Resistenza elettrica specifica del materiale sull'esempio del metallo. Resistività

La corrente elettrica I in qualsiasi sostanza è creata dal movimento di particelle cariche in una certa direzione a causa dell'applicazione di energia esterna (differenza potenziale U). Ogni sostanza ha proprietà individuali che influenzano il passaggio della corrente al suo interno in modi diversi. Queste proprietà sono valutate dalla resistenza elettrica R.

Georg Ohm ha determinato empiricamente i fattori che influenzano l'entità della resistenza elettrica di una sostanza, dedotta dalla tensione e dalla corrente, che porta il suo nome. A lui è intitolata l'unità di misura della resistenza nel sistema internazionale SI. 1 Ohm è il valore della resistenza misurata a una temperatura di 0 ° C su una colonna di mercurio omogenea lunga 106,3 cm con un'area della sezione trasversale di 1 mm 2.

Definizione

Al fine di valutare e mettere in pratica materiali per la fabbricazione di dispositivi elettrici, il termine "resistività conduttore". L'aggettivo aggiunto "specifico" si riferisce al fattore di utilizzo del valore del volume di riferimento adottato per la sostanza in esame. Ciò consente di valutare i parametri elettrici di diversi materiali.

Allo stesso tempo, si tiene conto del fatto che la resistenza del conduttore aumenta con un aumento della sua lunghezza e una diminuzione della sua sezione trasversale. Il sistema SI utilizza il volume di un conduttore omogeneo con una lunghezza di 1 metro e una sezione di 1 m 2. Nei calcoli tecnici viene utilizzata un'unità di volume fuori sistema obsoleta ma conveniente, composta da una lunghezza di 1 metro e un'area di 1 mm 2. La formula per la resistività ρ è mostrata in figura.

Per determinare le proprietà elettriche delle sostanze viene introdotta un'altra caratteristica: la conduttività specifica b. È inversamente proporzionale al valore della resistività, determina la capacità del materiale di condurre corrente elettrica: b = 1/ρ.

In che modo la resistività dipende dalla temperatura?

La conducibilità di un materiale è influenzata dalla sua temperatura. Gruppi vari le sostanze si comportano diversamente se riscaldate o raffreddate. Questa proprietà è presa in considerazione nei cavi elettrici che funzionano all'aperto in condizioni di caldo e freddo.

Il materiale e la resistività del filo sono selezionati tenendo conto delle condizioni del suo funzionamento.

L'aumento della resistenza dei conduttori al passaggio di corrente durante il riscaldamento è spiegato dal fatto che con un aumento della temperatura del metallo in esso contenuto, aumenta l'intensità del movimento degli atomi e dei portatori di cariche elettriche in tutte le direzioni, che crea ostacoli inutili per il movimento delle particelle cariche in una direzione, riduce l'entità del loro flusso.

Se la temperatura del metallo si riduce, le condizioni per il passaggio della corrente migliorano. Quando viene raffreddato a una temperatura critica, il fenomeno della superconduttività compare in molti metalli, quando la loro resistenza elettrica è praticamente nulla. Questa proprietà è ampiamente utilizzata in potenti elettromagneti.

L'influenza della temperatura sulla conduttività di un metallo viene utilizzata dall'industria elettrica nella produzione di normali lampade a incandescenza. Durante il passaggio della corrente, si riscaldano in uno stato tale da emettere un flusso luminoso. In condizioni normali, la resistenza specifica del nicromo è di circa 1,05 ÷ 1,4 (ohm ∙ mm 2) / m.

Quando la lampadina è accesa, una grande corrente passa attraverso il filamento, che riscalda molto rapidamente il metallo. Contemporaneamente aumenta la resistenza del circuito elettrico, limitando la corrente iniziale al valore nominale necessario per ottenere l'illuminazione. In questo modo si effettua una semplice regolazione della forza di corrente tramite una spirale in nicromo, non è necessario utilizzare reattori complessi utilizzati nelle sorgenti LED e luminescenti.

