Iga juhi jaoks on takistuse mõiste. See väärtus koosneb oomide korrutistest ruutmillimeeter, edasi, jagub ühe meetriga. Teisisõnu, see on 1 meetri pikkuse ja 1 mm 2 ristlõikega juhi takistus. Sama asi on tõsi takistus Vask on ainulaadne metall, mida kasutatakse laialdaselt elektrotehnikas ja energeetikas.
Vase omadused
Oma omaduste tõttu hakati seda metalli elektrivaldkonnas kasutama esimeste seas. Esiteks on vask tempermalmist ja plastiline materjal, millel on suurepärased elektrijuhtivusomadused. Energiasektoris pole sellele juhile endiselt samaväärset asendust.
Eriti hinnatud on spetsiaalse elektrolüütilise vase omadused, millel on kõrge puhtusaste. See materjal võimaldas toota juhtmeid minimaalne paksus 10 mikroni juures.
Lisaks suurele elektrijuhtivusele sobib vask väga hästi tinatamiseks ja muuks töötlemiseks.
Vask ja selle takistus
Iga juht avaldab selle läbimisel takistust. elektrit. Väärtus sõltub juhi pikkusest ja selle ristlõikest, samuti teatud temperatuuride mõjust. Seetõttu ei sõltu juhtmete eritakistus mitte ainult materjalist endast, vaid ka selle eripikkusest ja ristlõike pindalast. Mida kergemini laseb materjal laengul endast läbi, seda väiksem on selle takistus. Vase puhul on eritakistus 0,0171 oomi x 1 mm 2 /1 m ja see on hõbedast vaid veidi madalam. Hõbeda kasutamine tööstuslikus mastaabis ei ole aga majanduslikult tasuv, seetõttu on vask parim energias kasutatav juht.
Vase eritakistus on seotud ka selle kõrge juhtivusega. Need väärtused on üksteisele otseselt vastandlikud. Vase kui juhi omadused sõltuvad ka takistuse temperatuurikoefitsiendist. See kehtib eriti takistuse kohta, mida mõjutab juhi temperatuur.
Seega on vask oma omaduste tõttu laialt levinud mitte ainult juhina. Seda metalli kasutatakse enamikes instrumentides, seadmetes ja seadmetes, mille töö on seotud elektrivooluga.
Iga aine on võimeline juhtima voolu erineval määral, seda väärtust mõjutab materjali vastupidavus. Vase, alumiiniumi, terase ja mis tahes muu elemendi eritakistus on tähistatud tähega Kreeka tähestikρ. See väärtus ei sõltu juhi sellistest omadustest nagu suurus, kuju ja füüsiline seisund, tavaline elektritakistus võtab neid parameetreid arvesse. Eritakistust mõõdetakse oomides, korrutatuna mm²-ga ja jagatud meetriga.
Kategooriad ja nende kirjeldused
Iga materjal on sõltuvalt sellele tarnitavast elektrist võimeline avaldama kahte tüüpi takistust. Vool võib olla muutuv või konstantne, mis mõjutab oluliselt aine tehnilisi omadusi. Niisiis, on selliseid takistusi:
- Ohmic. Ilmub alalisvoolu mõjul. Iseloomustab hõõrdumist, mis tekib elektriliselt laetud osakeste liikumisel juhis.
- Aktiivne. Määratud sama põhimõtte järgi, kuid loodud mõju all vahelduvvoolu.
Sellega seoses on olemas ka kaks konkreetse väärtuse määratlust. Alalisvoolu korral on see võrdne takistusega, mida avaldab ühikulise fikseeritud ristlõikepinnaga juhtiva materjali ühikupikkus. Potentsiaalne elektriväli mõjutab kõiki juhte, samuti pooljuhte ja lahuseid, mis on võimelised ioone juhtima. See väärtus määrab materjali enda juhtivad omadused. Juhi kuju ja selle mõõtmeid ei võeta arvesse, seega võib seda nimetada elektrotehnika ja materjaliteaduse põhiliseks.
Vahelduvvoolu läbimise korral arvutatakse konkreetne väärtus juhtiva materjali paksust arvesse võttes. Siin ei mõjuta mitte ainult potentsiaal, vaid ka pöörisvool ning lisaks võetakse arvesse elektriväljade sagedust. Seda tüüpi takistus on suurem kui sellel DC, kuna siin võtame arvesse takistuse positiivset väärtust keeriseväli. Samuti sõltub see väärtus juhi enda kujust ja suurusest. Just need parameetrid määravad ära laetud osakeste keerisliikumise olemuse.
