Merný elektrický odpor alebo jednoducho špecifický odpor látky je fyzikálna veličina, ktorá charakterizuje schopnosť látky brániť prechodu elektrického prúdu.

Odpor sa označuje gréckym písmenom ρ. Prevrátená hodnota merného odporu sa nazýva špecifická vodivosť (elektrická vodivosť). Na rozdiel od elektrického odporu, ktorý je vlastnosťou vodiča a závisí od jeho materiálu, tvaru a veľkosti, elektrický odpor je vlastnosťou iba látky.

Elektrický odpor homogénneho vodiča s rezistivitou ρ, dĺžkou l a plochou prierezu S možno vypočítať podľa vzorca (predpokladá sa, že plocha ani tvar prierezu sa pozdĺž vodiča nemení). Preto pre ρ,

Z posledného vzorca vyplýva: fyzikálny význam špecifického odporu látky spočíva v tom, že ide o odpor homogénneho vodiča vyrobeného z tejto látky jednotkovej dĺžky a s jednotkovou plochou prierezu.

Jednotkou odporu v Medzinárodnom systéme jednotiek (SI) je Ohm m.

Z pomeru vyplýva, že jednotka merania merného odporu v sústave SI sa rovná takému špecifickému odporu látky, pri ktorej je homogénny vodič dlhý 1 m s plochou prierezu 1 m², vyrobený z táto látka má odpor rovný 1 Ohm. V súlade s tým sa odpor ľubovoľnej látky, vyjadrený v jednotkách SI, číselne rovná odporu časti elektrického obvodu vyrobeného z tejto látky s dĺžkou 1 m a plochou prierezu 1 m².

Táto technika tiež používa zastaranú mimosystémovú jednotku Ohm mm² / m, ktorá sa rovná 10 −6 z 1 Ohm m. Táto jednotka sa rovná takému špecifickému odporu látky, pri ktorej homogénny vodič s dĺžkou 1 m a plochou prierezu 1 mm² vyrobený z tejto látky má odpor rovný 1 ohm. V súlade s tým sa špecifický odpor látky, vyjadrený v týchto jednotkách, číselne rovná odporu časti elektrického obvodu vyrobeného z tejto látky s dĺžkou 1 m a plochou prierezu 1 mm².

Elektromotorická sila (EMF) je skalárna fyzikálna veličina, ktorá charakterizuje prácu vonkajších síl, teda akýchkoľvek síl neelektrického pôvodu pôsobiacich v kvázistacionárnych jednosmerných alebo striedavých obvodoch. V uzavretom vodivom obvode sa EMF rovná práci týchto síl pri pohybe jediného kladného náboja pozdĺž celého obvodu.

Analogicky so silou elektrického poľa sa zavádza pojem intenzita vonkajších síl, ktorá sa chápe ako vektorová fyzikálna veličina rovnajúca sa pomeru vonkajšej sily pôsobiacej na skúšobný elektrický náboj k veľkosti tohto náboja. Potom v uzavretej slučke sa EMF bude rovnať:

kde je prvok obrysu.

EMF, podobne ako napätie, sa meria vo voltoch v medzinárodnom systéme jednotiek (SI). Môžeme hovoriť o elektromotorickej sile v ktorejkoľvek časti obvodu. Toto je špecifická práca vonkajších síl nie v celom obvode, ale iba v tomto úseku. EMF galvanického článku je prácou vonkajších síl pri premiestňovaní jediného kladného náboja vo vnútri článku z jedného pólu na druhý. Prácu vonkajších síl nemožno vyjadriť rozdielom potenciálov, pretože vonkajšie sily sú nepotencionálne a ich práca závisí od tvaru trajektórie. Takže napríklad práca vonkajších síl pri pohybe náboja medzi prúdovými svorkami je mimo seba? zdroj je nula.

• vodiče;
• dielektrika (s izolačnými vlastnosťami);
• polovodičov.

Elektróny a prúd

Základom modernej koncepcie elektrického prúdu je predpoklad, že pozostáva z hmotných častíc – nábojov. Ale rôzne fyzikálne a chemické experimenty poskytujú dôvody na tvrdenie, že tieto nosiče náboja môžu byť rôznych typov v tom istom vodiči. A táto nehomogenita častíc ovplyvňuje prúdovú hustotu. Pre výpočty, ktoré súvisia s parametrami elektrického prúdu, sa používajú určité fyzikálne veličiny. Medzi nimi je dôležité miesto obsadené vodivosťou spolu s odporom.

• Vodivosť súvisí s odporom vzájomným inverzným vzťahom.

Je známe, že keď je na elektrický obvod privedené určité napätie, objaví sa v ňom elektrický prúd, ktorého hodnota súvisí s vodivosťou tohto obvodu. Tento zásadný objav vtedy urobil nemecký fyzik Georg Ohm. Odvtedy sa začal používať zákon nazývaný Ohmov zákon. Existuje pre rôzne možnosti obvodu. Preto sa vzorce pre ne môžu navzájom líšiť, pretože zodpovedajú úplne iným podmienkam.