Come viene utilizzata la resistività dei materiali in ingegneria

I metalli nobili non ferrosi hanno migliori proprietà di conducibilità elettrica. Pertanto, i contatti critici nei dispositivi elettrici sono realizzati in argento. Ma questo aumenta il costo finale dell'intero prodotto. L'opzione più accettabile è utilizzare metalli più economici. Ad esempio, la resistività del rame, pari a 0,0175 (ohm ∙ mm 2) / m, è abbastanza adatta per tali scopi.

metalli nobili- oro, argento, platino, palladio, iridio, rodio, rutenio e osmio, chiamati principalmente per la loro elevata resistenza chimica e il loro bell'aspetto in gioielleria. Inoltre, oro, argento e platino hanno un'elevata duttilità, mentre i metalli del gruppo del platino hanno un alto punto di fusione e, come l'oro, un'inerzia chimica. Questi vantaggi dei metalli nobili sono combinati.

Le leghe di rame, che hanno una buona conduttività, vengono utilizzate per realizzare shunt che limitano il flusso di correnti elevate attraverso la testa di misura degli amperometri ad alta potenza.

La resistenza specifica dell'alluminio 0,026 ÷ 0,029 (ohm ∙ mm 2) / m è leggermente superiore a quella del rame, ma la produzione e il costo di questo metallo sono inferiori. Inoltre, è più facile. Questo lo spiega ampia applicazione nell'industria dell'energia per la fabbricazione di cavi operanti all'aria aperta e anime di cavi.

La resistenza specifica del ferro 0,13 (ohm ∙ mm 2)/m ne consente l'utilizzo anche per la trasmissione corrente elettrica, ma ciò si traduce in maggiori perdite di potenza. Le leghe di acciaio hanno una maggiore resistenza. Pertanto, fili di acciaio sono intrecciati nei cavi aerei di alluminio delle linee elettriche ad alta tensione, progettati per resistere ai carichi che agiscono sull'interruzione.

Ciò è particolarmente vero nella formazione di ghiaccio sui fili o forti raffiche di vento.

Alcune leghe, ad esempio costantina e nichelina, hanno caratteristiche resistive termicamente stabili in un certo intervallo. Nella nichelina, la resistività elettrica praticamente non cambia da 0 a 100 gradi Celsius. Pertanto, le spirali per reostati sono realizzate in nichelina.

Negli strumenti di misura è ampiamente utilizzata la proprietà di una variazione rigorosa dei valori della resistività del platino dalla sua temperatura. Se una corrente elettrica viene fatta passare attraverso un conduttore di platino da una sorgente di tensione stabilizzata e viene calcolato il valore di resistenza, indicherà la temperatura del platino. Ciò consente di calibrare la scala in gradi, corrispondenti a valori di Ohm. Questo metodo consente di misurare la temperatura con una precisione di frazioni di grado.

A volte per una soluzione compiti pratici voglio sapere impedenza o resistività del cavo. Per fare ciò, nei libri di riferimento per i prodotti via cavo, vengono forniti i valori della resistenza induttiva e attiva di un nucleo per ogni valore della sezione trasversale. Con il loro aiuto, vengono calcolati i carichi consentiti, il calore generato, vengono determinate le condizioni operative consentite e vengono selezionate protezioni efficaci.

La conducibilità specifica dei metalli è influenzata dal modo in cui vengono lavorati. Usando la pressione per deformare plasticamente le rotture della struttura reticolo cristallino, aumenta il numero di difetti e aumenta la resistenza. Per ridurlo, viene utilizzata la ricottura di ricristallizzazione.

L'allungamento o la compressione dei metalli provoca in essi una deformazione elastica, dalla quale le ampiezze delle oscillazioni termiche degli elettroni diminuiscono e la resistenza diminuisce leggermente.

Quando si progettano sistemi di messa a terra, è necessario tenerne conto. Ha differenze di definizione rispetto al metodo sopra ed è misurato in unità del sistema SI - Ohm∙metro. Con il suo aiuto viene valutata la qualità della diffusione della corrente elettrica all'interno della terra.

La conducibilità del suolo è influenzata da molti fattori, tra cui l'umidità del suolo, la densità del suolo, la dimensione delle particelle, la temperatura, le concentrazioni di sale, acido e alcali.

• Costantana (58,8 Cu, 40 Ni, 1,2 Mn)
• Manganina (85 Cu, 12 Mn, 3 Ni)
• Alpacca (65 Cu, 20 Zn, 15 Ni)
• Nichel (54 Cu, 20 Zn, 26 Ni)
• Nicromo (67,5 Ni, 15 Cr, 16 Fe, 1,5 Mn)
• Reonato (84Cu, 12Mn, 4 Zn)
• Fechral (80 Fe, 14 Cr, 6 Al)

Resistività del nicromo

Ogni corpo attraverso il quale viene fatta passare una corrente elettrica gli fornisce automaticamente una certa resistenza. La proprietà di un conduttore di resistere alla corrente elettrica è chiamata resistenza elettrica.

