Düşük dirençleri ölçmek için sıklıkla ölçüm köprüleri kullanılır.
Yapısal olarak bu tür teller çok sayıda silikon, plastik veya diğer dielektriklere dayalı yalıtımlı bakır iletkenler. Bu tür tellerin kullanımının özelliği sadece bunlarla çalışmaktan ibaret değildir. yüksek voltaj, aynı zamanda kısa sürede enerji aktarımı (darbe modu).

Bimetalik kablo

Bahsi geçen kabloların ana uygulama alanı yüksek frekanslı sinyallerin iletimidir. Telin çekirdeği, yüzeyi başka bir metal türüyle kaplanmış olan bir tür metalden yapılmıştır. Çünkü yüksek frekanslarda yalnızca yüzey katmanı iletken, yani telin içini değiştirme olasılığı. Bu, pahalı malzemeden tasarruf sağlar ve telin mekanik özelliklerini geliştirir. Bu tür tellere örnekler: gümüş kaplı bakır, bakır kaplı çelik.

Çözüm

Tel direnci bir grup faktöre bağlı bir değerdir: iletken tipi, sıcaklık, akım frekansı, geometrik parametreler. Bu parametrelerin etkisinin önemi telin çalışma koşullarına bağlıdır. Kabloların görevlerine bağlı olarak optimizasyon kriterleri şunlar olabilir: aktif kayıpların azaltılması, mekanik özelliklerin iyileştirilmesi, fiyatların düşürülmesi.

Elektrik akımı, uçları arasında potansiyel fark bulunan bir devrenin kapanması sonucu oluşur. Alan kuvvetleri serbest elektronlara etki eder ve iletken boyunca hareket ederler. Bu yolculuk sırasında elektronlar atomlarla tanışır ve biriktirdikleri enerjinin bir kısmını onlara aktarırlar. Bunun sonucunda hızları azalır. Ancak elektrik alanının etkisiyle yeniden ivme kazanıyor. Böylece elektronlar sürekli olarak dirençle karşılaşır, bu nedenle elektrik akımı ısınır.

Bir maddenin akıma maruz kaldığında elektriği ısıya dönüştürme özelliği elektrik direncidir ve R ile gösterilir, ölçü birimi Ohm'dur. Direnç miktarı esas olarak çeşitli malzemelerin akımı iletme yeteneğine bağlıdır.
İlk kez Alman araştırmacı G. Ohm direnişten bahsetti.

Ünlü fizikçi akımın dirence bağımlılığını bulmak için birçok deney yaptı. Deneyler için çeşitli iletkenler kullandı ve çeşitli göstergeler elde etti.
G. Ohm'un belirlediği ilk şey, direncin iletkenin uzunluğuna bağlı olduğuydu. Yani iletkenin uzunluğu arttıkça direnci de artar. Sonuç olarak bu ilişkinin doğru orantılı olduğu belirlendi.

İkinci ilişki kesit alanıdır. İletkenin kesiti alınarak belirlenebilir. Kesimde oluşan şeklin alanı kesit alanıdır. Burada ilişki ters orantılıdır. Yani kesit alanı ne kadar büyük olursa iletken direnci o kadar düşük olur.

Direncin bağlı olduğu üçüncü önemli miktar ise malzemedir. Om'un deneylerde kullandıklarının bir sonucu olarak çeşitli malzemeler, o öğrendi çeşitli özellikler rezistans. Tüm bu deneyler ve göstergeler, görülebileceği bir tabloda özetlenmiştir. farklı anlamçeşitli maddelerin spesifik direnci.

En iyi iletkenlerin metaller olduğu bilinmektedir. En iyi iletkenler hangi metallerdir? Tablo bakır ve gümüşün en az dirence sahip olduğunu göstermektedir. Bakır, maliyetinin düşük olması nedeniyle daha sık kullanılırken, en önemli ve kritik cihazlarda gümüş kullanılmaktadır.

Tabloda yüksek dirence sahip maddeler elektriği iyi iletmezler, bu da onların mükemmel olabileceği anlamına gelir yalıtım malzemeleri. Bu özelliğe en fazla sahip olan maddeler porselen ve ebonittir.

Genel olarak elektriksel direnç çok yüksektir. önemli faktör sonuçta göstergesini belirleyerek iletkenin hangi maddeden yapıldığını öğrenebiliriz. Bunu yapmak için kesit alanını ölçmeniz, bir voltmetre ve ampermetre kullanarak akımı bulmanız ve ayrıca voltajı ölçmeniz gerekir. Bu şekilde direncin değerini bulacağız ve tabloyu kullanarak maddeyi kolayca tanımlayabiliriz. Direncin bir maddenin parmak izi gibi olduğu ortaya çıktı. Ayrıca uzun süreli planlama yaparken direnç önemlidir. elektrik devreleri: Uzunluk ve alan dengesini kurabilmek için bu göstergeyi bilmemiz gerekiyor.