Každý elektrický obvod má vodič. Ak obsahuje jeden typ častíc nosiča náboja, prúd vo vodiči je ako prúd tekutiny, ktorý má určitú hustotu. Určuje sa podľa nasledujúceho vzorca:

Väčšina kovov zodpovedá rovnakému typu nabitých častíc, vďaka ktorým existuje elektrický prúd. Pre kovy sa výpočet elektrickej vodivosti vykonáva podľa nasledujúceho vzorca:

Pretože je možné vypočítať vodivosť, je teraz ľahké určiť elektrický odpor. Už bolo spomenuté vyššie, že odpor vodiča je prevrátená hodnota vodivosti. v dôsledku toho

V tomto vzorci sa grécke písmeno ρ (rho) používa na označenie elektrického odporu. Toto označenie sa najčastejšie používa v odbornej literatúre. Môžete však nájsť aj mierne odlišné vzorce, pomocou ktorých sa vypočíta odpor vodičov. Ak sa na výpočty použije klasická teória kovov a elektrónová vodivosť v nich, odpor sa vypočíta podľa nasledujúceho vzorca:

Je tu však jedno „ale“. Stav atómov v kovovom vodiči je ovplyvnený trvaním ionizačného procesu, ktorý sa uskutočňuje elektrickým poľom. Jediným ionizačným účinkom na vodič dostanú atómy v ňom jedinú ionizáciu, ktorá vytvorí rovnováhu medzi koncentráciou atómov a voľnými elektrónmi. A hodnoty týchto koncentrácií budú rovnaké. V tomto prípade existujú nasledujúce závislosti a vzorce:

Odchýlky vodivosti a odporu

Ďalej zvážime, čo určuje špecifickú vodivosť, ktorá je nepriamo úmerná odporu. Odpor látky je pomerne abstraktná fyzikálna veličina. Každý vodič existuje vo forme špecifickej vzorky. Je charakterizovaná prítomnosťou rôznych nečistôt a defektov vo vnútornej štruktúre. Sú brané do úvahy ako samostatné pojmy vo výraze, ktorý určuje odpor v súlade s Matthiessenovým pravidlom. Toto pravidlo berie do úvahy aj rozptyl pohybujúceho sa prúdu elektrónov na uzloch kryštálovej mriežky vzorky, ktorý kolíše v závislosti od teploty.

Prítomnosť vnútorných defektov, ako sú inklúzie rôznych nečistôt a mikroskopické dutiny, tiež zvyšuje odpor. Na určenie množstva nečistôt vo vzorkách sa meria merný odpor materiálov pre dve hodnoty teploty materiálu vzorky. Jedna hodnota teploty je izbová teplota a druhá zodpovedá kvapalnému héliu. Z pomeru výsledku merania pri izbovej teplote k výsledku pri teplote kvapalného hélia sa získa koeficient, ktorý ilustruje štrukturálnu dokonalosť materiálu a jeho chemickú čistotu. Koeficient sa označuje písmenom β.

Ak sa kovová zliatina s neusporiadanou štruktúrou tuhého roztoku považuje za vodič elektrického prúdu, hodnota zvyškového odporu môže byť výrazne väčšia ako rezistivita. Na takúto vlastnosť dvojzložkových kovových zliatin, ktoré nesúvisia s prvkami vzácnych zemín, ako aj s prechodnými prvkami, sa vzťahuje osobitný zákon. Volá sa to Nordheimov zákon.

Moderné technológie v elektronike čoraz viac smerujú k miniaturizácii. A to natoľko, že sa čoskoro namiesto mikroobvodu objaví slovo „nanoobvod“. Vodiče v takýchto zariadeniach sú také tenké, že by bolo správne nazývať ich kovovými filmami. Je celkom jasné, že vzorka filmu sa svojím odporom bude smerom nahor líšiť od väčšieho vodiča. Malá hrúbka kovu vo filme vedie k tomu, že sa v ňom objavujú polovodičové vlastnosti.

Začína sa prejavovať úmernosť medzi hrúbkou kovu a voľnou dráhou elektrónov v tomto materiáli. Je tu malý priestor na pohyb elektrónov. Preto si začnú navzájom brániť v usporiadanom pohybe, čo vedie k zvýšeniu odporu. Pre kovové fólie sa rezistivita vypočíta pomocou špeciálneho vzorca získaného z experimentov. Vzorec je pomenovaný po Fuchsovi, vedcovi, ktorý študoval odpor filmov.

Filmy sú veľmi špecifické útvary, ktoré sa ťažko opakujú, takže vlastnosti niekoľkých vzoriek sú rovnaké. Pre prijateľnú presnosť hodnotenia fólií sa používa špeciálny parameter - špecifický povrchový odpor.

Rezistory sú vytvorené z kovových filmov na mikroobvodovom substráte. Z tohto dôvodu sú výpočty odporu vysoko žiadanou úlohou v mikroelektronike. Hodnota rezistivity je samozrejme ovplyvnená teplotou a súvisí s ňou priamou úmernosťou. Pre väčšinu kovov má táto závislosť určitý lineárny úsek v určitom teplotnom rozsahu. V tomto prípade je odpor určený vzorcom:

V kovoch vzniká elektrický prúd v dôsledku veľkého počtu voľných elektrónov, ktorých koncentrácia je pomerne vysoká. Okrem toho elektróny tiež určujú vysokú tepelnú vodivosť kovov. Z tohto dôvodu bola preukázaná súvislosť medzi elektrickou vodivosťou a tepelnou vodivosťou osobitným zákonom, čo bolo experimentálne preukázané. Tento Wiedemann-Franzov zákon je charakterizovaný nasledujúcimi vzorcami:

Lákavé vyhliadky na supravodivosť

Najúžasnejšie procesy však prebiehajú pri najnižšej technicky dosiahnuteľnej teplote tekutého hélia. Pri takýchto podmienkach chladenia všetky kovy prakticky strácajú svoj odpor. Medené drôty ochladené na teplotu tekutého hélia sú schopné viesť prúdy, ktoré sú mnohonásobne väčšie ako za normálnych podmienok. Ak by to bolo v praxi možné, ekonomický efekt by bol neoceniteľný.