Considera la teoria degli elettroni questo fenomeno. Quando si muovono lungo un conduttore, gli elettroni liberi incontrano costantemente altri elettroni e atomi sulla loro strada. Interagendo con loro, un elettrone libero perde parte della sua carica. Pertanto, gli elettroni incontrano resistenza dal materiale conduttore. Ogni corpo ha la propria struttura atomica, che fornisce una diversa resistenza alla corrente elettrica. L'unità di resistenza è l'ohm. Viene indicata la resistenza dei materiali - R o r.

Minore è la resistenza del conduttore, più facile è il passaggio della corrente elettrica attraverso questo corpo. E viceversa: maggiore è la resistenza, peggio il corpo conduce corrente elettrica.

La resistenza di ogni singolo conduttore dipende dalle proprietà del materiale di cui è composto. Per caratterizzare accuratamente la resistenza elettrica di un particolare materiale, è stato introdotto il concetto di resistenza specifica (nicromo, alluminio, ecc.). La resistenza specifica è considerata la resistenza di un conduttore lungo fino a 1 m, la cui sezione trasversale è di 1 mq. mm. Questo indicatore è indicato dalla lettera p. Ogni materiale utilizzato nella fabbricazione di un conduttore ha una propria resistività. Ad esempio, considera la resistività di nicromo e fechral (più di 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

La resistività del nicromo, fechral indica lo scopo principale della loro applicazione: la fabbricazione di dispositivi azione termica, elettrodomestici e resistenze elettriche di forni industriali.

Poiché il nicromo e il fechral sono utilizzati principalmente nella produzione di elementi riscaldanti, i prodotti più comuni sono il filo di nicromo, il nastro, la striscia Kh15N60 e Kh20N80, nonché il filo fecrale Kh23Yu5T.

• conduttori;
• dielettrici (con proprietà isolanti);
• semiconduttori.

Elettroni e corrente

Al centro del moderno concetto di corrente elettrica c'è il presupposto che sia costituito da particelle materiali - cariche. Ma vari fisici e esperimenti chimici motivare ad affermare che tali portatori di carica possono essere di diverso tipo nello stesso conduttore. E questa disomogeneità delle particelle influisce sulla densità di corrente. Per i calcoli relativi ai parametri della corrente elettrica vengono utilizzate determinate grandezze fisiche. Tra questi, un posto importante è occupato dalla conduttività insieme alla resistenza.

• La conduttività è correlata alla resistenza da una relazione inversa reciproca.

È noto che quando viene applicata una certa tensione a un circuito elettrico, in esso appare una corrente elettrica il cui valore è correlato alla conduttività di questo circuito. Questa fondamentale scoperta fu fatta all'epoca dal fisico tedesco Georg Ohm. Da allora è in uso una legge chiamata legge di Ohm. Esiste per diverse opzioni Catene. Pertanto, le formule per loro possono essere diverse l'una dall'altra, poiché corrispondono a condizioni completamente diverse.

Ogni circuito elettrico ha un conduttore. Se contiene un tipo di particelle portatrici di carica, la corrente nel conduttore è come un flusso di fluido che ha una certa densità. È determinato dalla seguente formula:

La maggior parte dei metalli corrisponde allo stesso tipo di particelle cariche, a causa delle quali esiste una corrente elettrica. Per i metalli, il calcolo della conducibilità elettrica viene effettuato secondo la seguente formula:

Poiché la conducibilità può essere calcolata, ora è facile determinare la resistività elettrica. Si è già detto sopra che la resistività di un conduttore è il reciproco della conduttività. Di conseguenza,

In questa formula, la lettera greca ρ (rho) è usata per denotare la resistività elettrica. Questa designazione è più spesso utilizzata nella letteratura tecnica. Tuttavia, puoi anche trovare formule leggermente diverse con l'aiuto delle quali viene calcolata la resistività dei conduttori. Se per i calcoli viene utilizzata la teoria classica dei metalli e la conduttività elettronica in essi contenuta, la resistività viene calcolata con la seguente formula:

Tuttavia, c'è un "ma". Lo stato degli atomi in un conduttore metallico è influenzato dalla durata del processo di ionizzazione, che viene effettuato da un campo elettrico. Con un singolo effetto ionizzante sul conduttore, gli atomi al suo interno riceveranno un'unica ionizzazione, che creerà un equilibrio tra la concentrazione di atomi e di elettroni liberi. E i valori di queste concentrazioni saranno uguali. In questo caso, si verificano le seguenti dipendenze e formule:

Deviazioni di conducibilità e resistenza

Successivamente, consideriamo ciò che determina la conduttività specifica, che è inversamente correlata alla resistività. La resistività della materia è piuttosto astratta quantità fisica. Ogni conduttore esiste sotto forma di un campione specifico. È caratterizzato dalla presenza di varie impurità e difetti nella struttura interna. Sono presi in considerazione come termini separati nell'espressione che determina la resistività secondo la regola di Matthiessen. Questa regola tiene anche conto della dispersione di un flusso di elettroni in movimento sui nodi del reticolo cristallino del campione che fluttuano a seconda della temperatura.

La presenza di difetti interni, come inclusioni di varie impurità e vuoti microscopici, aumenta anche la resistività. Per determinare la quantità di impurità nei campioni, la resistività dei materiali viene misurata per due valori di temperatura del materiale campione. Un valore di temperatura è la temperatura ambiente e l'altro corrisponde all'elio liquido. Dal rapporto tra il risultato della misura a temperatura ambiente e il risultato alla temperatura dell'elio liquido si ottiene un coefficiente che illustra la perfezione strutturale del materiale e la sua purezza chimica. Il coefficiente è indicato dalla lettera β.

Se si considera conduttrice di corrente elettrica una lega metallica con struttura in soluzione solida disordinata, il valore della resistività residua può essere significativamente maggiore della resistività. Tale caratteristica delle leghe metalliche bicomponenti che non sono legate agli elementi delle terre rare, nonché agli elementi di transizione, è coperta da una legge speciale. Si chiama legge di Nordheim.

Le moderne tecnologie nell'elettronica si stanno muovendo sempre più verso la miniaturizzazione. E tanto che presto apparirà la parola "nanocircuito" al posto di un microcircuito. I conduttori in tali dispositivi sono così sottili che sarebbe corretto chiamarli film metallici. È abbastanza chiaro che il campione di film con la sua resistività differirà verso l'alto dal conduttore più grande. Il piccolo spessore del metallo nel film porta alla comparsa di proprietà di semiconduttore in esso.

Comincia ad apparire la proporzionalità tra lo spessore del metallo e il percorso libero degli elettroni in questo materiale. C'è poco spazio per il movimento degli elettroni. Pertanto, iniziano a impedirsi a vicenda di muoversi in modo ordinato, il che porta ad un aumento della resistività. Per i film metallici, la resistività viene calcolata utilizzando una formula speciale ottenuta da esperimenti. La formula prende il nome da Fuchs, uno scienziato che studiò la resistività dei film.

I film sono formazioni molto specifiche che sono difficili da ripetere in modo che le proprietà di diversi campioni siano le stesse. Per un'accuratezza accettabile nella valutazione dei film, viene utilizzato un parametro speciale: la resistenza superficiale specifica.

I resistori sono formati da pellicole metalliche sul substrato del microcircuito. Per questo motivo, i calcoli della resistività sono un compito molto richiesto nella microelettronica. Il valore della resistività, ovviamente, è influenzato dalla temperatura ed è ad essa correlato da una dipendenza diretta dalla proporzionalità. Per la maggior parte dei metalli, questa dipendenza ha una certa sezione lineare in un determinato intervallo di temperatura. In questo caso, la resistività è determinata dalla formula:

Nei metalli, la corrente elettrica si verifica a causa di un largo numero elettroni liberi, la cui concentrazione è relativamente alta. Inoltre, gli elettroni determinano anche l'elevata conducibilità termica dei metalli. Per questo motivo è stato stabilito un collegamento tra la conducibilità elettrica e la conducibilità termica mediante una legge speciale, che è stata motivata sperimentalmente. Questa legge di Wiedemann-Franz è caratterizzata dalle seguenti formule:

Prospettive allettanti per la superconduttività

Tuttavia, i processi più sorprendenti si verificano alla temperatura più bassa tecnicamente ottenibile dell'elio liquido. In tali condizioni di raffreddamento, tutti i metalli perdono praticamente la loro resistività. I fili di rame raffreddati alla temperatura dell'elio liquido sono in grado di condurre correnti molte volte maggiori che in condizioni normali. Se in pratica ciò diventasse possibile, l'effetto economico sarebbe inestimabile.

