Какой металл обладает наименьшим сопротивлением

Проводниковые материалы

По агрегатному состоянию проводниковые материалы делятся на газообразные жидкие и твердые. В ремонте электрооборудования наиболее распространены последние. По сопротивлению, протекающему электрическому току их обычно делят на материалы с малым и высоким удельным сопротивлением.

1.1. Материалы с малым удельным сопротивлением

Их используют для токоведущих частей электрического оборудования, где требуется высокая проводимость (обмотки, провода линий электропередач и т.п.). Наибольшее применение для этих изделий получили медь и алюминий, а также их сплавы: латунь, бронзы и пр.
Медь — металл с характерным красноватым цветом. Ее достоинства: высокая проводимость (уступает только серебру), достаточно большая механическая прочность, хорошая устойчивость к окислению (коррозии), она относительно легко обрабатывается, сваривается, паяется.
В электротехнике используется в основном только электролитическая медь марок М I и М 0. Первая из них (М I) содержит не более 0,1 % примесей (при этом кислорода не более 0,08 %, так как он резко ухудшает механические свойства меди), вторая — МО — не допускает примесей более 0,05 % (в том числе кислорода — 0,02 %), из нее делается самая тонкая проволока.
Стандартная медь имеет плотность 8890 кг/м3 (при 20°С), удельное сопротивление р = 0,0172 мкОм м (при 20°С), удельную проводимость 58 МСм-м (при 20°С), температуру плавления — 1083°С.
По механическим свойствам медь делят на два вида: твердую и мягкую. Твердая, благодаря наклепу (марка МТ), создается холодной протяжкой меди, используется для проводов линий электропередач, шин, изготовления коллекторов и т.п. Мягкая (марка ММ) получается отжигом твердой меди при температуре 330-350°С, применяется для изготовления обмоточных и других проводов, где требуется большая гибкость.
Латунь — сплав меди, в основном с цинком. Достоинства: дешевле меди, прочнее ее, тверже, обладает большей пластичностью, поэтому лучше штампуется и вытягиваются как в холодном, так и в горячем состоянии. С ростом содержания цинка (до 45 %) предел прочности при растяжении возрастает.
Свойства латуней зависят от марок, граничные значения: плотность 7900-8500 кг/м3, удельное сопротивление р = 0,043- 0,326 мкОм-м (при 20°С), температура плавления — 960-1200°С.
Они используются для изготовления токоведущих деталей, как правило, сложной конфигурации, от которых требуется повышенная твердость и стойкость к действию электрических разрядов: пружинящие контакты и прочие подобные изделия.
Бронзы — сплавы меди с оловом, хромом и другими химическими элементами, кроме цинка и никеля. Достоинства по сравнению с медью: повышенная механическая прочность, стойкость к истиранию, твердость, упругость. Свойства бронз так же, как и латуней, зависят от марок, вместе с тем удельное сопротивление всех бронз выше, чем у чистой меди.
Использование бронз для токоведущих деталей электрооборудования — самое разнообразное в зависимости от условий их работы. Например, кадмиевые бронзы широко применяются для коллекторных пластин и даже контактных проводов в особо ответственных случаях. Бериллевые бронзы обладают повышенной стойкостью к истиранию. Хромовая бронза при высокой проводимости имеет хорошую механическую прочность.
Алюминий — металл серебристо-белого цвета. Его достоинство в том, что при малой по сравнению с медью плотностью он имеет достаточно большую проводимость. К тому же он дешевле и более доступен. Роль алюминия как заменителя меди все больше возрастает. Вместе с тем алюминиевый провод по сравнению с медным при той же длине и равном сопротивлении сечение имеет на 65 % (диаметр на 28 %) больше, однако по массе он в два раза легче. Алюминий — материал пластичный, устойчивый к окислению (коррозии), хорошо протягивается, штампуется, куется, но при обработке резанием, фрезеровании, опиловке из-за мягкости требует выполнения специальных мер.
В зависимости от марки содержание чистого алюминия колеблется от 99,0 (АО) до 99,99 % (А999). При этом чем меньше примесей, тем больше проводимость, но ниже механическая прочность и пластичность.
Алюминий, широко используемый в электротехнике, имеет плотность 2703 кг/м3 (при 20°С и содержании примесей 0,003-0,004 %), удельное сопротивление р = 0,028 мкОм м (при 20°С), удельную проводимость—38 МСм/м (при 20°С), температуру плавления —657°С.
По механическим свойствам алюминий, как и медь, делят на твердый и мягкий. Твердый, благодаря наклепу (марка AT), производится холодной протяжкой алюминия, применяется для проводов линий электропередачи и др. изделий. Мягкий (марка AM) получается отжигом AT при температуре 350-400°С, используется для изготовления обмоточных, монтажных проводов и других изделий, где требуется гибкость, мягкость и т.п. Однако в производстве большее применение, чем чистый алюминий, получили его сплавы.

