Що таке питомий опір речовини? Щоб відповісти простими словами на це питання, потрібно згадати курс фізики і уявити фізичне втілення цього визначення. Через речовина пропускається електричний струм, а воно, у свою чергу, перешкоджає з якоюсь силою проходженню струму.

Поняття питомого опору речовини

Саме ця величина, яка показує наскільки сильно перешкоджає речовина току і є питомий опір (латинська буква «ро»). У міжнародній системі одиниць опір виражається в Омах, Помножених на метр. Формула для обчислення звучить так: «Опір множиться на площу поперечного перерізу і ділиться на довжину провідника».

Виникає питання: «Чому при знаходженні питомого опору використовується ще одне опір?». Відповідь проста, є дві різні величини - питомий опір і опір. Друге показує наскільки речовина здатна перешкоджати проходженню через нього струму, а перше показує практично те ж саме, тільки мова йде вже не про речовину в загальному сенсі, а про провіднику з конкретною довжиною і площею перетину, які виконані з цієї речовини.

Зворотній величина, яка характеризує здатність речовини пропускати електрику іменується питомої електричну провідність і формула по якій обчислюється питома опірність безпосередньо пов'язана з питомою провідністю.

застосування міді

Поняття питомого опору широко застосовується в обчислення провідності електричного струму різними металами. На основі цих обчислень приймаються рішення про доцільність застосування того чи іншого металу для виготовлення електричних провідників, які використовуються в будівництві, приладобудуванні та інших областях.

Таблиця опору металів

Існують певні таблиці? в яких зведені воєдино наявні відомості про пропущенні і опорі металів, як правило, ці таблиці розраховані для певних умов.

Зокрема, широко відома таблиця опору металевих монокристалів при температурі двадцять градусів за Цельсієм, а також таблиця опору металів і сплавів.

Цими таблицями користуються для обчислення різних даних в так званих ідеальних умовах, щоб обчислити значення для конкретних цілей потрібно користуватися формулами.

Мідь. Її характеристики і властивості

Опис речовини і властивості

Мідь - це метал, який дуже давно був відкритий людством і також давно застосовується для різних технічних цілей. Мідь дуже ковкий і пластичний метал з високою електричну провідність, це робить її дуже популярною для виготовлення різних проводів і провідників.

Фізичні властивості міді:

• температура плавлення - 1084 градусів за Цельсієм;
• температура кипіння - 2560 градусів за Цельсієм;
• щільність при 20 градусах - 8890 кілограм поділений на кубічний метр;
• питома теплоємність при постійному тиску і температурі 20 градусів - 385 кДж / Дж * кг
• питомий електричний опір - 0,01724;

марки міді

Цей метал можна розділити на кілька груп або марок, кожна з яких має свої властивості і своє застосування в промисловості:

1. Марки М00, М0, М1 - відмінно підходять для виробництва кабелів і провідників, при її переплавки виключається перенасичення киснем.
2. Марки М2 і М3 - дешеві варіанти, які призначені для дрібного прокату і задовольняють більшості технічних і промислових завдань невеликого масштабу.
3. Марки М1, М1ф, М1р, М2р, М3р - це дорогі марки міді, які виготовляються для конкретного споживача зі специфічними вимогами і запитами.

Між собою марки відрізняються за кількома параметрами:

Вплив домішок на властивості міді

Домішки можуть впливати на механічні, технічні та експлуатаційні властивості продукції.

На закінчення слід підкреслити, що мідь - це унікальний метал з унікальними властивостями. Вона застосовується в автомобілебудуванні, виготовленні елементів для електроіндустрії, електроприладів, предметів споживання, годин, комп'ютерів і багато чого іншого. Зі своїм низьким питомим опором даний метал є відмінним матеріалом для виготовлення провідників і інших електричних приладів. Цим властивістю мідь обганяє тільки срібло, але через більш високу вартість воно не знайшло такого ж застосування в електроіндустрії.

Питомий опір - прикладне поняття в електротехніці. Воно позначає те, який опір на одиницю довжини надає матеріал одиничного перетину протікає через нього струму - іншими словами, яким опором володіє провід міліметрового перетину довжиною один метр. Це поняття використовується в різних електротехнічних розрахунках.