Ešte prekvapivejší bol objav vysokoteplotných vodičov. Tieto druhy keramiky boli za normálnych podmienok veľmi ďaleko vo svojej odolnosti voči kovom. Ale pri teplote asi tri desiatky stupňov nad tekutým héliom sa z nich stali supravodiče. Objav tohto správania nekovových materiálov sa stal silným podnetom pre výskum. Vzhľadom na obrovské ekonomické dôsledky praktickej aplikácie supravodivosti sa týmto smerom vrhli veľmi značné finančné prostriedky a začal sa rozsiahly výskum.

Ale zatiaľ, ako sa hovorí, „veci sú stále tam“ ... Keramické materiály sa ukázali ako nevhodné na praktické použitie. Podmienky na udržanie stavu supravodivosti si vyžiadali také veľké výdavky, že boli zničené všetky výhody z jej používania. Ale experimenty so supravodivosťou pokračujú. Existuje pokrok. Supravodivosť bola získaná už pri teplote 165 stupňov Kelvina, ale to si vyžaduje vysoký tlak. Vytváranie a udržiavanie takýchto špeciálnych podmienok opäť popiera komerčné využitie tohto technického riešenia.

Ďalšie ovplyvňujúce faktory

V súčasnosti si všetko ide svojou cestou a pre meď, hliník a niektoré ďalšie kovy odpor naďalej zabezpečuje ich priemyselné využitie na výrobu drôtov a káblov. Na záver je vhodné dodať ešte niekoľko informácií, že nielen merný odpor materiálu vodiča a teplota okolia ovplyvňujú straty v ňom pri prechode elektrického prúdu. Geometria vodiča je veľmi významná pri jeho použití pri zvýšenej frekvencii napätia a pri vysokej prúdovej sile.

Za týchto podmienok majú elektróny tendenciu koncentrovať sa blízko povrchu drôtu a jeho hrúbka ako vodiča stráca svoj význam. Preto je možné oprávnene znížiť množstvo medi v drôte tým, že sa z neho vyrobí iba vonkajšia časť vodiča. Ďalším faktorom pri zvyšovaní odporu vodiča je deformácia. Preto aj napriek vysokému výkonu niektorých elektricky vodivých materiálov sa za určitých podmienok nemusia objaviť. Pre konkrétne úlohy je potrebné zvoliť správne vodiče. Nižšie uvedené tabuľky vám s tým pomôžu.

14.04.2018

Ako vodivé časti v elektrických inštaláciách sa používajú vodiče z medi, hliníka, ich zliatin a železa (ocele).

Meď je jedným z najlepších vodivých materiálov. Hustota medi pri 20 ° C je 8,95 g / cm 3, teplota topenia je 1083 ° C. Meď je chemicky málo aktívna, ale ľahko sa rozpúšťa v kyseline dusičnej a v zriedenej kyseline chlorovodíkovej a sírovej sa rozpúšťa iba v prítomnosti oxidačných činidlá (kyslík). Na vzduchu je meď rýchlo pokrytá tenkou vrstvou oxidu tmavej farby, ale táto oxidácia nepreniká hlboko do kovu a slúži ako ochrana pred ďalšou koróziou. Meď sa dobre hodí na kovanie a valcovanie bez zahrievania.

Používa sa na výrobu elektrolytická meď v ingotoch obsahujúcich 99,93 % čistej medi.

Elektrická vodivosť medi silne závisí od množstva a typu nečistôt a v menšej miere od mechanického a tepelného spracovania. pri 20 °C je 0,0172-0,018 ohm x mm2 / m.

Na výrobu vodičov sa používa mäkká, polotvrdá alebo tvrdá meď so špecifickou hmotnosťou 8,9, 8,95 a 8,96 g / cm3.

Na výrobu častí prúdových častí sa široko používa meď v zliatinách s inými kovmi. Najčastejšie používané zliatiny sú:

Mosadz je zliatina medi a zinku, obsahujúca minimálne 50 % medi v zliatine, s prídavkom iných kovov. mosadz 0,031 - 0,079 ohm x mm2/m. Existuje mosadz - tompak s obsahom medi viac ako 72% (má vysokú ťažnosť, antikorózne a antifrikčné vlastnosti) a špeciálne mosadze s prídavkom hliníka, cínu, olova alebo mangánu.

Mosadzný kontakt

Bronzy sú zliatinou medi a cínu s prísadou rôznych kovov. V závislosti od obsahu hlavnej zložky v zliatine sa bronzy nazývajú cín, hliník, kremík, fosfor a kadmium. Odolnosť bronzu 0,021 - 0,052 ohm x mm2/m.

Mosadz a bronz majú dobré mechanické a fyzikálno-chemické vlastnosti. Sú ľahko spracovateľné odlievaním a tlakom, odolné voči atmosférickej korózii.