1V voltajda akımı 1A ise direncin 1 ohm olduğunu belirleyen bir formül vardır. Yani belirli bir maddeden yapılmış birim alanın ve birim uzunluğun direnci özgül dirençtir.

Ayrıca direnç göstergesinin doğrudan maddenin frekansına bağlı olduğunu da belirtmek gerekir. Yani, yabancı maddelerin olup olmadığı. Ancak sadece yüzde bir manganez eklemek, en iletken madde olan bakırın direncini üç kat artırır.

Bu tablo spesifik elektrik direnci bazı maddeler.

Son derece iletken malzemeler

Bakır
Daha önce de söylediğimiz gibi bakır çoğunlukla iletken olarak kullanılır. Bu sadece düşük direnciyle açıklanmıyor. Bakır, yüksek mukavemet, korozyon direnci, kullanım kolaylığı ve iyi işlenebilirlik avantajlarına sahiptir. İyi markalar bakır M0 ve M1 olarak kabul edilir. İçlerindeki yabancı maddelerin miktarı% 0,1'i geçmez.

Metalin yüksek maliyeti ve hakimiyeti Son zamanlarda Kıtlık, üreticileri alüminyumu iletken olarak kullanmaya teşvik ediyor. Ayrıca bakırın çeşitli metallerle alaşımları da kullanılmaktadır.
Alüminyum
Bu metal bakırdan çok daha hafiftir ancak alüminyumun ısı kapasitesi ve erime noktası yüksektir. Bu bakımdan onu erimiş hale getirmek için bakırdan daha fazla enerjiye ihtiyaç vardır. Ancak bakır eksikliği gerçeği dikkate alınmalıdır.
Elektrikli ürünlerin üretiminde kural olarak A1 sınıfı alüminyum kullanılmaktadır. % 0,5'ten fazla yabancı madde içermez. Ve en yüksek frekanslı metal alüminyum AB0000'dir.
Ütü
Demirin ucuzluğu ve bulunabilirliği, yüksek direncinin gölgesinde kalıyor. Ayrıca çabuk korozyona uğrar. Bu nedenle çelik iletkenler sıklıkla çinko ile kaplanır. Sözde bimetal yaygın olarak kullanılmaktadır - bu, koruma için bakırla kaplanmış çeliktir.
Sodyum
Sodyum da erişilebilir ve umut verici bir malzemedir, ancak direnci bakırın neredeyse üç katıdır. Ek olarak, metalik sodyum, böyle bir iletkenin hava geçirmez şekilde kapatılmış koruma ile kaplanmasını gerektiren yüksek kimyasal aktiviteye sahiptir. Sodyum çok yumuşak ve oldukça kırılgan bir malzeme olduğundan iletkeni mekanik hasarlardan da korumalıdır.

Süperiletkenlik
Aşağıdaki tablo maddelerin 20 derece sıcaklıktaki direncini göstermektedir. Sıcaklık göstergesi tesadüfi değildir çünkü direnç doğrudan bu göstergeye bağlıdır. Bu durum, ısıtıldığında atomların hızının da artması, yani elektronlarla karşılaşma olasılıklarının da artmasıyla açıklanmaktadır.

Soğuma koşulları altında dirence ne olduğu ilginçtir. İlk defa atomların davranışı çok Düşük sıcaklık 1911'de G. Kamerlingh Onnes tarafından not edildi. Cıva telini 4K'ya soğuttu ve direncinin sıfıra düştüğünü buldu. Bazı alaşımların ve metallerin düşük sıcaklık koşullarında direnç indeksindeki değişime fizikçiler tarafından süperiletkenlik adı verilir.

Süperiletkenler soğutulduklarında süperiletkenlik durumuna geçerler ve optik ve yapısal özellikleri değişmez. Ana keşif, süperiletken durumdaki metallerin elektriksel ve manyetik özelliklerinin, normal durumdaki özelliklerinden ve ayrıca sıcaklık düştüğünde bu duruma geçemeyen diğer metallerin özelliklerinden çok farklı olmasıdır.
Süperiletkenlerin kullanımı esas olarak gücü 107 A/m'ye ulaşan ultra güçlü bir manyetik alan elde etmek için gerçekleştirilir. Süper iletken güç hattı sistemleri de geliştirilmektedir.

Benzer malzemeler.

İçerik:

Metallerin direnci, içinden geçen elektrik akımına karşı koyma yetenekleridir. Bu miktarın ölçü birimi Ohm*m'dir (Ohm-metre). Sembol kullanılır Yunan harfiρ (rho). Yüksek direnç değerleri, belirli bir malzemenin elektrik yükünün zayıf iletkenliği anlamına gelir.

