Nikel telin direnci. Direnç ve süperiletkenlik

Birçok kişi Ohm yasasını duymuştur ancak herkes bunun ne olduğunu bilmiyor. Çalışma okuldaki fizik dersiyle başlıyor. Fizik ve Elektrodinamik Fakültesi'nde daha ayrıntılı olarak öğretilirler. Bu bilginin ortalama bir insan için yararlı olması muhtemel değildir, ancak genel gelişim ve diğerleri için gereklidir. gelecekteki meslek. Öte yandan evdeki elektrik, yapısı ve özellikleri hakkında temel bilgiler kendinizi zarar görmekten korumanıza yardımcı olacaktır. Ohm yasasına elektriğin temel yasası denmesi boşuna değil. Ev tamircisi için Yükün artmasına ve yangına neden olabilecek aşırı gerilimin önüne geçebilmek için elektrik alanında bilgi sahibi olmanız gerekmektedir.

Elektrik direnci kavramı

Bir elektrik devresinin temel fiziksel büyüklükleri (direnç, voltaj, akım gücü) arasındaki ilişki Alman fizikçi Georg Simon Ohm tarafından keşfedildi.

Bir iletkenin elektrik direnci, elektrik akımına karşı direncini karakterize eden bir değerdir. Başka bir deyişle, etki altındaki elektronların bir kısmı elektrik akımı iletkenin üzerindeki kristal kafes içindeki yerini bırakır ve iletkenin pozitif kutbuna doğru yönlendirilir. Bazı elektronlar kafeste kalarak nükleer atomun etrafında dönmeye devam ederler. Bu elektronlar ve atomlar, salınan parçacıkların hareketini önleyen elektriksel direnç oluşturur.

Yukarıdaki süreç tüm metaller için geçerlidir ancak direnç bunlarda farklı şekilde oluşur. Bunun nedeni iletkenin yapıldığı boyut, şekil ve malzemedeki farklılıktır. Buna göre kristal kafesin boyutları farklı şekillere sahiptir. farklı malzemeler bu nedenle akımın içlerinden geçmesine karşı elektriksel direnç aynı değildir.

Bu kavramdan, her metal için ayrı ayrı bireysel bir gösterge olan bir maddenin direncinin tanımı gelir. Elektriksel direnç (SER), şu şekilde gösterilen fiziksel bir miktardır: Yunan mektubuρ ve bir metalin elektriğin içinden geçişini önleme yeteneği ile karakterize edilir.

Bakır iletkenlerin ana malzemesidir

Bir maddenin direnci aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır: önemli göstergeleröyle sıcaklık katsayısı elektriksel direnç. Tablo üç direnç değerini içerir bilinen metaller 0 ila 100°C sıcaklık aralığında.

Demirin direnç göstergesini aşağıdakilerden biri olarak alırsak mevcut malzemeler 0,1 Ohm'a eşitse, 1 Ohm için 10 metreye ihtiyacınız olacaktır. Gümüş en düşük elektrik direncine sahiptir; 1 ohm değeri için 66,7 metre olacaktır. Önemli bir fark, ancak gümüş pahalı bir metaldir ve her yerde kullanımı pratik değildir. Bir sonraki en iyi gösterge, 1 ohm başına 57,14 metrenin gerekli olduğu bakırdır. Bulunabilirliği ve gümüşe göre maliyeti nedeniyle bakır, popüler malzemeler kullanım için elektrik ağları. Düşük direnç bakır tel ya da bakır telin direnci, bakır iletkenin bilimin, teknolojinin pek çok dalında, ayrıca endüstriyel ve evsel amaçlarla kullanılmasını mümkün kılmaktadır.

Direnç değeri

Direnç değeri sabit değildir; aşağıdaki faktörlere bağlı olarak değişir:

• Boyut. İletkenin çapı ne kadar büyük olursa, içinden geçmesine o kadar fazla elektron izin verir. Bu nedenle boyutu ne kadar küçük olursa direnç de o kadar büyük olur.
• Uzunluk. Elektronlar atomların içinden geçer, dolayısıyla tel ne kadar uzun olursa, o kadar fazla elektronun bunların içinden geçmesi gerekir. Hesaplamalar yaparken telin uzunluğunu ve boyutunu hesaba katmak gerekir, çünkü tel ne kadar uzun veya ince olursa direnci o kadar büyük olur ve bunun tersi de geçerlidir. Kullanılan ekipmanın yükünün hesaplanmaması telin aşırı ısınmasına ve yangına neden olabilir.
• Sıcaklık. biliniyor ki sıcaklık rejimi sahip olmak büyük değer maddelerin farklı davranışları üzerine. Metal, başka hiçbir şey gibi, özelliklerini değiştirdiğinde farklı sıcaklıklar. Direnç bakır doğrudan bakırın sıcaklık direnci katsayısına bağlıdır ve ısıtıldığında artar.
• Korozyon. Korozyon oluşumu yükü önemli ölçüde artırır. Bu etki nedeniyle olur çevre, nem girişi, tuz, kir vb. belirtiler. Tüm bağlantıların, terminallerin, kıvrımların yalıtılması ve korunması, sokakta bulunan ekipmanlar için koruma kurulması ve hasarlı kabloların, bileşenlerin ve düzeneklerin derhal değiştirilmesi önerilir.

Direnç hesaplaması

Nesneler tasarlanırken hesaplamalar yapılır çeşitli amaçlar için ve kullanın çünkü herkesin yaşam desteği elektrikten gelir. Baştan sona her şey dikkate alınır aydınlatma armatürleri teknik açıdan karmaşık ekipmanlarla biten. Evde, özellikle elektrik kablolarının değiştirilmesi planlanıyorsa, bir hesaplama yapmak da faydalı olacaktır. Özel konut inşaatı için yükü hesaplamak gerekir, aksi takdirde elektrik kablolarının “geçici” montajı yangına neden olabilir.

Hesaplamanın amacı, kullanılan tüm cihazların iletkenlerinin toplam direncini dikkate alarak belirlemektir. teknik parametreler. R=p*l/S formülü kullanılarak hesaplanır; burada:

R – hesaplanan sonuç;

p – tablodaki direnç göstergesi;

l – telin uzunluğu (iletken);

S – kesit çapı.

Ölçü birimleri

İÇİNDE uluslararası sistem birimler fiziksel büyüklükler(SI) elektrik direnci Ohm (ohm) cinsinden ölçülür. SI sistemine göre direnç ölçüm birimi, 1 m uzunluğunda ve 1 m2 kesitli bir malzemeden yapılmış bir iletkenin bulunduğu bir maddenin direncine eşittir. m 1 Ohm dirence sahiptir. 1 ohm/m bağıl değerinin net uygulaması farklı metaller tabloda gösterilmiştir.

Direncin önemi

Direnç ve iletkenlik arasındaki ilişki karşılıklı büyüklükler olarak düşünülebilir. Bir iletkenin göstergesi ne kadar yüksek olursa, diğerinin göstergesi o kadar düşük olur ve bunun tersi de geçerlidir. Bu nedenle, elektrik iletkenliği hesaplanırken 1/r hesaplaması kullanılır, çünkü X'in tersi 1/X'tir ve bunun tersi de geçerlidir. Spesifik gösterge g harfiyle gösterilir.

Elektrolitik Bakırın Avantajları

Bakır, bir avantaj olarak (gümüşten sonra) düşük direnç indeksiyle sınırlı değildir. Plastisite ve yüksek işlenebilirlik gibi benzersiz özelliklere sahiptir. Bu nitelikleri sayesinde üretilmektedir. yüksek derece elektrikli cihazlarda kullanılan kabloların üretimi için saf elektrolitik bakır, bilgisayar teknolojisi, elektrik endüstrisi ve otomotiv endüstrisi.

Direnç endeksinin sıcaklığa bağımlılığı

Sıcaklık katsayısı, devrenin bir bölümünün voltajındaki değişime ve sıcaklıktaki değişiklikler sonucu metalin direncine eşit olan bir değerdir. Çoğu metal, kristal kafesin termal titreşimleri nedeniyle artan sıcaklıkla birlikte direnci artırma eğilimindedir. Bakırın direnç sıcaklık katsayısı bakır telin direncini etkiler ve 0 ila 100°C arasındaki sıcaklıklarda 4,1 · 10− 3(1/Kelvin)'dir. Gümüş için bu gösterge aynı koşullar altında 3,8, demir için ise 6,0'dır. Bu bir kez daha bakırın iletken olarak kullanılmasının etkinliğini kanıtlıyor.