Vahelduvvool põhjustab juhtides teatud elektromagnetilisi nähtusi. Need on juhtiva materjali elektriliste omaduste jaoks väga olulised:
- Nahaefekti iseloomustab elektromagnetvälja nõrgenemine, mida rohkem see juhi keskkonda tungib. Seda nähtust nimetatakse ka pinnaefektiks.
- Lähedusefekt vähendab voolutihedust külgnevate juhtmete läheduse ja nende mõju tõttu.
Need mõjud on arvutamisel väga olulised optimaalne paksus dirigent, kuna kui kasutatakse juhet, mille raadius rohkem sügavust Kui vool tungib materjali, jääb selle ülejäänud mass kasutamata ja seetõttu on see lähenemisviis ebaefektiivne. Vastavalt tehtud arvutustele on juhtiva materjali efektiivne läbimõõt mõnes olukorras järgmine:
- voolule 50 Hz - 2,8 mm;
- 400 Hz - 1 mm;
- 40 kHz - 0,1 mm.
Seda silmas pidades kasutatakse kõrgsagedusvoolude jaoks aktiivselt lamedate mitmesooneliste kaablite kasutamist, mis koosnevad paljudest õhukestest juhtmetest.
Metallide omadused
Metalljuhtide spetsiifilised näitajad on toodud spetsiaalsetes tabelites. Neid andmeid kasutades saate teha vajalikud täiendavad arvutused. Sellise takistustabeli näide on näha pildil.
Tabel näitab, et hõbeda juhtivus on suurim – see on ideaalne juht kõigi olemasolevate metallide ja sulamite seas. Kui arvutate, kui palju traati sellest materjalist on vaja 1 oomi takistuse saamiseks, saate sama väärtuse jaoks 62,5 m.
Mida iganes tähelepanuväärsed omadused olenemata sellest, mis hõbedat omas, on see ka kallis materjal massiliseks kasutamiseks elektrivõrkudes, seetõttu on vask leidnud laialdast rakendust igapäevaelus ja tööstuses. Spetsiifilise näitaja poolest on see hõbeda järel teisel kohal ning levimuse ja kaevandamislihtsuse poolest on ta sellest palju parem. Vasel on muid eeliseid, mis on võimaldanud tal saada kõige tavalisemaks juhiks. Need sisaldavad:
Elektrotehnikas kasutamiseks kasutatakse rafineeritud vaske, mis pärast sulfiidmaagist sulatamist läbib röstimis- ja puhumisprotsessi ning seejärel puhastatakse tingimata elektrolüütiliselt. Pärast sellist töötlemist on võimalik saada materjali, mis on väga Kõrge kvaliteet(klassid M1 ja M0), mis sisaldavad 0,1–0,05% lisandeid. Oluline nüanss on hapniku olemasolu äärmiselt väikestes kogustes, kuna see mõjutab negatiivselt vase mehaanilisi omadusi.
Sageli asendatakse see metall odavamate materjalidega - alumiinium ja raud, aga ka erinevad pronksid (sulamid räni, berülliumi, magneesiumi, tina, kaadmiumi, kroomi ja fosforiga). Sellistes kompositsioonides on rohkem suur tugevus võrreldes puhta vasega, ehkki vähem juhtiv.
Alumiiniumi eelised
Kuigi alumiinium on suurema vastupidavusega ja hapram, on selle laialdane kasutamine tingitud sellest, et seda ei ole nii vähe kui vaske ja seetõttu maksab see vähem. Alumiiniumi eritakistus on 0,028 ja selle madal tihedus muudab selle 3,5 korda kergemaks kui vask.
Sest elektritööd kasutage puhastatud alumiiniumi klassi A1, mis ei sisalda rohkem kui 0,5% lisandeid. Kõrgemat sorti AB00 kasutatakse elektrolüütkondensaatorite, elektroodide ja alumiiniumfoolium. Selle alumiiniumi lisandite sisaldus ei ületa 0,03%. Samuti on puhas metall AB0000, sealhulgas mitte rohkem kui 0,004% lisandeid. Lisandid ise loevad ka: nikkel, räni ja tsink mõjutavad kergelt alumiiniumi juhtivust ning vase, hõbeda ja magneesiumi sisaldus selles metallis on märgatav. Kõige enam vähendavad juhtivust tallium ja mangaan.
Alumiiniumil on head korrosioonivastased omadused. Õhuga kokkupuutel kaetakse see õhukese oksiidikilega, mis kaitseb seda edasise hävimise eest. Mehaaniliste omaduste parandamiseks legeeritakse metall teiste elementidega.