Hliník - svojimi vlastnosťami druhý vodivý materiál po medi. Teplota topenia 659,8 ° C. Hustota hliníka pri teplote 20 ° - 2,7 g / cm3. Hliník sa ľahko odlieva a dobre opracúva. Pri teplote 100 - 150 °C je hliník kovaný a tvárny (možno ho valcovať na plechy do hrúbky 0,01 mm).

Elektrická vodivosť hliníka je vysoko závislá od nečistôt a málo od mechanického a tepelného spracovania. Čím čistejšie je zloženie hliníka, tým vyššia je jeho elektrická vodivosť a lepšia odolnosť voči chemickému napadnutiu. Opracovanie, valcovanie a žíhanie výrazne ovplyvňuje mechanickú pevnosť hliníka. Hliník spracovávaný za studena zvyšuje jeho tvrdosť, elasticitu a pevnosť v ťahu. Odolnosť hliníka pri 20 ° С 0,026 - 0,029 ohm x mm 2 / m.

Pri výmene medi hliníkom je potrebné zväčšiť prierez vodiča z hľadiska vodivosti, t.j. 1,63-krát.

Pri rovnakej vodivosti bude hliníkový vodič 2-krát ľahší ako medený vodič.

Na výrobu vodičov sa používa hliník obsahujúci najmenej 98 % čistého hliníka, kremík najviac 0,3 %, železo najviac 0,2 %.

Na výrobu častí súčiastok pod prúdom použite zliatiny hliníka s inými kovmi, napríklad: Duralumin - zliatina hliníka s meďou a mangánom.

Silumin je ľahká liata hliníková zliatina s prímesou kremíka, horčíka, mangánu.

Zliatiny hliníka majú dobré odlievacie vlastnosti a vysokú mechanickú pevnosť.

Najpoužívanejšie v elektrotechnike sú nasledujúce hliníkových zliatin:

Spracovaná hliníková zliatina triedy AD, s hliníkom najmenej 98,8 a inými nečistotami do 1,2.

Tvárnená hliníková zliatina značky AD1, ktorá má hliník najmenej 99,3 n ostatné nečistoty do 0,7.

Tepaná hliníková zliatina značky AD31, ktorá má hliník 97,35 - 98,15 a ostatné nečistoty 1,85 -2,65.

Zliatiny akosti AD a AD1 sa používajú na výrobu puzdier a lisovníc hardvérových svoriek. Profily a pneumatiky používané pre elektrické vodiče sú vyrobené zo zliatiny triedy AD31.

Výrobky vyrobené zo zliatin hliníka v dôsledku tepelného spracovania získavajú vysokú pevnosť v ťahu a prieťažnosť (tečenie).

Železo - teplota topenia 1539°C. Hustota železa je 7,87. Železo sa rozpúšťa v kyselinách, oxiduje s halogénmi a kyslíkom.

V elektrotechnike sa používajú ocele rôznych akostí, napríklad:

Uhlíkové ocele sú kujné zliatiny železa s uhlíkom a inými metalurgickými nečistotami.

Špecifický odpor uhlíkových ocelí je 0,103 - 0,204 ohm x mm 2 /m.

Legované ocele sú zliatiny s prídavkami chrómu, niklu a iných prvkov pridávaných do uhlíkovej ocele.

Ocele sú dobré.

Ako prísady do zliatin, ako aj na výrobu spájok a implementáciu vodivých kovov sa široko používajú:

Kadmium je kujný kov. Teplota topenia kadmia je 321°C. Odpor 0,1 ohm x mm 2 /m. V elektrotechnike sa kadmium používa na prípravu spájok s nízkou teplotou topenia a na ochranné povlaky (kadmium) na kovových povrchoch. Z hľadiska antikoróznych vlastností je kadmium blízke zinku, ale kadmiové nátery sú menej porézne a nanášajú sa v tenšej vrstve ako zinok.

Nikel - teplota topenia 1455°C. Špecifický odpor niklu je 0,068 - 0,072 ohm x mm 2 /m. Pri bežných teplotách nie je oxidovaný vzdušným kyslíkom. Nikel sa používa v zliatinách a na ochranný povlak (niklovanie) kovových povrchov.

Cín - teplota topenia 231,9 ° C. Špecifický odpor cínu je 0,124 - 0,116 ohm x mm 2 /m. Cín sa používa na spájkovanie ochranného povlaku (cínovanie) kovov v čistej forme a vo forme zliatin s inými kovmi.

Olovo - teplota topenia 327,4°C. Odpor 0,217 - 0,227 ohm x mm 2 /m. Olovo sa používa v zliatinách s inými kovmi ako materiál odolný voči kyselinám. Pridáva sa do spájkovacích zliatin (spájok).

Striebro je veľmi kujný, kujný kov. Teplota topenia striebra je 960,5°C. Striebro je najlepší vodič tepla a elektrického prúdu.Špecifický odpor striebra je 0,015 - 0,016 ohm x mm 2 / m. Striebro sa používa na ochranný náter (striebrenie) kovových povrchov.

Antimón je lesklý krehký kov s teplotou topenia 631°C. Antimón sa používa vo forme prísad do spájkovacích zliatin (spájok).

Chróm je tvrdý, lesklý kov. Teplota topenia 1830 °C. Pri normálnej teplote sa na vzduchu nemení. Špecifický odpor chrómu je 0,026 ohm x mm 2 /m. Chróm sa používa v zliatinách a na ochranné nátery (chrómovanie) kovových povrchov.