1.2. Изделия с малым удельным сопротивлением

Рассмотренные материалы являются основой различных электротехнических изделий: проводов, шин, лент и пр. Особенно важны в ремонте электрического оборудования провода и кабели, поэтому изучим их более подробно.
• Обмоточные провода — проволока с особо тонкой изоляцией при повышенной электрической и механической прочности. Выпускаются они круглого и прямоугольного сечения.
В ремонтной практике в основном используются обмоточные провода с медной и алюминиевой жилой. Если в марке перед буквой «П» стоит буква «А» (АПБ) — жила провода алюминиевая, если «А» не стоит (ПБ) — жила медная.
Кроме того, марка характеризует изоляцию обмоточного провода, которая может быть: волокнистой (ПБД), эмалевой (ПЭВ), комбинированной (ПЭВШО), вместе с тем органической (например, хлопчатобумажной) и неорганической (например, стекловолокнистой).
Волокнистые изоляции проводов (ПБД, АПББО. ПШД и др.), как правило, обладают относительно повышенной механической, но относительно малой электрической прочностью, что объясняется наличием воздуха в порах. Обмоточные провода с такой изоляцией по сравнению с эмалевой имеют большую толщину, но они намного дешевле других.
Эмалевая изоляция проводов (ПЭЛ, ПЭВ-1, ПЭВТЛ и др.) при малой толщине обладает повышенной электрической прочностью. Провода предназначены для массового использования в обмотках электрических машин и трансформаторов. В зависимости от класс нагревостойкости рекомендуются марки:
. класс А и Е-ПЭВ-1, ПЭВ-2, ПЭМ-1, ПЭМ-2, ПЭТВЛ-1 и ПЭТВЛ-2. И ї них марки проводов ПЭВ и ПЭМ по электроизоляционным и физико-механическим характеристикам практически равноценны и не требуют дополнительного слоя волокнистой изоляции. Провода марки ПЭМ более устойчивы к трансформаторному маслу, их можно рекомендовать также для обмоток электромашин холодильных установок; марки проводов класса Е: ПЭТВЛ-1 и ПЭТВЛ-2 целесообразно использовать только для обмоток электродвигателей малой мощности;
класс В — ПЭТВ, ПЭ-939, ПЭТВ-ТС, их недостаток — пониженная стойкость к кратковременным тепловым перегрузкам;
класс F— ПЭТ-155, ПЭТМ, ПЭФ-155. Из них наибольшее применение в электрических машинах получила марка ПЭТ-155, так как обладает хорошими электроизоляционными свойствами и устойчивостью к тепловым ударам, но механические характеристики ее ниже, чем, например, у марки ПЭТМ. Марка ПЭФ-155 имеет повышенную стойкость к пониженным температурам.
Слабая механическая прочность изоляции многих эмалированных проводов (например. ПЭЛ, ПЭВ и др.) потребовала усиления ее за счет наложения поверх эмалевой пленки слоя волокнистой изоляции (ПЭЛ БО, ПЭВШО и др.). В том случае, если нити не удерживаются на эмали, их подклеивают лаком.
Комбинированная изоляция проводов (эмали с нитью) сочетает положительные качества проводов эмалированных и с волокнистой изоляцией. Но обычно толщина их больше и они дороже. Массовое применение для изготовления обмоток электрических машин получили провода со стекловолокнистой изоляцией ПСД (АПСД), ПСДК — два слоя стеклянных нитей, пропитанных соответственно глифталевым и кремнийорганическим лаками, классы нагревостойкости первых — F, вторых — Н. Широко распространены также провода с комбинированной изоляцией и с уменьшенной ее толщиной ПСДТ, ПСДКТ и, наконец, провода с лакированной поверхностью ПСД-Л, ПСДК-Л.
Силовые и установочные провода с резиновой и пластмассовой изоляцией применяются для распределения электрической энергии в силовых и осветительных сетях. Они используются на открытом воздухе и в закрытых помещениях, могут прокладываться открыто, в трубах и под слоем штукатурки. Предназначены для работы с температурой, °С: жил +65, окружающего воздуха +25, земли +15. При теплостойкой резине на основе бутилкаучука температура работы провода допускается до +85°С, с кремнийорганической — до +180°С. Провода изготавливаются для номинальных напряжений на 380, 660 и 3000 В.
Провода с резиновой изоляцией. ПРН, АПРН имеют медные и алюминиевые жилы с резиновой изоляцией и дополнительной негорючей резиновой оболочкой. Они в основном используются при прокладке в сырых и сухих помещениях, а также на открытом воздухе.