Çelik Özellikleri

Çeliğin direncini ayrıntılı olarak düşünmeden önce, temel fiziksel ve mekanik özelliklerini öğrenmelisiniz. Nitelikleri nedeniyle bu malzeme imalat sektöründe ve insanların yaşamlarının ve faaliyetlerinin diğer alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır.

Çelik,% 1,7'yi aşmayan bir miktarda bulunan bir demir ve karbon alaşımıdır. Çelik, karbona ek olarak belirli miktarda yabancı madde de içerir - silikon, manganez, kükürt ve fosfor. Nitelikleri açısından oldukça önemli dökme demirden daha iyi kolayca sertleştirilebilir, dövülebilir, haddelenebilir ve diğer işlemlere tabi tutulabilir. Tüm çelik türleri yüksek mukavemet ve süneklik ile karakterize edilir.

Amacına göre çelik, yapısal, aletli ve ayrıca özel olarak ayrılır. fiziki ozellikleri. Her biri farklı miktarda karbon içerir; bu sayede malzeme, örneğin ısıya dayanıklılık, ısıya dayanıklılık, pas ve korozyona karşı direnç gibi belirli belirli nitelikler kazanır.

Sac formatında üretilen ve elektrikli ürünlerin üretiminde kullanılan elektrikli çelikler özel bir yer tutmaktadır. Bu malzemeyi elde etmek için, manyetik ve elektriksel özelliklerini iyileştirebilen silikon katkılıdır.

Elektrikli çeliğin gerekli özellikleri kazanabilmesi için belirli gereklilik ve koşulların karşılanması gerekir. Malzeme kolayca mıknatıslanmalı ve yeniden mıknatıslanmalı, yani yüksek manyetik geçirgenliğe sahip olmalıdır. Bu tür çelikler iyidir ve mıknatıslanmalarının tersine çevrilmesi minimum kayıpla gerçekleştirilir.

Manyetik çekirdeklerin ve sargıların boyutları ve ağırlığı ile katsayı, bu gerekliliklere uygunluğa bağlıdır. yararlı eylem Transformatörler ve çalışma sıcaklıkları. Koşulların yerine getirilmesi çeliğin direnci dahil birçok faktörden etkilenir.

Direnç ve diğer göstergeler

Elektriksel direncin değeri, metaldeki elektrik alan kuvvetinin içinde akan akım yoğunluğuna oranıdır. Pratik hesaplamalar için formül kullanılır: hangi ρ metalin direncidir (Ohm*m), e- elektrik alan kuvveti (V/m) ve J- metaldeki elektrik akımı yoğunluğu (A/m2). Çok yüksek elektrik alan gücünde ve düşük akım yoğunluğunda metalin direnci yüksek olacaktır.

Elektrik iletkenliği adı verilen başka bir nicelik daha vardır; özdirencin tersi, bir malzemenin elektrik akımını iletme derecesini gösterir. Formülle belirlenir ve metre başına S/m - siemens birimiyle ifade edilir.

Direnç elektriksel dirençle yakından ilişkilidir. Ancak kendi aralarında farklılıklar vardır. İlk durumda bu, çelik de dahil olmak üzere malzemenin bir özelliğidir ve ikinci durumda, nesnenin tamamının özelliği belirlenir. Bir direncin kalitesi, başta yapıldığı malzemenin şekli ve direnci olmak üzere çeşitli faktörlerin birleşiminden etkilenir. Örneğin, tel sargılı bir direnç yapmak için ince ve uzun bir tel kullanıldıysa, direnci aynı metalden yapılmış kalın ve kısa telden yapılmış direncinkinden daha büyük olacaktır.

Diğer bir örnek ise aynı çap ve uzunluktaki tellerden yapılmış dirençlerdir. Ancak bunlardan birinde malzemenin direnci yüksek, diğerinde ise düşükse, buna göre birinci dirençteki elektrik direnci ikinciden daha yüksek olacaktır.

Malzemenin temel özelliklerini bilerek, bir çelik iletkenin direnç değerini belirlemek için çeliğin direncini kullanabilirsiniz. Hesaplamalar için elektriksel dirence ek olarak telin çapına ve uzunluğuna da ihtiyacınız olacaktır. Hesaplamalar aşağıdaki formül kullanılarak gerçekleştirilir: R(Ohm), ρ - çeliğin direnci (Ohm*m), L- telin uzunluğuna karşılık gelir, A- kesit alanı.

Çeliğin ve diğer metallerin direncinin sıcaklığa bağımlılığı vardır. Çoğu hesaplamanın kullanımı oda sıcaklığı- 20 0 C. Bu faktörün etkisi altındaki tüm değişiklikler sıcaklık katsayısı kullanılarak dikkate alınır.