Zinok - teplota topenia 419,4°C. Odolnosť zinku 0,053 - 0,062 ohm x mm2/m. Vo vlhkom vzduchu zinok oxiduje a pokryje sa vrstvou oxidu, ktorá chráni pred následným chemickým napadnutím. V elektrotechnike sa zinok používa ako prísada do zliatin a spájok, ako aj na ochranný náter (galvanizáciu) povrchov kovových častí.

Len čo elektrina opustila laboratóriá vedcov a začala sa vo veľkom zavádzať do praxe každodenného života, vyvstala otázka nájsť materiály, ktoré majú určité, niekedy úplne opačné vlastnosti vo vzťahu k toku elektrického prúdu cez ne.

Napríklad pri prenose elektrickej energie na veľkú vzdialenosť boli kladené požiadavky na materiál vodičov, aby sa minimalizovali straty spôsobené zahrievaním Joule v kombinácii s nízkou hmotnosťou. Príkladom toho sú známe vedenia vysokého napätia z hliníkových drôtov s oceľovým jadrom.

Alebo naopak, na vytvorenie kompaktných rúrkových elektrických ohrievačov boli potrebné materiály s relatívne vysokým elektrickým odporom a vysokou tepelnou stabilitou. Najjednoduchším príkladom zariadenia, ktoré používa materiály s podobnými vlastnosťami, je horák bežného kuchynského elektrického sporáka.

Vodiče používané v biológii a medicíne ako elektródy, sondy a sondy vyžadujú vysokú chemickú odolnosť a kompatibilitu s biomateriálmi v kombinácii s nízkym prechodovým odporom.

Celá galaxia vynálezcov z rôznych krajín: Anglicko, Rusko, Nemecko, Maďarsko a USA vynaložili svoje úsilie na vývoj takéhoto zariadenia, ktoré je dnes každému známe ako žiarovka. Thomas Edison, ktorý vykonal viac ako tisíc experimentov na testovanie vlastností materiálov vhodných pre úlohu vlákien, vytvoril lampu s platinovou špirálou. Edisonove lampy, aj keď mali dlhú životnosť, neboli praktické kvôli vysokým nákladom na východiskový materiál.

Praktické uplatnenie našla následná práca ruského vynálezcu Lodygina, ktorý navrhol použiť ako materiály závitov relatívne lacný žiaruvzdorný volfrám a molybdén s vyššou rezistivitou. Okrem toho Lodygin navrhol odčerpať vzduch zo žiaroviek a nahradiť ho inertnými alebo vzácnymi plynmi, čo viedlo k vytvoreniu moderných žiaroviek. Priekopníkom masovej výroby cenovo dostupných a odolných elektrických lámp bola spoločnosť General Electric, ktorej Lodygin pridelil práva na svoje patenty a potom dlho úspešne pracoval v laboratóriách spoločnosti.

V tomto zozname by sa dalo pokračovať, pretože zvedavá ľudská myseľ je natoľko vynaliezavá, že niekedy na vyriešenie určitého technického problému potrebuje materiály s doteraz neznámymi vlastnosťami alebo s neuveriteľnými kombináciami týchto vlastností. Príroda už nedrží krok s našimi chúťkami a vedci z celého sveta sa pripojili k pretekom vo vytváraní materiálov, ktoré nemajú prirodzené analógy.

Ide o zámerné pripojenie elektrického krytu alebo krytu k ochrannému uzemňovaciemu zariadeniu. Zvyčajne sa uzemnenie vykonáva vo forme oceľových alebo medených pásov, rúr, tyčí alebo uholníkov zakopaných v zemi do hĺbky viac ako 2,5 metra, ktoré v prípade nehody zabezpečia tok prúdu pozdĺž obvodu. zariadenie - puzdro alebo puzdro - uzemnenie - neutrálny vodič zdroja striedavého prúdu. Odpor tohto obvodu by nemal byť väčší ako 4 ohmy. V tomto prípade sa napätie na tele núdzového zariadenia zníži na hodnoty, ktoré sú pre ľudí bezpečné, a automatické zariadenia na ochranu elektrického obvodu tak či onak vypnú núdzové zariadenie.

Pri výpočte prvkov ochranného uzemnenia zohráva významnú úlohu znalosť rezistivity pôd, ktorá sa môže meniť v širokom rozsahu.

V súlade s údajmi referenčných tabuliek sa vyberie plocha uzemňovacieho zariadenia, z nej sa vypočíta počet uzemňovacích prvkov a skutočný dizajn celého zariadenia. Spojenie konštrukčných prvkov ochranného uzemňovacieho zariadenia sa vykonáva zváraním.

Elektrotomografia

Elektrický prieskum študuje blízkopovrchové geologické prostredie, využíva sa na vyhľadávanie rudných a nekovových nerastov a iných objektov na základe štúdia rôznych umelých elektrických a elektromagnetických polí. Špeciálnym prípadom elektrického prieskumu je elektrická odporová tomografia – metóda určovania vlastností hornín podľa ich rezistivity.

Podstata metódy spočíva v tom, že pri určitej polohe zdroja elektrického poľa sa vykoná meranie napätia na rôznych sondách, potom sa zdroj poľa presunie na iné miesto alebo sa prepne na iný zdroj a merania sa opakujú. Poľné zdroje a poľné prijímačové sondy sú umiestnené na povrchu a v studniach.