Terase ja raua indikaatorid
Raua eritakistus võrreldes vase ja alumiiniumiga on väga kõrge, kuid selle kättesaadavuse, tugevuse ja deformatsioonikindluse tõttu kasutatakse materjali laialdaselt elektritootmises.
Kuigi raual ja terasel, mille eritakistus on veelgi suurem, on olulisi puudusi, on juhtmaterjalide tootjad leidnud meetodeid nende kompenseerimiseks. Eelkõige ületab katmine madala korrosioonikindluse terastraat tsink või vask.
Naatriumi omadused
Naatriummetall on ka juhtmete tootmisel väga paljutõotav. Vastupidavuse poolest ületab see oluliselt vaske, kuid selle tihedus on sellest 9 korda väiksem. See võimaldab materjali kasutada ülikergete juhtmete valmistamisel.
Naatriummetall on väga pehme ja igasuguste deformatsioonide suhtes täiesti ebastabiilne, mistõttu on selle kasutamine problemaatiline - sellest metallist valmistatud traat peab olema kaetud väga tugeva ja äärmiselt vähese painduvusega ümbrisega. Kest peab olema suletud, kuna naatriumil on kõige neutraalsemates tingimustes tugev keemiline aktiivsus. See oksüdeerub õhus koheselt ja reageerib ägedalt veega, sealhulgas õhus oleva veega.
Teine naatriumi kasutamise eelis on selle kättesaadavus. Seda on võimalik saada sula naatriumkloriidi elektrolüüsil, mida maailmas on piiramatus koguses. Teised metallid on selles osas selgelt kehvemad.
Konkreetse juhi jõudluse arvutamiseks on vaja traadi konkreetse arvu ja pikkuse korrutis jagada selle ristlõike pindalaga. Tulemuseks on takistuse väärtus oomides. Näiteks 200 m raudtraadi takistuse määramiseks nimiristlõikega 5 mm² peate 0,13 korrutama 200-ga ja jagama tulemuse 5-ga. Vastus on 5,2 oomi.
Arvutamise reeglid ja omadused
Mikrooomeetreid kasutatakse metallilise kandja takistuse mõõtmiseks. Tänapäeval toodetakse neid digitaalsena, seega on nende abiga tehtud mõõtmised täpsed. Seda saab seletada sellega, et metallidel on kõrge tase juhtivus ja äärmiselt madala takistusega. Näiteks alumine lävi mõõteriistad selle väärtus on 10-7 oomi.
Mikrooommeetrite abil saate kiiresti kindlaks teha, kui hea kontakt on ja millist takistust näitavad generaatorite, elektrimootorite ja trafode, aga ka elektribusside mähised. Valuplokis on võimalik arvutada mõne teise metalli lisandite olemasolu. Näiteks kullaga kaetud volframitükil on pool kogu kulla juhtivusest. Sama meetodit saab kasutada juhi sisemiste defektide ja õõnsuste määramiseks.
Takistuse valem on järgmine: ρ = Ohm mm 2 /m. Sõnades võib seda kirjeldada kui 1 meetri juhtme takistust, mille ristlõikepindala on 1 mm². Eeldatakse, et temperatuur on standardne – 20 °C.
Temperatuuri mõju mõõtmisele
Mõne juhtme soojendamine või jahutamine mõjutab oluliselt mõõtevahendite jõudlust. Näitena võib tuua järgmise katse: akuga on vaja ühendada spiraalselt mähitud traat ja vooluringiga ühendada ampermeeter.
Mida rohkem juht soojeneb, seda madalamaks muutuvad seadme näidud. Praegusel on vastupidine proportsionaalne sõltuvus vastupanust. Seetõttu võime järeldada, et kuumutamise tulemusena metalli juhtivus väheneb. Suuremal või vähemal määral käituvad nii kõik metallid, kuid mõnel sulamil juhtivus praktiliselt ei muutu.
Tähelepanuväärne on, et vedelad juhid ja mõned tahked mittemetallid kipuvad temperatuuri tõustes oma takistust vähendama. Kuid teadlased on ka selle metallide võime enda kasuks pööranud. Teades temperatuuri takistustegurit (α) mõne materjali kuumutamisel, on võimalik määrata välistemperatuur. Näiteks vilgukiviraamile asetatud plaatinatraat pannakse ahju ja mõõdetakse takistust. Sõltuvalt sellest, kui palju see on muutunud, tehakse järeldus ahju temperatuuri kohta. Seda disaini nimetatakse takistustermomeetriks.