Bakır direnci sıcaklıkla değişir, ancak önce Ethernet üzerinden DC gücü için önemli olan iletkenlerin elektriksel direncinden (ohmik direnç) mi bahsettiğinize karar vermeniz gerekir, yoksa hakkında konuşuyoruz veri iletim ağlarındaki sinyaller hakkında ve ardından bir elektromanyetik dalganın bükümlü çift ortamda yayılması sırasındaki ekleme kayıplarından ve zayıflamanın sıcaklığa (ve daha az önemli olmayan frekansa) bağımlılığından bahsediyoruz.

Bakır direnci

Uluslararası SI sisteminde iletkenlerin direnci Ohm∙m cinsinden ölçülür. IT alanında, iletken kesitleri genellikle mm2 cinsinden gösterildiğinden hesaplamalar için daha uygun olan sistem dışı boyut Ohm∙mm2 /m daha sık kullanılır. 1 Ohm∙mm2 /m değeri, 1 Ohm∙m'den milyon kat daha azdır ve 1 m uzunluğunda ve 1 mm2 kesit alanına sahip homojen bir iletken olan bir maddenin direncini karakterize eder. 1 Ohm'luk bir direnç.

Saf elektrik bakırının 20°C'deki direnci 0,0172 Ohm∙mm2 /m. İÇİNDE çeşitli kaynaklar elektrik bakırı için de geçerli olabilecek 0,018 Ohm∙mm2 /m'ye kadar değerler bulabilirsiniz. Değerler malzemenin maruz kaldığı işleme göre değişiklik göstermektedir. Örneğin, telin çekilmesinden (çekilmesinden) sonra tavlama, bakırın direncini yüzde birkaç oranında azaltır, ancak bu, öncelikle elektriksel özelliklerden ziyade mekanik özellikleri değiştirmek için yapılır.

Bakırın direnci acil anlam Ethernet üzerinden Güç uygulamalarını uygulamak için. İletkene enjekte edilen orijinal DC akımının yalnızca bir kısmı iletkenin uzak ucuna ulaşacaktır; yol boyunca bir miktar kayıp kaçınılmazdır. Örneğin, PoE Tip 1 kaynak tarafından sağlanan 15,4 W'tan en az 12,95 W'ın uzak uçtaki güç sağlanan cihaza ulaşmasını gerektirir.

Bakırın direnci sıcaklığa göre değişir, ancak IT sıcaklıkları için değişiklikler küçüktür. Dirençteki değişim aşağıdaki formüller kullanılarak hesaplanır:

ΔR = α R ΔT

R2 = R1 (1 + α (T2 - T1))

burada ΔR özdirençteki değişimdir, R taban seviyesi olarak alınan bir sıcaklıktaki özdirençtir (genellikle 20°C), ΔT sıcaklık gradyanıdır, α özdirencin sıcaklık katsayısıdır. bu malzemenin(boyut °C -1). 0°C ila 100°C aralığında bakır için 0,004 °C -1 sıcaklık katsayısı kabul edilir. Bakırın 60°C'deki direncini hesaplayalım.

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

Sıcaklığın 40°C artmasıyla direnç %16 arttı. Operasyon sırasında kablo sistemleri Elbette bükümlü çift yüksek sıcaklıklara maruz bırakılmamalıdır; buna izin verilmemelidir. Doğru şekilde tasarlandığında ve kurulu sistem kabloların sıcaklığı normal 20°C'den çok az farklılık gösterir ve bu durumda dirençteki değişiklik küçük olacaktır. Telekomünikasyon standartlarına göre Kategori 5e veya 6 bükümlü çift kablodaki 100 m bakır iletkenin direnci 20°C'de 9,38 ohm'u geçmemelidir. Uygulamada üreticiler bu değere bir marjla uymaktadır, dolayısıyla 25°C ÷ 30°C sıcaklıklarda bile bakır iletkenin direnci bu değeri aşmamaktadır.

Bükülü Çift Sinyal Zayıflaması / Ekleme Kaybı

Bir elektromanyetik dalga bakır bükümlü çift kablo boyunca yayıldığında, enerjisinin bir kısmı yakın uçtan uzak uca doğru yol boyunca dağılır. Kablo sıcaklığı ne kadar yüksek olursa sinyal o kadar zayıflar. Açık yüksek frekanslar zayıflama alt kategorilerdekinden daha fazladır ve daha yüksek kategoriler için ekleme kaybı testi için kabul edilebilir sınırlar daha katıdır. Bu durumda tüm sınır değerler 20°C sıcaklığa ayarlanmıştır. Eğer orijinal sinyal 20°C'de P güç seviyesi ile 100 m'lik bir segmentin uzak ucuna ulaşırsa, yüksek sıcaklıklarda bu tür sinyal gücü daha kısa mesafelerde gözlemlenecektir. Segmentin çıkışında aynı sinyal gücünün sağlanması gerekiyorsa, ya daha kısa bir kablo takmanız (ki bu her zaman mümkün değildir) ya da daha düşük zayıflamaya sahip kablo markalarını seçmeniz gerekecektir.