Ancora più sorprendente è stata la scoperta di conduttori per alte temperature. Queste varietà di ceramica in condizioni normali erano molto lontane nella loro resistività dai metalli. Ma a una temperatura di circa tre dozzine di gradi sopra l'elio liquido, sono diventati superconduttori. La scoperta di questo comportamento dei materiali non metallici è diventata un potente stimolo per la ricerca. A causa delle maggiori conseguenze economiche applicazione pratica superconduttività, risorse finanziarie molto significative furono gettate in questa direzione e iniziò la ricerca su larga scala.

Ma per ora, come si suol dire, "le cose sono ancora lì" ... I materiali ceramici si sono rivelati inadatti all'uso pratico. Le condizioni per mantenere lo stato di superconduttività richiedevano spese così ingenti da distruggere tutti i benefici derivanti dal suo utilizzo. Ma gli esperimenti con la superconduttività continuano. C'è progresso. La superconduttività è già stata ottenuta ad una temperatura di 165 gradi Kelvin, ma questo richiede alta pressione. Creazione e mantenimento di tali condizioni speciali nega ancora una volta l'uso commerciale di questa soluzione tecnica.

Ulteriori fattori di influenza

Al momento, tutto continua ad andare per la sua strada e per rame, alluminio e alcuni altri metalli, la resistività continua a garantirne l'uso industriale per la produzione di fili e cavi. In conclusione, vale la pena aggiungere qualche informazione in più che non solo la resistività del materiale conduttore e la temperatura ambiente influenzare le perdite in esso presenti durante il passaggio della corrente elettrica. La geometria del conduttore è molto significativa quando lo si utilizza a una frequenza di tensione maggiore e ad un'elevata intensità di corrente.

In queste condizioni, gli elettroni tendono a concentrarsi vicino alla superficie del filo e il suo spessore di conduttore perde il suo significato. Pertanto, è possibile ridurre giustamente la quantità di rame nel filo ricavando da esso solo la parte esterna del conduttore. Un altro fattore per aumentare la resistività di un conduttore è la deformazione. Pertanto, nonostante le elevate prestazioni di alcuni materiali elettricamente conduttivi, in determinate condizioni potrebbero non apparire. Selezione dei conduttori giusti per compiti specifici. Le tabelle seguenti ti aiuteranno in questo.

Contenuto:

La resistività dei metalli è la loro capacità di resistere alla corrente elettrica che li attraversa. L'unità di misura per questo valore è Ohm * m (Ohm-metro). La lettera greca ρ (rho) è usata come simbolo. Alte prestazioni resistività significa scarsa conduttività di una carica elettrica da parte dell'uno o dell'altro materiale.

Specifiche dell'acciaio

Prima di considerare in dettaglio la resistività dell'acciaio, dovresti familiarizzare con le sue proprietà fisiche e meccaniche di base. Per le sue qualità, questo materiale è ampiamente utilizzato nel settore manifatturiero e in altri settori della vita e delle attività delle persone.

L'acciaio è una lega di ferro e carbonio, contenuta in una quantità non superiore all'1,7%. Oltre al carbonio, l'acciaio contiene una certa quantità di impurità: silicio, manganese, zolfo e fosforo. Per le sue qualità è molto migliore della ghisa; può essere facilmente temprata, forgiata, laminata e altri tipi di lavorazione. Tutti i tipi di acciai sono caratterizzati da elevata resistenza e duttilità.

Secondo il suo scopo, l'acciaio è diviso in strutturale, utensile e anche con speciale Proprietà fisiche. Ognuno di essi contiene una diversa quantità di carbonio, grazie alla quale il materiale acquisisce determinate qualità specifiche, ad esempio resistenza al calore, resistenza al calore, resistenza alla ruggine e alla corrosione.