Kui temperatuuril t 0 juhi takistus on r 0 ja temperatuuril t võrdub rt, siis on takistuse temperatuuritegur võrdne 
Selle valemi abil saab arvutada ainult teatud temperatuurivahemikus (kuni ligikaudu 200 °C).
Vastupidavus Metallide kogus on nende elektrivoolu vastupanuvõime mõõt. Seda väärtust väljendatakse oomimeetrites (Ohm⋅m). Takistuse sümboliks on kreeka täht ρ (rho). Kõrge eritakistus tähendab, et materjal juhib halvasti elektrilaengut.
Vastupidavus
Konkreetne elektritakistus on määratletud kui suhe metalli sees oleva elektrivälja tugevuse ja selles oleva voolutiheduse vahel:
Kus:
ρ – metalli eritakistus (Ohm⋅m),
E - elektrivälja tugevus (V/m),
J on elektrivoolu tiheduse väärtus metallis (A/m2)
Kui metalli elektrivälja tugevus (E) on väga kõrge ja voolutihedus (J) on väga väike, tähendab see, et metallil on suur eritakistus.
Takistuse pöördväärtus on elektrijuhtivus, mis näitab, kui hästi materjal juhib elektrivoolu:
σ on materjali juhtivus, mida väljendatakse siemensina meetri kohta (S/m).
Elektritakistus
Elektritakistust, üks komponente, väljendatakse oomides (Ohm). Tuleb märkida, et elektritakistus ja takistus ei ole sama asi. Takistus on materjali omadus, elektritakistus aga objekti omadus.
Takisti elektritakistuse määrab selle kuju ja materjali takistus, millest see on valmistatud.
Näiteks pikast ja õhukesest traadist valmistatud traaditakistil on suurem takistus kui lühikesest ja jämedast samast metallist traadist valmistatud takistil.
Samas on suure eritakistusega materjalist traattakisti elektritakistus suurem kui madala eritakistusega materjalist valmistatud takistil. Ja seda kõike hoolimata asjaolust, et mõlemad takistid on valmistatud sama pikkuse ja läbimõõduga traadist.
Selle illustreerimiseks võib tuua analoogia hüdrosüsteem kus vett pumbatakse läbi torude.
- Mida pikem ja õhem toru, seda suurem on veekindlus.
- Liivaga täidetud toru peab veele rohkem vastu kui ilma liivata toru.
Traadi takistus
Traadi takistuse suurus sõltub kolmest parameetrist: metalli eritakistus, traadi enda pikkus ja läbimõõt. Traadi takistuse arvutamise valem:
Kus:
R - traadi takistus (oomi)
ρ – metalli eritakistus (oomi.m)
L – traadi pikkus (m)
A - traadi ristlõikepindala (m2)
Vaatleme näiteks nikroomtraattakistit, mille eritakistus on 1,10×10-6 Ohm.m. Traadi pikkus on 1500 mm ja läbimõõt 0,5 mm. Nende kolme parameetri põhjal arvutame nikroomtraadi takistuse:
R = 1,1 * 10 -6 * (1,5/0,000000196) = 8,4 oomi
Nikroomi ja konstantaani kasutatakse sageli vastupidavusmaterjalina. Allolevas tabelis näete mõnede kõige sagedamini kasutatavate metallide eritakistust.
Pinna vastupidavus
Pinnatakistuse väärtus arvutatakse samamoodi nagu traadi takistus. Sel juhul saab ristlõikepindala esitada w ja t korrutisena:
Mõne materjali, näiteks õhukeste kilede puhul nimetatakse takistuse ja kile paksuse vahelist seost lehe lehe takistuseks RS: 
kus RS mõõdetakse oomides. Selle arvutuse jaoks peab kile paksus olema konstantne.
Sageli lõikavad takistite tootjad kilesse rajad, et suurendada takistust, et suurendada elektrivoolu teed.
Resistiivsete materjalide omadused
Metalli eritakistus sõltub temperatuurist. Nende väärtused on tavaliselt antud toatemperatuurile (20°C). Eritakistuse muutust temperatuurimuutuse tagajärjel iseloomustab temperatuurikoefitsient.
Näiteks termistorid (termistorid) kasutavad seda omadust temperatuuri mõõtmiseks. Teisest küljest on täppiselektroonikas see üsna ebasoovitav mõju.
Metallkile takistitel on suurepärased temperatuuristabiilsuse omadused. See saavutatakse mitte ainult materjali madala takistuse, vaid ka takisti enda mehaanilise konstruktsiooni tõttu.