Важливо розуміти різницю між питомим електричним опором постійному струму і коефіцієнтом електроопору змінному струмі. У першому випадку опір викликається виключно дією постійного струму на провідник. У другому випадку змінний струм (він може бути будь-якої форми: синусоидальной, прямокутної, трикутної або довільної) викликає в провіднику додатково чинне вихровий поле, якому також створюється опір.

фізичне представлення

У технічних розрахунках, що передбачають прокладку кабелів різних діаметрів, то будуть використовуватися установки, що дозволяють розрахувати необхідну довжину кабелю і його електричні характеристики. Одним з основних параметрів є питомий опір. Формула питомої електричного опору:

ρ \u003d R * S / l, де:

• ρ - це питомий опір матеріалу;
• R - омічний електроопір конкретного провідника;
• S - поперечний переріз;
• l - довжина.

Розмірність ρ вимірюється в Ом мм 2 / м, або, скоротивши формулу - Ом м.

Значення ρ для одного і того ж речовини завжди однакове. Отже, це константа, що характеризує матеріал провідника. Зазвичай вона вказується в довідниках. Виходячи з цього вже можна проводити розрахунок технічних величин.

Важливо сказати і про питому електричну провідність. Ця величина є зворотною питомому опору матеріалу, і використовується нарівні з ним. Її також називають електропровідністю. Чим вище ця величина, тим краще метал проводить струм. Наприклад, питома провідність міді дорівнює 58,14 м / (Ом мм 2). Або, в одиницях, прийнятих в системі СІ 58 140 000 См / м. (Сіменс на метр - одиниця електропровідності в СІ).

Говорити про питомому опорі можна тільки при наявності елементів, які проводять струм, так як діелектрики мають нескінченним або близьким до нього електроопору. На відміну від них, метали - дуже хороші провідники струму. Виміряти електроопір металевого провідника можна за допомогою приладу Мілліомметри, або ще більш точного - мікроомметра. Значення вимірюється між їх щупами, прикладеними до ділянки провідника. Вони дозволяють перевірити ланцюги, проводку, обмотки двигунів і генераторів.

Метали різняться між собою за здатністю проводити струм. Питомий опір різних металів - параметр, що характеризує цю відзнаку. Дані наведені при температурі матеріалу 20 градусів за шкалою Цельсія:

Параметр ρ показує, яким опором буде володіти метровий провідник з перетином 1 мм 2. Чим більше це значення, тим більше електроопір буде у потрібного дроти певної довжини. Найменша ρ, як видно зі списку, має срібло, опір одного метра з цього матеріалу дорівнюватиме всього 0,015 Ом, але це занадто дорогий метал для використання його в промислових масштабах. Наступним йде мідь, яка в природі зустрічається набагато частіше (не дорогоцінний, а кольоровий метал). Тому мідна проводка дуже поширена.

Мідь є не тільки хорошим провідником електричного струму, але і дуже пластичним матеріалом. Завдяки цій властивості мідна проводка краще вкладається, вона стійка до вигинів і розтягування.

Мідь дуже затребувана на ринку. З цього матеріалу виготовляють безліч різних виробів:

• Величезне різноманіття провідників;
• Автозапчастини (наприклад, радіатори);
• Годинникові механізми;
• Комп'ютерні складові;
• Деталі електричних і електронних приладів.

Питомий електричний опір міді є одним з кращих серед проводять струм, тому на її основі створюється безліч товарів електроіндустрії. До того ж мідь легко піддається пайку, тому дуже поширена в радіоаматорство.

Висока теплопровідність міді дозволяє використовувати її в охолоджуючих і обігрівають пристроях, а пластичність дає можливість створювати найдрібніші деталі і найтонші провідники.

Провідники електричного струму бувають першого і другого роду. Провідники першого роду - це метали. Провідники другого роду-це провідні розчини рідин. Струм в перших переносять електрони, а переносники струму в провідниках другого роду -іони, заряджені частинки електролітичної рідини.

Говорити про провідності матеріалів можна тільки в контексті температури довкілля. при більш високій температурі провідники першого роду збільшують своє електроопір, а другого, навпаки, зменшують. Відповідно, існує температурний коефіцієнт опору матеріалів. Питомий опір міді Ом м зростає при збільшенні нагріву. Температурний коефіцієнт α теж залежить тільки від матеріалу, ця величина не має розмірності і для різних металів і сплавів дорівнює наступними показниками:

• Срібло - 0,0035;
• Залізо - 0,0066;
• Платина - 0,0032;
• Мідь - 0,0040;
• Вольфрам - 0,0045;
• Ртуть - 0,0090;
• Константан - 0,000005;
• Нікелін - 0,0003;
• Ніхром - 0,00016.