• 20°C'nin üzerindeki sıcaklıklardaki ekranlı kablolar için, sıcaklıktaki 1 derecelik bir değişiklik, zayıflamada %0,2'lik bir değişikliğe yol açar
• 40°C'ye kadar sıcaklıklarda tüm kablo türleri ve tüm frekanslar için sıcaklıktaki 1 derecelik bir değişiklik, zayıflamada %0,4 oranında bir değişikliğe yol açar
• 40°C ila 60°C arasındaki sıcaklıklardaki tüm kablo türleri ve tüm frekanslar için, sıcaklıktaki 1 derecelik bir değişiklik, zayıflamada %0,6 oranında bir değişikliğe yol açar
• Kategori 3 kablolarda santigrat derece başına %1,5 zayıflama değişimi yaşanabilir

Zaten 2000'in başında. TIA/EIA-568-B.2 standardı mümkün olduğunca azaltılmasını tavsiye ediyor izin verilen uzunluk Kategori 6 kalıcı hat/kanal, kablonun yüksek sıcaklık ortamlarına döşenmesi durumunda ve sıcaklık ne kadar yüksek olursa segmentin o kadar kısa olması gerekir.

Kategori 6A'daki frekans tavanının kategori 6'ya göre iki kat daha yüksek olduğu göz önüne alındığında, bu tür sistemlere yönelik sıcaklık kısıtlamaları daha da sıkı olacaktır.

Günümüzde uygulamaları hayata geçirirken Yetki Belgesi Maksimum 1 gigabit hızlardan bahsediyoruz. 10 Gigabit uygulamalar kullanıldığında Power over Ethernet kullanılmaz ancak en azından, Hoşçakal. Dolayısıyla ihtiyaçlarınıza bağlı olarak sıcaklık değiştiğinde bakır direncindeki değişimi veya zayıflamadaki değişimi dikkate almanız gerekir. Her iki durumda da kabloların 20°C’ye yakın sıcaklıklarda tutulmasını sağlamak en mantıklısıdır.

Çoğu fizik kanunu deneylere dayanmaktadır. Deneyi yapanların isimleri bu yasaların başlıklarında ölümsüzleştirilmiştir. Bunlardan biri Georg Ohm'du.

Georg Ohm'un deneyleri

Elektriğin etkileşimi üzerine deneyler sırasında kurdu. çeşitli maddeler metaller de dahil olmak üzere yoğunluk ve gerilim arasındaki temel ilişki elektrik alanı ve maddenin “özgül iletkenlik” adı verilen özellikleri. “Ohm Yasası” olarak adlandırılan bu kalıba karşılık gelen formül aşağıdaki gibidir:

j= λE , hangisinde

• J- elektrik akımı yoğunluğu;
• λ — “elektriksel iletkenlik” olarak da adlandırılan spesifik iletkenlik;
• E – elektrik alan kuvveti.

Bazı durumlarda iletkenliği belirtmek için Yunan alfabesinin farklı bir harfi kullanılır. σ . Spesifik iletkenlik maddenin belirli parametrelerine bağlıdır. Değeri sıcaklıktan, maddelerden, gaz ise basınçtan ve en önemlisi bu maddenin yapısından etkilenir. Ohm kanunu sadece homojen maddeler için geçerlidir.

Daha fazlası için uygun hesaplamalar spesifik iletkenliğin tersi kullanılır. Elektrik akımının aktığı maddenin özellikleriyle de ilişkilendirilen ve Yunanca harfle gösterilen “direnç” olarak adlandırılır. ρ ve Ohm*m boyutuna sahiptir. Ama farklı olduğundan fiziksel olaylar farklı olanlar geçerli teorik gerekçeler Direnç için alternatif formüller kullanılabilir. Bunlar, kuantum teorisinin yanı sıra metallerin klasik elektronik teorisinin bir yansımasıdır.