Potom sa prijaté dáta spracujú a interpretujú pomocou moderných metód počítačového spracovania, ktoré umožňujú vizualizáciu informácií vo forme dvojrozmerných a trojrozmerných obrazov.

Elektrotomografia ako veľmi presná metóda vyhľadávania poskytuje neoceniteľnú pomoc geológom, archeológom a paleozoológom.

Určenie formy výskytu ložísk nerastov a hraníc ich rozmiestnenia (vytýčenie) umožňuje identifikovať výskyt žilných ložísk nerastov, čo výrazne znižuje náklady na ich následný rozvoj.

Pre archeológov táto metóda vyhľadávania poskytuje cenné informácie o polohe starovekých pohrebísk a prítomnosti artefaktov v nich, čím sa znižujú náklady na vykopávky.

Paleozoológovia používajú elektrotomografiu na hľadanie fosílnych pozostatkov starých zvierat; výsledky ich práce možno vidieť v prírodovedných múzeách v podobe úžasných rekonštrukcií kostier pravekej megafauny.

Okrem toho sa elektrická tomografia používa pri výstavbe a následnej prevádzke inžinierskych stavieb: výškové budovy, priehrady, priehrady, nábrežia a iné.

Definície odporu v praxi

Niekedy sa pri riešení praktických problémov môžeme stretnúť s úlohou určiť zloženie látky, napríklad drôtu pre rezačku polystyrénovej peny. Máme dve cievky drôtu vhodného priemeru z rôznych pre nás neznámych materiálov. Na vyriešenie problému je potrebné nájsť ich elektrický odpor a potom určiť materiál drôtu pomocou rozdielu medzi zistenými hodnotami alebo pomocou referenčnej tabuľky.

Odmeriame zvinovacím metrom a z každej vzorky odstrihneme 2 metre drôtu. Určme priemery drôtov d₁ a d₂ pomocou mikrometra. Zapnutím multimetra na dolnú hranicu merania odporu zmeriame odpor vzorky R₁. Postup zopakujeme pre ďalšiu vzorku a zmeriame aj jej odpor R₂.

Berieme do úvahy, že plocha prierezu drôtov sa vypočíta podľa vzorca

S \u003d π ∙ d 2/4

Teraz bude vzorec na výpočet elektrického odporu vyzerať takto:

ρ = R ∙ π ∙ d 2 /4 ∙ L

Nahradením získaných hodnôt L, d₁ a R₁ do vzorca na výpočet rezistivity uvedeného v článku vyššie vypočítame hodnotu ρ₁ pre prvú vzorku.

ρ 1 \u003d 0,12 ohm mm 2 / m

Dosadením získaných hodnôt L, d₂ a R₂ do vzorca vypočítame hodnotu ρ₂ pre druhú vzorku.

ρ 2 \u003d 1,2 ohm mm 2 / m

Z porovnania hodnôt ρ₁ a ρ₂ s referenčnými údajmi z vyššie uvedenej tabuľky 2 sme dospeli k záveru, že materiál prvej vzorky je oceľ a druhá vzorka je nichróm, z ktorého vyrobíme reznú strunu.

Schopnosť kovu prechádzať cez seba nabitý prúd sa nazýva. Odolnosť je zase jednou z charakteristík materiálu. Čím väčší je elektrický odpor pri danom napätí, tým bude menší.Charakterizuje odporovú silu vodiča voči pohybu nabitých elektrónov smerujúcich pozdĺž neho. Keďže prenosová vlastnosť elektriny je prevrátená hodnota odporu, znamená to, že bude vyjadrená vo forme vzorcov ako pomer 1/R.

Odpor vždy závisí od kvality materiálu použitého pri výrobe zariadení. Meria sa na základe parametrov vodiča s dĺžkou 1 meter a plochou prierezu 1 štvorcový milimeter. Napríklad vlastnosť špecifického odporu pre meď je vždy 0,0175 Ohm, pre hliník - 0,029, železo - 0,135, konštantán - 0,48, nichróm - 1-1,1. Špecifický odpor ocele sa rovná číslu 2 * 10-7 Ohm.m

Odpor voči prúdu je priamo úmerný dĺžke vodiča, po ktorom sa pohybuje. Čím dlhšie zariadenie, tým vyšší odpor. Ľahšie sa túto závislosť naučíte, ak si predstavíte dva imaginárne páry nádob, ktoré spolu komunikujú. Nechajte spojovaciu hadičku pre jeden pár zariadení tenšiu a pre druhý hrubšiu. Keď sú oba páry naplnené vodou, prechod kvapaliny do hrubej trubice bude oveľa rýchlejší, pretože bude mať menší odpor voči prúdeniu vody. Podľa tejto analógie je pre neho ľahšie prejsť hrubým vodičom ako tenkým.

Odpor ako jednotka SI sa meria v ohm.m. Vodivosť závisí od strednej voľnej dráhy nabitých častíc, ktorá je charakterizovaná štruktúrou materiálu. Kovy bez prímesí, v ktorých ten najsprávnejší, majú najnižšie protiakčné hodnoty. Naopak, nečistoty deformujú mriežku, čím zvyšujú jej výkon. Rezistivita kovov sa nachádza v úzkom rozmedzí hodnôt pri normálnej teplote: od striebra od 0,016 do 10 μOhm.m (zliatiny železa a chrómu s hliníkom).