Визначення величини електроопору ділянки провідника при підвищеній температурі R (t), обчислюється за формулою:

R (t) \u003d R (0) ·, де:

• R (0) - опір при початковій температурі;
• α - температурний коефіцієнт;
• t - t (0) - різниця температур.

Наприклад, знаючи електроопір міді при 20 градусах Цельсія, можна обчислити, чому він дорівнюватиме при 170 градусах, тобто при нагріванні на 150 градусів. Початкове опір збільшиться в раз, тобто в 1,6 разів.

При збільшенні температури провідність матеріалів, навпаки, зменшується. Так як це величина, зворотна електроопору, то і зменшується вона рівно в стільки ж разів. Наприклад, питома електропровідність міді при нагріванні матеріалу на 150 градусів зменшиться в 1,6 раз.

Існують сплави, які практично не змінюють свого електроопору при зміні температури. Такий, наприклад, константан. При зміні температури на сто градусів його опір збільшується всього на 0,5%.

Якщо провідність матеріалів погіршується з нагріванням, вона покращується з пониженням температури. З цим пов'язано таке явище, як надпровідність. Якщо знизити температуру провідника нижче -253 градусів Цельсія, його електроопір різко зменшиться: практично до нуля. У зв'язку з цим падають витрати на передачу електричної енергії. Єдиною проблемою залишалося охолодження провідників до таких температур. Однак у зв'язку з недавніми відкриттями високотемпературних надпровідників на базі оксидів міді, охолоджувати матеріали доводиться вже до прийнятних значень.

Питомим опором металів вважається їх здатність до протидії електричного струму, Що проходить через них. Одиницею виміру цієї величини служить Ом * м (Ом-м). Як символ використовується грецька буква ρ (ро). високі показники питомого опору означають погану провідність електричного заряду тим чи іншим матеріалом.

Технічні характеристики стали

Перш ніж докладно розглядати питомий опір стали, слід ознайомитися з її основними фізико-механічними властивостями. Завдяки своїм якостям, цей матеріал отримав широке поширення у виробничій сфері та інших сферах життя і діяльності людей.

Сталь являє собою сплав заліза і вуглецю, що міститься в кількості, що не перевищує 1,7%. Крім вуглецю, сталь містить певну кількість домішок - кремнію, марганцю, сірки і фосфору. За своїми якостями вона значно краще чавуну, Легко піддається загартуванню, куванні, прокату та інших видів обробки. Всі види сталей відрізняються високою міцністю і пластичністю.

За своїм призначенням сталь підрозділяється на конструкційну, інструментальну, а також з особливими фізичними властивостями. У кожній з них міститься різна кількість вуглецю, завдяки якому матеріал набуває ті чи інші специфічні якості, наприклад, жароміцність, жаростійкість, стійкість до дії іржі і корозії.

Особливе місце займають електротехнічні сталі, що випускаються в листовому форматі і застосовуються у виробництві електротехнічних виробів. Для отримання цього матеріалу проводиться легування кремнієм, здатним поліпшити його магнітні та електричні властивості.

Для того щоб електротехнічна сталь придбала необхідні характеристики, Необхідне дотримання певних вимог і умов. Матеріал повинен легко намагнічуватися і перемагнічуватися, тобто, володіти високою магнітною проникністю. Такі стали мають гарну, а їх перемагничивание здійснюється з мінімальними втратами.

Від дотримання цих вимог залежать габарити і маса магнітних сердечників і обмоток, а також коефіцієнт корисної дії трансформаторів і величина їх робочої температури. На виконання умов впливає багато факторів, в тому числі і питомий опір стали.

Питомий опір і інші показники

Величина питомої електричного опору являє собою відношення напруженості електричного поля в металі і щільності струму, що протікає в ньому. Для практичних розрахунків використовується формула: в якій ρ є питомим опором металу (Ом * м), Е - напруженістю електричного поля (В / м), а J - щільністю електроструму в металі (А / м 2). При дуже великий напруженості електричного поля і низької щільності струму, питомий опір металу буде високим.