Palju erinevaid materjale ja sulameid kasutatakse takistite tootmisel. Nikroom (nikli ja kroomi sulam) tänu oma kõrgele vastupidavusele ja oksüdatsioonikindlusele kõrged temperatuurid, kasutatakse sageli materjalina traattakistite valmistamiseks. Selle puuduseks on see, et seda ei saa jootma. Constantan, veel üks populaarne materjal, kergesti joodetav ja madalama temperatuurikoefitsiendiga.
Kui suletud elektriahel, mille klemmides on potentsiaalide erinevus, tekib elektrivool. Vabad elektronid liiguvad elektrivälja jõudude mõjul mööda juhti. Nende liikumisel põrkuvad elektronid juhi aatomitega ja annavad neile oma kineetilise energia. Elektronide liikumise kiirus muutub pidevalt: kui elektronid põrkuvad aatomite, molekulide ja teiste elektronidega, siis see väheneb, siis elektrivälja mõjul suureneb ja uue kokkupõrke korral taas väheneb. Selle tulemusena paigaldatakse juht ühtlane liikumine elektronide vool kiirusega mitu sentimeetrit sekundis. Järelikult puutuvad juhti läbivad elektronid selle küljelt liikumise vastu alati vastu. Kui elektrivool läbib juhti, siis viimane soojeneb.
Elektritakistus
Juhi elektritakistus, mida tähistatakse ladina tähega r, on keha või keskkonna omadus muuta elektrienergia soojusenergiaks, kui seda läbib elektrivool.
Diagrammidel on elektritakistus näidatud joonisel 1 näidatud viisil, A.
Nimetatakse muutuvat elektritakistust, mis muudab vooluahelas voolu reostaat. Diagrammidel on reostaadid tähistatud nii, nagu on näidatud joonisel 1, b. IN üldine vaade Reostaat on valmistatud ühe või teise takistusega traadist, mis on keritud isoleerivale alusele. Liugur või reostaadi hoob asetatakse teatud asendisse, mille tulemusena sisestatakse ahelasse vajalik takistus.
Pikk väikese ristlõikega juht loob voolule suure takistuse. Suure ristlõikega lühikesed juhid pakuvad voolule vähe vastupidavust.
Kui võtame kaks juhti alates erinevad materjalid, kuid sama pikkuse ja ristlõikega, siis juhivad juhid voolu erinevalt. See näitab, et juhi takistus sõltub juhi enda materjalist.
Juhi temperatuur mõjutab ka selle takistust. Temperatuuri tõustes suureneb metallide vastupidavus ning väheneb vedelike ja kivisöe vastupidavus. Vaid mõned spetsiaalsed metallisulamid (manganiin, konstantaan, nikkel ja teised) ei muuda temperatuuri tõustes oma vastupidavust peaaegu üldse.
Seega näeme, et juhi elektritakistus sõltub: 1) juhi pikkusest, 2) juhi ristlõikest, 3) juhi materjalist, 4) juhi temperatuurist.
Takistuse ühik on üks oomi. Om on sageli tähistatud kreeka keeles suur algustähtΩ (oomega). Seetõttu võite selle asemel, et kirjutada "Juhi takistus on 15 oomi", lihtsalt kirjutada: r= 15 Ω.
1000 oomi nimetatakse 1 kilooomi(1kOhm või 1kΩ),
1 000 000 oomi nimetatakse 1 megaoomi(1 mOhm või 1MΩ).
Erinevatest materjalidest juhtide takistuse võrdlemisel on vaja iga proovi jaoks võtta teatud pikkus ja ristlõige. Siis saame hinnata, milline materjal juhib elektrivoolu paremini või halvemini.
Video 1. Juhtide takistus
Elektriline takistus
Nimetatakse 1 m pikkuse ja 1 mm² ristlõikega juhi takistust oomides takistus ja on määratud Kreeka kiri ρ (ro).
Tabelis 1 on toodud mõnede juhtide eritakistused.
Tabel 1
Erinevate juhtide takistused
Tabelis on näidatud, et 1 m pikkuse ja 1 mm² ristlõikega raudtraadi takistus on 0,13 oomi. 1 oomi takistuse saamiseks peate võtma 7,7 m sellist traati. Hõbedal on madalaim takistus. 1 oomi takistuse saab saada, kui võtta 62,5 m hõbetraati ristlõikega 1 mm². Hõbe on parim juht, kuid hõbeda hind välistab selle massilise kasutamise võimaluse. Tabelis hõbeda järel tuleb vask: 1 m vasktraadi ristlõikega 1 mm² takistus on 0,0175 oomi. 1 oomi takistuse saamiseks peate võtma 57 m sellist traati.