O vlastnostiach pohybu nabitých

elektrónov vo vodiči je ovplyvnená teplotou, pretože keď sa zvyšuje, zvyšuje sa amplitúda vlnových oscilácií existujúcich iónov a atómov. V dôsledku toho majú elektróny menej voľného priestoru na normálny pohyb v kryštálovej mriežke. A to znamená, že prekážka usporiadaného pohybu narastá. Odpor akéhokoľvek vodiča sa ako obvykle zvyšuje lineárne so zvyšujúcou sa teplotou. A pre polovodiče je naopak charakteristický pokles s rastúcimi stupňami, pretože z tohto dôvodu sa uvoľňuje veľa nábojov, ktoré vytvárajú jednosmerný elektrický prúd.

Proces ochladzovania niektorých kovových vodičov na požadovanú teplotu privedie ich odpor do skokového stavu a klesne na nulu. Tento jav bol objavený v roku 1911 a nazýva sa supravodivosť.

Pojem elektrického odporu a vodivosti

Každé teleso, ktorým preteká elektrický prúd, má voči nemu určitý odpor. Vlastnosť materiálu vodiča brániť prechodu elektrického prúdu cez neho sa nazýva elektrický odpor.

Elektronická teória týmto spôsobom vysvetľuje podstatu elektrického odporu kovových vodičov. Pri pohybe po vodiči sa voľné elektróny na svojej ceste nespočetnekrát stretávajú s atómami a inými elektrónmi a pri interakcii s nimi nevyhnutne strácajú časť svojej energie. Elektróny majú akoby odpor voči svojmu pohybu. Rôzne kovové vodiče s rôznou atómovou štruktúrou majú rôznu odolnosť voči elektrickému prúdu.

Presne to isté vysvetľuje odpor kvapalných vodičov a plynov voči prechodu elektrického prúdu. Netreba však zabúdať, že v týchto látkach nie elektróny, ale nabité častice molekúl pri svojom pohybe narážajú na odpor.

Odpor je označený latinskými písmenami R alebo r.

Ohm sa považuje za jednotku elektrického odporu.

Ohm je odpor ortuťového stĺpca vysokého 106,3 cm s prierezom 1 mm2 pri teplote 0 °C.

Ak je napríklad elektrický odpor vodiča 4 ohmy, potom je napísaný takto: R \u003d 4 ohmy alebo r \u003d 4 ohmy.

Na meranie odporu veľkej hodnoty sa používa jednotka nazývaná megohm.

Jeden meg sa rovná miliónu ohmov.

Čím väčší je odpor vodiča, tým horšie vedie elektrický prúd, a naopak, čím je odpor vodiča menší, tým ľahšie elektrický prúd týmto vodičom prechádza.

Preto na charakterizáciu vodiča (z hľadiska prechodu elektrického prúdu cez neho) možno zvážiť nielen jeho odpor, ale aj prevrátenú hodnotu odporu a nazýva sa vodivosť.

elektrická vodivosť Schopnosť materiálu prechádzať cez seba elektrický prúd sa nazýva.

Pretože vodivosť je prevrátená hodnota odporu, vyjadruje sa ako 1/R, vodivosť sa označuje latinským písmenom g.

Vplyv materiálu vodiča, jeho rozmerov a teploty okolia na hodnotu elektrického odporu

Odolnosť rôznych vodičov závisí od materiálu, z ktorého sú vyrobené. Na charakterizáciu elektrického odporu rôznych materiálov bol zavedený koncept takzvaného odporu.

Odpor je odpor vodiča s dĺžkou 1 m a plochou prierezu 1 mm2. Odpor sa označuje gréckym písmenom p. Každý materiál, z ktorého je vodič vyrobený, má svoj vlastný odpor.

Napríklad rezistivita medi je 0,017, to znamená, že medený vodič s dĺžkou 1 m a prierezom 1 mm2 má odpor 0,017 ohmov. Rezistivita hliníka je 0,03, merný odpor železa je 0,12, merný odpor konštantánu je 0,48, merný odpor nichrómu je 1-1,1.

Odpor vodiča je priamo úmerný jeho dĺžke, to znamená, že čím dlhší je vodič, tým väčší je jeho elektrický odpor.

Odpor vodiča je nepriamo úmerný jeho prierezovej ploche, to znamená, že čím je vodič hrubší, tým je jeho odpor nižší, a naopak, čím je vodič tenší, tým väčší je jeho odpor.

Aby ste lepšie porozumeli tomuto vzťahu, predstavte si dva páry komunikujúcich ciev, pričom jeden pár ciev má tenkú spojovaciu rúrku a druhý hrubú. Je jasné, že keď je jedna z nádob (každý pár) naplnená vodou, jej prechod do inej nádoby cez hrubú rúru nastane oveľa rýchlejšie ako cez tenkú, t.j. hrubá rúra bude klásť menší odpor prietoku vody. voda. Rovnako je pre elektrický prúd ľahšie prejsť hrubým vodičom ako tenkým, to znamená, že prvý mu kladie menší odpor ako druhý.

Elektrický odpor vodiča sa rovná špecifickému odporu materiálu, z ktorého je tento vodič vyrobený, vynásobený dĺžkou vodiča a deleným plochou prierezu vodiča:

R = Rl/S,

Kde - R - odpor vodiča, ohm, l - dĺžka vodiča vm, S - prierez vodiča, mm 2.