Існує ще одна величина, яка називається питомою електропровідністю, зворотна питомому опору, яка вказує на ступінь провідності електричного струму тим чи іншим матеріалом. Вона визначається за формулою і виражається в одиницях См / м - сіменс на метр.

Питомий опір тісно пов'язане з електричним опором. Однак вони мають відмінності між собою. У першому випадку - це властивість матеріалу, в тому числі і стали, а в другому випадку визначається властивість всього об'єкта. На якість резистора впливає поєднання кількох факторів, перш за все, форми і питомого опору матеріалу, з якого він виготовлений. Наприклад, якщо для виготовлення дротяного резистора використовувалася тонка і довга дріт, то його опір буде більше, ніж у резистора, виготовленого з товстої і короткою дроту однакового металу.

Як інший приклад можна привести резистори з дроту з однаковим діаметром і довжиною. Однак, якщо в одному з них матеріал має високий питомий опір, а в іншому низька, то відповідно в першому резисторі електричний опір буде вище, ніж у другому.

Знаючи основні властивості матеріалу, можна використовувати питомий опір стали для визначення величини опору сталевого провідника. Для обчислень, крім питомої електричного опору потрібно діаметр і довжина самого проводу. Розрахунки виконуються за такою формулою:, в якій R є (Ом), ρ - питомим опором сталі (Ом * м), L - відповідає довжині дроти, А - площі його поперечного перерізу.

Існує залежність питомого опору стали і інших металів від температури. У більшості розрахунків використовується кімнатна температура - 20 0 С. Всі зміни під впливом цього чинника враховуються за допомогою температурного коефіцієнта.

зміст:

В електротехніці одними з головних елементів електричних ланцюгів є дроти. Їх завдання полягає в тому, щоб з мінімальними втратами пропустити електричний струм. Експериментальним шляхом вже давно визначено, що для мінімізації втрат електроенергії дроти найкраще виготовляти з срібла. Саме цей метал забезпечує властивості провідника з мінімальним опором в Омасі. Але оскільки цей благородний метал доріг, в промисловості його застосування досить обмежена.

А головними металами для проводів стали алюміній і мідь. На жаль, опір заліза як провідника електрики занадто велике для того, щоб з нього вийшов хороший провід. Незважаючи на більш низьку вартість, Воно застосовується лише як несуча основа проводів ліній електропередачі.

Такі різні опору

Опір вимірюється в Омасі. Але для проводів ця величина виходить дуже маленькою. Якщо спробувати провести завмер тестером в режимі вимірювання опору, отримати правильний результат буде складно. Причому, який би провід ми не взяли, результат на табло приладу буде мало відрізнятися. Але це не означає, що насправді електроопір цих проводів буде однаково впливати на втрати електроенергії. Щоб в цьому переконатися, треба проаналізувати формулу, по якій робиться розрахунок опору:

У цій формулі використовуються такі величини, як:

Виходить, що опір визначає опір. Існує опір, що обчислюється за формулою з використанням іншого опору. Це питомий електричний опір ρ (грецька буква ро) якраз і обумовлює перевага того чи іншого металу як електричного провідника:

Тому, якщо застосувати мідь, залізо, срібло або будь-якої іншої матеріал для виготовлення однакових проводів або провідників спеціальної конструкції, головну роль в його електротехнічних властивості буде грати саме матеріал.

Але насправді ситуація з опором складніше, ніж просто обчислення за формулами, наведеними вище. Ці формули не враховують температуру і форму діаметра провідника. А при збільшенні температури питомий опір міді, як і будь-якого іншого металу, стає більше. вельми наочним прикладом цього може бути лампочка розжарювання. Можна заміряти тестером опір її спіралі. Потім, вимірявши силу струму в ланцюзі з цією лампою, за законом Ома обчислити її опір в стані світіння. Результат вийде значно більше, ніж при вимірі опору тестером.

Так само і мідь не дасть очікуваної ефективності при струмі великої сили, Якщо знехтувати формою поперечного перерізу провідника. Скін-ефект, який проявляється прямо пропорційно збільшенню сили струму, робить неефективними провідники з круглим поперечним перерізом, навіть якщо використовується срібло або мідь. З цієї причини опір круглого мідного дроту при струмі великої сили може виявитися вищим, ніж у плоского дроту з алюмінію.