Rafineerimisel saadud keemiliselt puhas vask on leidnud laialdast kasutust elektrotehnikas juhtmete, kaablite ja mähiste valmistamisel. elektrimasinad ja seadmed. Juhtidena kasutatakse laialdaselt ka alumiiniumi ja rauda.
Juhi takistust saab määrata järgmise valemiga:
Kus r– juhi takistus oomides; ρ – juhi eritakistus; l– juhtme pikkus meetrites; S– juhtme ristlõige mm².
Näide 1. Määrake 200 m raudtraadi takistus ristlõikega 5 mm².
Näide 2. Arvutage 2 km pikkuse alumiiniumtraadi takistus, mille ristlõige on 2,5 mm².
Takistuse valemi järgi saate hõlpsasti määrata juhi pikkuse, takistuse ja ristlõike.
Näide 3. Raadiovastuvõtja jaoks on vaja kerida 30-oomine takistus nikkeltraadist, mille ristlõige on 0,21 mm². Määrake vajalik traadi pikkus.
Näide 4. Määrake ristlõige 20 m nikroom traat, kui selle takistus on 25 oomi.
Näide 5. 0,5 mm² ristlõikega ja 40 m pikkuse traadi takistus on 16 oomi. Määrake traadi materjal.
Juhi materjal iseloomustab selle takistust.
Takistuse tabeli põhjal leiame, et pliil on selline takistus.
Eespool oli öeldud, et juhtmete takistus sõltub temperatuurist. Teeme järgmise katse. Kerime mitu meetrit peenikest metalltraati spiraali kujul ja ühendame selle spiraali akuahelaga. Voolu mõõtmiseks ühendame vooluahelaga ampermeetri. Kui spiraali kuumutatakse põleti leegis, märkate, et ampermeetri näidud vähenevad. See näitab, et metalltraadi takistus suureneb kuumutamisel.
Mõnede metallide puhul suureneb 100° kuumutamisel takistus 40–50%. On sulameid, mis kuumutamisel oma vastupidavust veidi muudavad. Mõned erisulamid ei näita temperatuuri muutumisel praktiliselt mingit takistust. Metalljuhtide takistus suureneb temperatuuri tõustes, elektrolüütide (vedelikujuhtide), kivisöe ja mõne tahked ained, vastupidi, väheneb.
Takistustermomeetrite konstrueerimiseks kasutatakse metallide võimet muuta oma takistust temperatuurimuutustega. See termomeeter koosneb vilgukivist raamile keritud plaatinatraadist. Asetades termomeetri näiteks ahju ja mõõtes plaatinatraadi takistust enne ja pärast kuumutamist, saab määrata ahju temperatuuri.
Juhi takistuse muutust selle kuumutamisel 1 oomi algtakistuse ja 1° temperatuuri kohta nimetatakse temperatuuri takistustegur ja seda tähistatakse tähega α.
Kui temperatuuril t 0 juhi takistus on r 0 ja temperatuuril t võrdub r t, siis takistuse temperatuuritegur
Märge. Selle valemi abil saab arvutada ainult teatud temperatuurivahemikus (kuni ligikaudu 200 °C).
Esitame mõnede metallide temperatuuritakistusteguri α väärtused (tabel 2).
tabel 2
Mõne metalli temperatuurikoefitsiendi väärtused
Me määrame temperatuuri takistuse koefitsiendi valemist r t:
r t = r 0 .
Näide 6. Määrake temperatuurini 200 °C kuumutatud raudtraadi takistus, kui selle takistus temperatuuril 0 °C oli 100 oomi.
r t = r 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 oomi.
Näide 7. Plaatinatraadist valmistatud takistustermomeetri takistus oli ruumis 15°C juures 20 oomi. Termomeeter pandi ahju ja mõne aja pärast mõõdeti selle takistust. Selgus, et see võrdub 29,6 oomiga. Määrake ahju temperatuur.
Elektrijuhtivus
Seni oleme pidanud takistuseks, mille juht elektrivoolule annab, juhtme takistust. Kuid ikkagi läheb vool läbi juhi. Seetõttu on juhil lisaks takistusele (takistusele) ka võime juhtida elektrivoolu ehk juhtivust.
Mida suurem on juhi takistus, seda väiksem on selle juhtivus, seda halvemini juhib see elektrivoolu ja vastupidi, mida väiksem on juhi takistus, mida suurem on juhi juhtivus, seda lihtsam on voolul juhti läbida. Seetõttu on juhi takistus ja juhtivus vastastikused suurused.
Matemaatikast on teada, et 5 pöördväärtus on 1/5 ja vastupidi, 1/7 pöördväärtus on 7. Seega, kui juhi takistust tähistatakse tähega r, siis on juhtivus defineeritud kui 1/ r. Juhtivust sümboliseeritakse tavaliselt tähega g.