Plocha prierezu okrúhleho vodiča vypočítané podľa vzorca:

S = π d 2 / 4

Kde π - konštantná hodnota rovná 3,14; d je priemer vodiča.

A tak je určená dĺžka vodiča:

l = S R / p ,

Tento vzorec umožňuje určiť dĺžku vodiča, jeho prierez a odpor, ak sú známe ďalšie veličiny zahrnuté vo vzorci.

Ak je potrebné určiť plochu prierezu vodiča, vzorec sa zredukuje na nasledujúci tvar:

S = Rl/R

Transformáciou rovnakého vzorca a riešením rovnosti vzhľadom na p nájdeme merný odpor vodiča:

R = RS/l

Posledný vzorec sa musí použiť v prípadoch, keď sú známy odpor a rozmery vodiča a jeho materiál je neznámy a navyše je ťažké určiť podľa vzhľadu. Na to je potrebné určiť odpor vodiča a pomocou tabuľky nájsť materiál, ktorý má takýto odpor.

Ďalším dôvodom, ktorý ovplyvňuje odpor vodičov, je teplota.

Zistilo sa, že so zvyšujúcou sa teplotou sa odpor kovových vodičov zvyšuje a so znižovaním klesá. Toto zvýšenie alebo zníženie odporu pre čisté kovové vodiče je takmer rovnaké a v priemere je 0,4% na 1 °C. Odpor kvapalných vodičov a uhlia klesá so zvyšujúcou sa teplotou.

Elektrónová teória štruktúry hmoty dáva nasledujúce vysvetlenie nárastu odporu kovových vodičov so zvyšujúcou sa teplotou. Pri zahrievaní vodič dostáva tepelnú energiu, ktorá sa nevyhnutne prenáša na všetky atómy látky, v dôsledku čoho sa zvyšuje intenzita ich pohybu. Zvýšený pohyb atómov vytvára väčší odpor voči usmernenému pohybu voľných elektrónov, preto sa odpor vodiča zvyšuje. S poklesom teploty sa vytvárajú lepšie podmienky pre usmernený pohyb elektrónov a znižuje sa odpor vodiča. To vysvetľuje zaujímavý jav - supravodivosť kovov.

Supravodivosť t.j. zníženie odolnosti kovov na nulu, nastáva pri obrovskej negatívnej teplote - 273 ° C, nazývanej absolútna nula. Zdá sa, že pri teplote absolútnej nuly kovové atómy zamrznú na mieste bez toho, aby vôbec bránili pohybu elektrónov.

Alebo elektrický obvod elektrického prúdu.

Elektrický odpor je definovaný ako faktor úmernosti R medzi napätím U a jednosmerný prúd ja v Ohmovom zákone pre časť reťaze.

Jednotka odporu sa nazýva ohm(Ohm) na počesť nemeckého vedca G. Ohma, ktorý tento pojem zaviedol do fyziky. Jeden ohm (1 ohm) je odpor takého vodiča, v ktorom sa pri napätí 1 AT súčasná sila je 1 ALE.

Odpor.

Odpor homogénneho vodiča konštantného prierezu závisí od materiálu vodiča, jeho dĺžky l a prierez S a dá sa určiť podľa vzorca:

kde ρ je rezistivita materiálu, z ktorého je vodič vyrobený.

Odpor hmoty- je to fyzikálna veličina udávajúca odpor vodiča z tejto látky jednotkovej dĺžky a jednotkovej plochy prierezu.

Zo vzorca vyplýva, že

Hodnota, obojstranná ρ , sa volá vodivosť σ :

Pretože v SI je jednotka odporu 1 ohm. jednotka plochy je 1 m 2 a jednotka dĺžky je 1 m, potom jednotka odporu v SI bude 1 Ohm · m 2 /m alebo 1 ohm m. Jednotkou vodivosti v SI je Ohm -1 m -1.

V praxi sa plocha prierezu tenkých drôtov často vyjadruje v štvorcových milimetroch (mm2). V tomto prípade je vhodnejšia jednotka odporu Ohm mm 2 /m. Od 1 mm 2 \u003d 0,000001 m 2, potom 1 Ohm mm 2 / m \u003d 10 -6 Ohm m. Kovy majú veľmi nízky odpor - rádovo (1 10 -2) Ohm mm 2 / m, dielektrika - 10 15 -10 20 veľké.

Závislosť odporu od teploty.

So stúpajúcou teplotou sa zvyšuje odolnosť kovov. Existujú však zliatiny, ktorých odpor sa so zvyšujúcou sa teplotou takmer nemení (napríklad konštantán, manganín atď.). So zvyšujúcou sa teplotou klesá odpor elektrolytov.

teplotný koeficient odporu vodič je pomer zmeny odporu vodiča pri zahriatí o 1 °C k hodnote jeho odporu pri 0 °C:

.

Závislosť špecifického odporu vodičov od teploty je vyjadrená vzorcom:

.

Všeobecne α závisí od teploty, ale ak je teplotný interval malý, potom možno teplotný koeficient považovať za konštantný. Pre čisté kovy α \u003d (1/273) K -1. Pre roztoky elektrolytov α < 0 . Napríklad pre 10% fyziologický roztok α \u003d -0,02 K -1. Pre konštantán (zliatina medi a niklu) α \u003d 10-5 K-1.

Využíva sa závislosť odporu vodiča od teploty odporové teplomery.