Formüller

Sıradan okuyuculara sıkıcı gelen bu formüllerde Boltzmann sabiti, Avogadro sabiti ve Planck sabiti gibi faktörler karşımıza çıkıyor. Bu sabitler, bir iletkendeki elektronların serbest yolunu, termal hareket sırasındaki hızlarını, iyonizasyon derecesini, maddenin konsantrasyonunu ve yoğunluğunu dikkate alan hesaplamalar için kullanılır. Kısacası uzman olmayan biri için her şey oldukça karmaşıktır. Asılsız olmamak için aşağıda her şeyin gerçekte nasıl göründüğünü öğrenebilirsiniz:

Metallerin özellikleri

Elektronların hareketi maddenin homojenliğine bağlı olduğundan, metal bir iletkendeki akım, yapısına göre akar ve bu, heterojenliğini dikkate alarak iletkendeki elektronların dağılımını etkiler. Yalnızca safsızlık kalıntılarının varlığıyla değil, aynı zamanda fiziksel kusurlarla da (çatlaklar, boşluklar vb.) İletkenin heterojenliği, Matthiesen kuralıyla belirlenen direncini arttırır.

Bu anlaşılması kolay kural, esasen, akım taşıyan bir iletkende birkaç ayrı direncin ayırt edilebileceğini söylüyor. Ve ortaya çıkan değer bunların toplamı olacaktır. Terimler direnç olacaktır kristal kafes metal, yabancı maddeler ve iletken kusurları. Bu parametre maddenin doğasına bağlı olduğundan, karışık maddeler de dahil olmak üzere, bunu hesaplamak için ilgili yasalar tanımlanmıştır.

Alaşımlar aynı zamanda metal olmalarına rağmen kaotik yapıya sahip çözeltiler olarak kabul edilirler ve özdirencin hesaplanmasında alaşımın hangi metallere dahil olduğu önemlidir. Temel olarak, geçiş metallerine ait olmayan iki bileşenin çoğu alaşımının yanı sıra nadir toprak metalleri de Nodheim yasasının tanımına girer.

Metal ince filmlerin direnci ayrı bir konu olarak ele alınmaktadır. Değerinin aynı metalden yapılmış bir toplu iletkenin değerinden daha büyük olması gerektiğini varsaymak oldukça mantıklıdır. Ancak aynı zamanda film için, direnç ve film kalınlığının birbirine bağımlılığını tanımlayan özel bir ampirik Fuchs formülü tanıtıldı. Filmlerdeki metallerin yarı iletken özellikler sergilediği ortaya çıktı.

Ve yük aktarım süreci, film kalınlığı yönünde hareket eden ve "boyuna" yüklerin hareketine müdahale eden elektronlardan etkilenir. Aynı zamanda film iletkeninin yüzeyinden de yansıtılırlar ve böylece bir elektron iki yüzey arasında oldukça uzun bir süre salınır. Direncin arttırılmasında bir diğer önemli faktör iletkenin sıcaklığıdır. Sıcaklık ne kadar yüksek olursa direnç de o kadar büyük olur. Tersine, sıcaklık ne kadar düşük olursa direnç de o kadar düşük olur.

Metaller “oda” sıcaklığı denilen sıcaklıkta direnci en düşük olan maddelerdir. İletken olarak kullanımını haklı çıkaran tek metal olmayan karbondur. Çeşitlerinden biri olan grafit, kayan kontakların yapımında yaygın olarak kullanılmaktadır. Direnç ve kayma sürtünme katsayısı gibi özelliklerin oldukça başarılı bir kombinasyonuna sahiptir. Bu nedenle grafit, elektrik motoru fırçaları ve diğer kayar kontaklar için vazgeçilmez bir malzemedir. Endüstriyel amaçlarla kullanılan ana maddelerin özdirenç değerleri aşağıdaki tabloda verilmiştir.

Süperiletkenlik

Gazların sıvılaşmasına karşılık gelen sıcaklıklarda, yani sıvı helyumun -273 santigrat dereceye eşit sıcaklığına kadar olan sıcaklıklarda, direnç neredeyse tamamen kaybolacak kadar azalır. Ve sadece gümüş, bakır ve alüminyum gibi iyi metal iletkenler değil. Neredeyse tüm metaller. Süperiletkenlik olarak adlandırılan bu koşullar altında metalin yapısının, elektrik alanının etkisi altındaki yüklerin hareketi üzerinde engelleyici bir etkisi yoktur. Bu nedenle cıva ve çoğu metal süper iletken haline gelir.