Elektrijuhtivust mõõdetakse (1/Ohm) või siemenites.
Näide 8. Juhi takistus on 20 oomi. Määrake selle juhtivus.
Kui r= siis 20 oomi
Näide 9. Juhi juhtivus on 0,1 (1/Ohm). Määrake selle takistus
Kui g = 0,1 (1/oomi), siis r= 1 / 0,1 = 10 (oomi)
Nagu Ohmi seadusest teame, on voolutugevus vooluringi osas järgmises seoses: I=U/R. Seadus tuletati 19. sajandil Saksa füüsiku Georg Ohmi eksperimentide käigus. Ta märkas mustrit: voolutugevus vooluringi mis tahes osas sõltub otseselt sellele sektsioonile rakendatavast pingest ja pöördvõrdeliselt selle takistusest.
Hiljem leiti, et sektsiooni takistus sõltub selle geomeetrilistest omadustest järgmiselt: R = ρl/S,
kus l on juhi pikkus, S on selle ristlõike pindala ja ρ on teatud proportsionaalsustegur.
Seega määrab takistuse juhi geomeetria, aga ka selline parameeter nagu eritakistus (edaspidi eritakistus) - nii nimetatakse seda koefitsienti. Kui võtta kaks ühesuguse ristlõike ja pikkusega juhti ja asetada need ükshaaval ahelasse, siis voolu ja takistust mõõtes on näha, et kahel juhul on need näitajad erinevad. Seega spetsiifiline elektritakistus- see on materjali omadus, millest juht on valmistatud, või, veelgi täpsemini, aine.
Juhtivus ja takistus
USA näitab aine võimet takistada voolu läbimist. Kuid füüsikas on ka pöördsuurus – juhtivus. See näitab võimet juhtida elektrivoolu. See näeb välja selline:
σ=1/ρ, kus ρ on aine eritakistus.
Kui me räägime juhtivusest, siis selle määravad selle aine laengukandjate omadused. Seega on metallidel vabad elektronid. Peal välimine kest neid pole rohkem kui kolm ja aatomil on kasulikum need "ära anda", mis juhtub siis, kui keemilised reaktsioonid ainetega perioodilisuse tabeli paremalt küljelt. Olukorras, kus meil on puhas metall, on sellel kristalliline struktuur, milles need välised elektronid on jagatud. Need kannavad laengut, kui metallile rakendatakse elektrivälja.
Lahustes on laengukandjateks ioonid.
Kui me räägime sellistest ainetest nagu räni, siis oma omaduste poolest see nii on pooljuht ja see töötab veidi teisel põhimõttel, aga sellest hiljem. Vahepeal mõelgem välja, mille poolest need aineklassid erinevad:
- Dirigendid;
- Pooljuhid;
- Dielektrikud.
Dirigendid ja dielektrikud
On aineid, mis peaaegu ei juhi voolu. Neid nimetatakse dielektrikuteks. Sellised ained on võimelised polariseeruma elektriväli, see tähendab, et nende molekulid võivad sellel väljal pöörlema sõltuvalt sellest, kuidas nad neis jaotuvad elektronid. Kuid kuna need elektronid ei ole vabad, vaid teenivad aatomite vahelist suhtlust, ei juhi nad voolu.
Dielektrikute juhtivus on peaaegu null, kuigi ideaalseid nende hulgas pole (see on sama abstraktsioon kui absoluutselt must keha või ideaalne gaas).
Mõiste “juht” kokkuleppeline piir on ρ<10^-5 Ом, а нижний порог такового у диэлектрика - 10^8 Ом.
Nende kahe klassi vahele jäävad ained, mida nimetatakse pooljuhtideks. Kuid nende eraldamine eraldi ainete rühma ei ole seotud mitte niivõrd nende vahepealse olekuga reas "juhtivus - takistus", vaid selle juhtivuse tunnustega erinevates tingimustes.
Sõltuvus keskkonnateguritest
Juhtivus ei ole täiesti konstantne väärtus. Andmed tabelites, millest ρ arvutamiseks võetakse, on olemas normaalsete keskkonnatingimuste, st 20 kraadise temperatuuri kohta. Tegelikkuses on selliseid ideaalseid tingimusi ahela tööks raske leida; tegelikult USA (ja seega ka juhtivus) sõltuvad järgmistest teguritest:
- temperatuur;
- surve;
- magnetvälja olemasolu;
- valgus;
- agregatsiooni olek.