Причому, навіть якщо їх площі діаметрів однакові. При змінному струмі скін-ефект також проявляється, збільшуючись у міру зростання частоти струму. Скін-ефект означає прагнення струму текти ближче до поверхні провідника. З цієї причини в деяких випадках вигідніше використовувати покриття проводів сріблом. Навіть незначне зменшення питомої опору поверхні посрібленого мідного провідника істотно зменшує втрати сигналу.

Узагальнення уявлення про питомому опорі

Як і в будь-якому іншому випадку, який пов'язаний з відображенням розмірностей, питомий опір виражається в різних системах одиниць. В СІ (Міжнародна система одиниць) використовується му м, але допустимо використання також і Ом * кВ мм / м (це позасистемна одиниця вимірювання питомого опору). Але в реальному провіднику величина питомого опору непостійна. Оскільки всі матеріали характеризуються певною чистотою, яка може змінюватися від точки до точки, необхідно було створити відповідне подання про опір в реальному матеріалі. Таким проявом став закон Ома в диференціальній формі:

Цей закон, швидше за все, не буде застосовуватися для розрахунків в побуті. Але в ході проектування різних електронних компонентів, наприклад, резисторів, кристалічних елементів він неодмінно використовується. Оскільки дозволяє виконати розрахунки, виходячи з даної точки, для якої існує щільність струму і напруженість електричного поля. І відповідне питомий опір. Формула застосовується для неоднорідних ізотропних, а також анізотропних речовин (кристалів, розряду в газі і т.п.).

Як отримують чисту мідь

Для того щоб максимально зменшити втрати в проводах і жилах кабелів з міді, вона повинна бути особливо чистою. Це досягається спеціальними технологічними процесами:

• на основі електронно-променевої, а так само зонного плавлення;
• багаторазової електролізної очищенням.

Або електричного кола електричного струму.

Електричний опір визначається як коефіцієнт пропорційності R між напругою U і силою постійного струму I в законі Ома для ділянки кола.

Одиниця опору називається омом (Ом) на честь німецького вченого Г. Ома, який ввів це поняття в фізику. Один му (1 Ом) - це опір такого провідника, в якому при напрузі 1 В сила струму дорівнює 1 А.

Питомий опір.

Опір однорідного провідника постійного перетину залежить від матеріалу провідника, його довжини l і поперечного перерізу S і може бути визначено за формулою:

де ρ - питомий опір речовини, з якого виготовлений провідник.

Питомий опір речовини - це фізична величина, що показує, яким опором володіє виготовлений з цієї речовини провідник одиничної довжини і одиничної площі поперечного перерізу.

З формули випливає, що

Величина, зворотна ρ , називається питомою провідністю σ :

Так як в СІ одиницею опору є 1 Ом. одиницею площі 1 м 2, а одиницею довжини 1 м, то одиницею питомого опору в СІ буде 1 Ом · м 2 / м, або 1 Ом · м. Одиниця питомої провідності в СІ - Ом -1 м -1.

На практиці площа перетину тонких проводів часто висловлюють в квадратних міліметрах (мм 2). У цьому випадку більш зручною одиницею питомого опору є Ом · мм 2 / м. Так як 1 мм 2 \u003d 0,000001 м 2, то 1 Ом · мм 2 / м \u003d 10 -6 Ом · м. Метали мають дуже малим питомим опором - порядку (1 · 10 -2) Ом · мм 2 / м, діелектрики - в 10 15 -10 20 великим.

Залежність опорів від температури.

З підвищенням температури опір металів зростає. Однак існують сплави, опір яких майже не змінюється при підвищенні температури (наприклад, константан, манганін і ін.). Опір же електролітів з підвищенням температури зменшується.

Температурним коефіцієнтом опору провідника називається відношення величини зміни опору провідника при нагріванні на 1 ° С до величини його опору при 0 ºС:

.

Залежність питомого опору провідників від температури виражається формулою:

.

У загальному випадку α залежить від температури, але якщо інтервал температур невеликий, то температурний коефіцієнт можна вважати постійним. Для чистих металів α \u003d (1/273) К -1. Для розчинів електролітів α < 0 . Наприклад, для 10% розчину кухонної солі α \u003d -0,02 К -1. Для константана (сплаву міді з нікелем) α \u003d 10 -5 К -1.

Залежність опору провідника від температури використовується в термометрах опору.