Un posto speciale è occupato dagli acciai elettrici prodotti in formato lamiera e utilizzati nella fabbricazione di prodotti elettrici. Per ottenere questo materiale si esegue il drogaggio con il silicio, che può migliorarne le proprietà magnetiche ed elettriche.

Affinché l'acciaio elettrico acquisisca le caratteristiche necessarie, devono essere soddisfatti determinati requisiti e condizioni. Il materiale dovrebbe essere facilmente magnetizzato e rimagnetizzato, cioè avere un'elevata permeabilità magnetica. Tali acciai sono buoni e la loro inversione di magnetizzazione viene effettuata con perdite minime.

Le dimensioni e la massa dei nuclei magnetici e degli avvolgimenti, nonché il coefficiente azione utile trasformatori e la loro temperatura di esercizio. Il soddisfacimento delle condizioni è influenzato da molti fattori, inclusa la resistività dell'acciaio.

Resistività e altri indicatori

Il valore di resistività elettrica è il rapporto tra l'intensità del campo elettrico nel metallo e la densità di corrente che scorre in esso. Per i calcoli pratici viene utilizzata la formula: in cui ρ è la resistività del metallo (Ohm * m), e- intensità del campo elettrico (V/m), e J- la densità della corrente elettrica nel metallo (A / m 2). Con un'intensità del campo elettrico molto elevata e una bassa densità di corrente, la resistività del metallo sarà elevata.

Esiste un'altra grandezza chiamata conducibilità elettrica, l'inverso della resistività, che indica il grado di conducibilità della corrente elettrica da parte di un particolare materiale. È determinato dalla formula ed è espresso in unità di Sm / m - Siemens per metro.

La resistività è strettamente correlata alla resistenza elettrica. Tuttavia, hanno differenze tra loro. Nel primo caso, questa è una proprietà del materiale, compreso l'acciaio, e nel secondo caso, viene determinata la proprietà dell'intero oggetto. La qualità di un resistore è influenzata da una combinazione di diversi fattori, principalmente la forma e la resistività del materiale di cui è composto. Ad esempio, se è stato utilizzato un filo sottile e lungo per realizzare un resistore a filo, la sua resistenza sarà maggiore di quella di un resistore costituito da un filo spesso e corto dello stesso metallo.

Un altro esempio sono i resistori a filo dello stesso diametro e lunghezza. Tuttavia, se in uno di essi il materiale ha un'elevata resistività e nell'altro è bassa, di conseguenza, la resistenza elettrica nel primo resistore sarà maggiore rispetto al secondo.

Conoscendo le proprietà di base del materiale, è possibile utilizzare la resistività dell'acciaio per determinare il valore di resistenza del conduttore in acciaio. Per i calcoli, oltre alla resistività elettrica, saranno richiesti il ​​diametro e la lunghezza del filo stesso. I calcoli vengono eseguiti secondo la seguente formula: , in cui Rè (Ohm), ρ - resistività dell'acciaio (Ohm * m), l- corrisponde alla lunghezza del filo, MA- area della sua sezione trasversale.

Esiste una dipendenza della resistività dell'acciaio e di altri metalli dalla temperatura. Nella maggior parte dei calcoli viene utilizzata la temperatura ambiente - 20 0 C. Tutte le modifiche sotto l'influenza di questo fattore vengono prese in considerazione utilizzando il coefficiente di temperatura.

Pertanto, è importante conoscere i parametri di tutti gli elementi e materiali utilizzati. E non solo elettrico, ma anche meccanico. E di avere a disposizione dei comodi materiali di riferimento che consentono di confrontare le caratteristiche di diversi materiali e scegliere esattamente quello che sarà ottimale in una particolare situazione per la progettazione e il lavoro.
Nelle linee di trasmissione di potenza, dove il compito è più produttivo, cioè con alta efficienza, portare energia al consumatore, si tiene conto sia dell'economia delle perdite che della meccanica delle linee stesse. L'efficienza economica finale della linea dipende dalla meccanica, ovvero dalla disposizione e disposizione di conduttori, isolatori, supporti, trasformatori step-up/step-down, dal peso e dalla resistenza di tutte le strutture, compresi i cavi tesi su lunghe distanze, nonché sui materiali scelti per ogni elemento strutturale, sui suoi lavori e sui costi di esercizio. Inoltre, nelle linee che trasmettono energia elettrica, sono più elevati i requisiti per garantire la sicurezza sia delle linee stesse che dell'ambiente in cui passano. E questo aggiunge costi sia per garantire il cablaggio dell'energia elettrica, sia per un ulteriore margine di sicurezza per tutte le strutture.