Erinevatel ainetel on oma ajakava selle parameetri muutmiseks erinevates tingimustes. Seega suurendavad ferromagnetid (raud ja nikkel) seda, kui voolu suund langeb kokku magnetvälja jõujoonte suunaga. Mis puutub temperatuuri, siis siin on sõltuvus peaaegu lineaarne (seal on isegi temperatuuri takistuse koefitsiendi mõiste ja see on ka tabeli väärtus). Kuid selle sõltuvuse suund on erinev: metallide puhul suureneb see temperatuuri tõustes ning haruldaste muldmetallide ja elektrolüütide lahuste puhul - ja see on samas agregatsiooniseisundis.
Pooljuhtide puhul ei ole sõltuvus temperatuurist lineaarne, vaid hüperboolne ja pöördvõrdeline: temperatuuri tõustes nende juhtivus suureneb. See eristab kvalitatiivselt juhte pooljuhtidest. Nii näeb välja ρ sõltuvus juhtide temperatuurist:
Siin on näidatud vase, plaatina ja raua eritakistus. Mõnel metallil, näiteks elavhõbedal, on pisut erinev graafik – kui temperatuur langeb 4 K-ni, kaotab see selle peaaegu täielikult (seda nähtust nimetatakse ülijuhtivuseks).
Ja pooljuhtide puhul on see sõltuvus umbes selline:
Vedelasse olekusse üleminekul metalli ρ suureneb, kuid siis käituvad nad kõik erinevalt. Näiteks sula vismuti puhul on see madalam kui toatemperatuuril ja vase puhul 10 korda tavalisest kõrgem. Nikkel lahkub lineaargraafikust veel 400 kraadi juures, mille järel ρ langeb.
Kuid volframil on nii suur temperatuurisõltuvus, et see põhjustab hõõglampide läbipõlemist. Sisselülitamisel soojendab vool mähist ja selle takistus suureneb mitu korda.
Samuti y. Koos. sulamid sõltuvad nende valmistamise tehnoloogiast. Seega, kui tegemist on lihtsa mehaanilise seguga, saab sellise aine takistuse arvutada keskmise abil, kuid asendussulami puhul (see on siis, kui kaks või enam elementi ühendatakse üheks kristallvõreks) on see erinev. , reeglina palju suurem. Näiteks nikroomil, millest valmistatakse elektripliitide spiraale, on selle parameetri jaoks selline väärtus, et vooluringiga ühendamisel kuumeneb see juht kuni punetuseni (sellepärast seda tegelikult kasutatakse).
Siin on süsinikteraste iseloomulik ρ:
Nagu näha, sulamistemperatuurile lähenedes see stabiliseerub.
Erinevate juhtide takistus
Olgu kuidas on, arvutustes kasutatakse ρ-d täpselt tavatingimustes. Siin on tabel, mille abil saate võrrelda erinevate metallide omadusi:
Nagu tabelist näha, on parim dirigent hõbedane. Ja ainult selle maksumus takistab selle laialdast kasutamist kaablitootmises. USA alumiinium on ka väike, kuid vähem kui kuld. Tabelist selgub, miks majade juhtmestik on kas vasest või alumiiniumist.
Tabelis ei ole niklit, millel, nagu me juba ütlesime, on veidi ebatavaline y graafik. Koos. temperatuuril. Nikli eritakistus pärast temperatuuri tõstmist 400 kraadini ei hakka mitte kasvama, vaid langema. See käitub huvitavalt ka teiste asendussulamite puhul. Nii käitub vase ja nikli sulam, sõltuvalt mõlema protsendist:
Ja see huvitav graafik näitab tsingi ja magneesiumi sulamite vastupidavust:
Suure takistusega sulameid kasutatakse materjalidena reostaatide valmistamiseks, siin on nende omadused:
Need on keerulised sulamid, mis koosnevad rauast, alumiiniumist, kroomist, mangaanist ja niklist.
Süsinikteraste puhul on see ligikaudu 1,7*10^-7 oomi m.
Erinevus y vahel. Koos. Erinevad juhid määratakse nende rakenduse järgi. Nii kasutatakse vaske ja alumiiniumi laialdaselt kaablite tootmisel ning kulda ja hõbedat kasutatakse kontaktidena mitmetes raadiotehnikatoodetes. Elektriseadmete tootjate seas on oma koha leidnud kõrge takistusega juhid (täpsemalt loodi need selleks otstarbeks).
Selle parameetri varieeruvus sõltuvalt keskkonnatingimustest oli aluseks sellistele seadmetele nagu magnetvälja andurid, termistorid, deformatsioonimõõturid ja fototakistid.