Ancak, ortaya çıktığı üzere, nispeten yakın zamanda, 20. yüzyılın 80'li yıllarında, bazı seramik türleri de süper iletkenlik yeteneğine sahiptir. Üstelik bunun için sıvı helyum kullanmanıza da gerek yok. Bu tür malzemelere yüksek sıcaklık süperiletkenleri adı verildi. Bununla birlikte, onlarca yıl geçti ve yüksek sıcaklık iletkenlerinin yelpazesi önemli ölçüde genişledi. Ancak bu tür yüksek sıcaklık süperiletken elemanlarının kitlesel kullanımı gözlemlenmemiştir. Bazı ülkelerde, geleneksel bakır iletkenlerin yüksek sıcaklık süperiletkenleriyle değiştirilmesiyle tekli kurulumlar yapılmıştır. Yüksek sıcaklıkta süperiletkenliğin normal rejimini korumak için sıvı nitrojen gereklidir. Ve bu çok pahalı bir teknik çözüm olarak ortaya çıkıyor.

Bu nedenle Doğanın bakır ve alüminyuma verdiği düşük direnç değeri, onları hala çeşitli elektrik iletkenlerinin üretiminde vazgeçilmez malzemeler haline getirmektedir.

Bir maddenin direnci nedir? Cevaplamak 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 akıma ne kadar güçlü müdahale ettiğini gösteren bu değer, yani spesifik dirençtir ( Latin harfi"ro") Uluslararası birimler sisteminde direniş Ohm cinsinden ifade edilir, metreyle çarpılır. Hesaplamanın formülü şu şekildedir: “Direnç kesit alanıyla çarpılır ve iletkenin uzunluğuna bölünür.”

Şu soru ortaya çıkıyor: "Direnç bulunurken neden başka bir direnç kullanılıyor?" Cevap basit; iki farklı nicelik vardır; direnç ve direnç. İkincisi, bir maddenin içinden akımın geçmesini ne kadar önleyebildiğini gösterir ve ilki hemen hemen aynı şeyi gösterir, ancak artık genel anlamda bir maddeden değil, belirli bir uzunluğa ve çaprazlığa sahip bir iletkenden bahsediyoruz. Bu maddeden yapılmış kesit alanı.

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

Bakır Uygulamaları

Direnç kavramı, elektrik akımının çeşitli metaller tarafından iletkenliğinin hesaplanmasında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu hesaplamalara dayanarak, belirli bir metalin imalat için kullanılmasının tavsiye edilebilirliği konusunda kararlar alınır. elektrik iletkenleriİnşaat, alet yapımı ve diğer alanlarda kullanılanlar.

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 metallerin ve alaşımların direnç tablosunda.

Bu tablolar sözde çeşitli verileri hesaplamak için kullanılır. ideal koşullar Belirli amaçlara yönelik değerleri hesaplamak için formülleri 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;
• özgül ısı kapasitesi sabit basınç ve sıcaklık 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:

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

Pullar birbirleri arasında birkaç açıdan farklılık gösterir:

Safsızlıkların bakırın özellikleri üzerindeki etkisi

Kirlilikler mekanik, teknik ve operasyonel özelliklerürünler.

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 boyutu, şekli ve fiziksel durumu 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:

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

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:

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

Bu etkiler hesaplanırken çok önemlidir. optimum kalınlık iletken, çünkü yarıçapı malzemeye akımın nüfuz derinliğinden daha büyük olan bir tel kullanıldığında 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 değer için demir tel 7,7 m kadar gerektirecektir.

Gümüş ne kadar harika özelliklere sahip olursa olsun, elektrik şebekelerinde toplu kullanım için çok pahalı bir malzemedir, bu nedenle geniş uygulama Günlük yaşamda ve endüstride bakır buldum. 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 az 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 alüminyum folyo. Bu alüminyumdaki yabancı madde içeriği %0,03'ten fazla değildir. Ayrıca var saf metal AB0000%0,004'ten fazla katkı maddesi içermeyen. Safsızlıkların kendisi 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. Mekanik özellikleri iyileştirmek için metal diğer elementlerle alaşımlanır.

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 çelik telin çinko veya bakır ile kaplanmasıyla düşük korozyon direncinin üstesinden gelinir.

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 aşağıdaki gibidir: 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. Az ya da çok tüm metaller bu şekilde davranır, ancak bazı alaşımlarda iletkenlikte pratikte hiçbir 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.

sıcaklıkta ise 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.