Per confronto, i dati sono generalmente ridotti a un'unica forma comparabile. Spesso a tali caratteristiche viene aggiunto l'epiteto "specifico" e i valori stessi sono considerati su alcuni standard unificati in termini di parametri fisici. Ad esempio, la resistività elettrica è la resistenza (ohm) di un conduttore costituito da un metallo (rame, alluminio, acciaio, tungsteno, oro) avente una lunghezza unitaria e una sezione unitaria nel sistema di unità utilizzate (solitamente in SI). Inoltre, viene specificata la temperatura, poiché una volta riscaldata, la resistenza dei conduttori può comportarsi diversamente. Le normali condizioni operative medie sono prese come base - a 20 gradi Celsius. E dove le proprietà sono importanti quando si modificano i parametri del mezzo (temperatura, pressione), vengono introdotti i coefficienti e vengono compilate tabelle e grafici aggiuntivi delle dipendenze.

Tipi di resistività

Perché la resistenza è:

• attivo - o ohmico, resistivo - risultante dal costo dell'elettricità per riscaldare il conduttore (metallo) quando una corrente elettrica lo attraversa, e
• reattiva - capacitiva o induttiva - che deriva dalle inevitabili perdite per creare eventuali variazioni nella corrente che passa attraverso il conduttore di campi elettrici, quindi la resistività del conduttore può essere di due varietà:

1. Resistenza elettrica specifica alla corrente continua (di carattere resistivo) e
2. Resistenza elettrica specifica alla corrente alternata (di carattere reattivo).

Qui, la resistività di tipo 2 è un valore complesso, è costituito da due componenti del TP: attivo e reattivo, poiché la resistenza resistiva esiste sempre quando la corrente passa, indipendentemente dalla sua natura, e reattiva si verifica solo con qualsiasi variazione di corrente nei circuiti. Nei circuiti CC, la reattanza si verifica solo durante i transitori associati alla corrente attiva (variazione di corrente da 0 a nominale) o spenta (differenza da nominale a 0). E di solito vengono presi in considerazione solo durante la progettazione della protezione da sovraccarico.

Nei circuiti CA, i fenomeni associati alle reattanze sono molto più diversi. Dipendono non solo dall'effettivo passaggio di corrente attraverso una determinata sezione, ma anche dalla forma del conduttore e la dipendenza non è lineare.

Il fatto è che la corrente alternata induce un campo elettrico sia attorno al conduttore attraverso il quale scorre, sia nel conduttore stesso. E da questo campo sorgono correnti parassite, che danno l'effetto di "spingere fuori" il vero movimento principale delle cariche, dalla profondità dell'intera sezione del conduttore alla sua superficie, il cosiddetto "effetto pelle" (da pelle - pelle). Si scopre che le correnti parassite, per così dire, "rubano" la sua sezione trasversale dal conduttore. La corrente scorre in un certo strato vicino alla superficie, il resto dello spessore del conduttore rimane inutilizzato, non riduce la sua resistenza e semplicemente non ha senso aumentare lo spessore dei conduttori. Soprattutto alle alte frequenze. Pertanto, per la corrente alternata, le resistenze vengono misurate in tali sezioni trasversali dei conduttori, dove la sua intera sezione può essere considerata vicino alla superficie. Tale filo è chiamato sottile, il suo spessore è pari al doppio della profondità di questo strato superficiale, dove le correnti parassite spostano la corrente principale utile che scorre nel conduttore.

Naturalmente, la conduzione effettiva della corrente alternata non si limita ad una diminuzione dello spessore dei fili di sezione tonda. Il conduttore può essere assottigliato, ma allo stesso tempo reso piatto sotto forma di un nastro, quindi la sezione trasversale sarà rispettivamente superiore a quella di un filo tondo e la resistenza è inferiore. Inoltre, il semplice aumento della superficie avrà l'effetto di aumentare sezione trasversale efficace. Lo stesso può essere ottenuto utilizzando un filo a trefolo invece di un singolo trefolo, inoltre, un filo a trefolo ha una flessibilità superiore a un singolo trefolo, che spesso è anche prezioso. D'altra parte, tenendo conto dell'effetto pelle nei fili, è possibile rendere i fili compositi realizzando l'anima di un metallo che abbia buone caratteristiche di resistenza, come l'acciaio, ma basse caratteristiche elettriche. Allo stesso tempo, sull'acciaio viene realizzata una treccia di alluminio, che ha una resistività inferiore.

Oltre all'effetto pelle, il flusso di corrente alternata nei conduttori è influenzato dall'eccitazione delle correnti parassite nei conduttori circostanti. Tali correnti sono chiamate correnti di pickup e sono indotte sia nei metalli che non svolgono il ruolo di cablaggio (portando elementi strutturali), sia nei fili dell'intero complesso conduttivo - svolgendo il ruolo di fili di altre fasi, zero, messa a terra .

Tutti questi fenomeni si trovano in tutti i progetti relativi all'elettricità, questo rafforza ulteriormente l'importanza di avere a disposizione informazioni di riferimento sintetiche per un'ampia varietà di materiali.

La resistività per i conduttori viene misurata con strumenti molto sensibili e precisi, poiché i metalli sono selezionati per il cablaggio e hanno la resistenza più bassa - dell'ordine di ohm * 10 -6 per metro di lunghezza e quadrato. mm. sezioni. Per misurare la resistività dell'isolamento occorrono, invece, strumenti aventi portate di molto grandi valori le resistenze sono solitamente megaohm. È chiaro che i conduttori devono condurre bene e gli isolanti devono essere ben isolati.

Tavolo

Tabella delle resistenze specifiche dei conduttori (metalli e leghe)
Materiale conduttore	Composizione (per leghe)	Resistività ρ mΩ × mm 2 / m
	rame, zinco, stagno, nichel, piombo, manganese, ferro, ecc.
Alluminio
Tungsteno
Molibdeno
	rame, stagno, alluminio, silicio, berillio, piombo, ecc. (tranne zinco)
	ferro, carbonio
	rame, nichel, zinco
Manganina	rame, nichel, manganese
Costantano	rame, nichel, alluminio
	nichel, cromo, ferro, manganese
	ferro, cromo, alluminio, silicio, manganese

Il ferro come conduttore in ingegneria elettrica

Il ferro è il metallo più comune in natura e tecnologia (dopo l'idrogeno, che è anche un metallo). È anche il più economico e ha eccellenti caratteristiche di resistenza, quindi viene utilizzato ovunque come base per la resistenza di varie strutture.

Nell'ingegneria elettrica, il ferro viene utilizzato come conduttore sotto forma di fili flessibili di acciaio dove sono necessarie resistenza fisica e flessibilità e la resistenza desiderata può essere raggiunta grazie alla sezione appropriata.

Disponendo di una tabella delle resistenze specifiche di vari metalli e leghe, è possibile calcolare le sezioni trasversali di fili realizzati con conduttori diversi.

A titolo di esempio, proviamo a trovare una sezione elettricamente equivalente di conduttori realizzati in diversi materiali: fili di rame, tungsteno, nichel e ferro. Per l'iniziale prendere un filo di alluminio con una sezione trasversale di 2,5 mm.

Abbiamo bisogno che su una lunghezza di 1 m, la resistenza del filo di tutti questi metalli sia uguale alla resistenza di quello originale. La resistenza dell'alluminio per 1 m di lunghezza e 2,5 mm di sezione sarà uguale a

Dove R- resistenza, ρ - resistività del metallo dal tavolo, S- area della sezione trasversale, l- lunghezza.

Sostituendo i valori iniziali, otteniamo la resistenza di un pezzo di filo di alluminio lungo un metro in ohm.

Dopodiché, risolviamo la formula di S

Sostituiremo i valori dalla tabella e otterremo le aree della sezione trasversale per i diversi metalli.

Poiché la resistività nella tabella è misurata su un filo lungo 1 m, in microohm per 1 mm 2 di sezione, l'abbiamo ottenuta in microohm. Per ottenerlo in ohm, devi moltiplicare il valore per 10 -6. Ma il numero di ohm con 6 zeri dopo la virgola non è necessario per noi da ottenere, poiché troviamo ancora il risultato finale in mm 2.

Come puoi vedere, la resistenza del ferro è abbastanza grande, il filo è spesso.

Ma ci sono materiali che ne hanno ancora di più, come la nichelina o la costantana.