ПРГИ — провод с медной, гибкой жилой, с резиновой изоляцией, обладающей защитными свойствами. Используется при прокладке, где требуется повышенная эластичность, при монтаже соединений подвижных частей электрических машин в сухих и сырых помещениях.
АППР — провод с алюминиевой жилой и резиновой изоляцией, не распространяющей горение, применяется для прокладки в жилых и производственных зданиях, в частности, животноводческих помещениях.
Для осветительных сетей в сухих и сырых помещениях используются медные провода марки ПРД в непропитанной оплетке, двухжильные и скрученные.
Провода с пластмассовой изоляцией. АПВ — жила алюминиевая с поливинилхлоридной изоляцией, применяется для монтажа силовых и осветительных цепей в машинах и станках, в трубах, несгораемых строительных конструкциях; ПВ1 —то же, но с медной жилой; ПВЕ — то же, но с гибкой медной жилой, используется в основном для гибкого монтажа при скрытой и открытой прокладках. АВТ— провод с алюминиевыми жилами и изоляцией из поливинилхлоридного пластика с несущим тросом для наружной прокладки (например, в жилые дома или хозяйственные постройки в сетях 380 В, в 1-м и II-M районах гололедности. ДВТУ — то же, но с усиленным несущим тросом для III-го и IV-го районов гололедности. Применяются для прокладки в животноводческих помещениях.
Провода силовые гибкие (нагревостойкие) используются для выводов электродвигателей. Марки ПВБЛ и РКГМ имеют медные жилы, резиновую изоляцию, но первая из них выполнена на основе бутилкаучука, в оплетке лавсановой нитью, вторая — из кремнийорганической резины, в оплетке из стекловолокна, пропитанной эмалью или термостойким лаком.
• Соединительные шнуры служат для подключения питания от электрической сети до различных видов бытовых токоприемников: электрических машин, телевизоров, нагревательных приборов и т.п. Допустимая рабочая температура нагрева: при резиновой изоляции +65°С, при поливинилхлоридном пластике +70°С, номинальное напряжение — до 660 В.
По исполнению шнуры разделяют на: плоские без оболочки (ШПП, ПВП-1, ШВП-2), круглые без оболочки (ШВПТ), легкие с оболочкой (ШВВП, ШВЛ), обычные с оболочкой (ШРО, ШРС и др.).
• Монтажные провода предназначены для электрических соединений в аппаратах, приборах и других электрических устройствах, а также схемах. Они делятся по нагревостойкости на обычные (MB, МП, МВКЭ) и повышенной стойкости (МКР, МКТП, МПО), причем за основу берется наиболее нагретая точка в проводе. Жилы медные, у многих марок луженые, одно- и многопроволочные, изоляция: резина, поливинилхлоридный пластик, полиэтилен. Повышение механической прочности изоляции выполняется путем дополнительной оплетки (например, капроновой нитью, в марке ставится буква К), делается и экранирование в виде оплетки из медного провода (в марке — Э). Номинальное напряжение 500, 1000 В для обычных проводов и 2, 2,5 и 4 кВ для высоковольтных монтажных проводов типа ПВМП-2. Рабочая температура для обычных — до +70°С, с поливинилхлоридной изоляцией — до +85°С, с повышенной нагревостойкостью — от +85 до +150°С.
• Неизолированные провода нашли массовое применение в воздушных линиях электропередач. Они изготавливаются из меди (одной или нескольких скрученных проволок (марка М)), алюминия (несколько скрученных проволок (А, Ап)), алюминиевых сплавов (АН, АЖ). Для повышения механической прочности алюминиевых проводов их укрепляют стальными сердечниками (сталеалюминиевые провода марок АС, АпС).
Провода марок А, Ап, АС, АпС, АН, АЖ рекомендуются для использования в сельской, лесной, горной местности, допустимы в атмосфере промышленных районов; марки М — в атмосфере морской местности, а также и в промышленных районах.
Кабели служат для передачи энергии в электрических линиях. Они представляют собой изолированные друг от друга токопроводящие жилы с общей изоляцией, могут иметь свинцовую или алюминиевую оболочку и броню из стальных лент или из круглых оцинкованных стальных проволок, поверх которых накладывается защитный покров. Жилы выполняются одно- и многопроволочные из меди или алюминия. Изоляция делается бумажной с пропиткой составами, резиновой, пластмассовой.
По применению кабели делятся на силовые (для электроснабжения токоприемников (АВВГ, АСГ, ААГ)), контрольные (для подведения маломощных, низковольтных, управляющих сигналов к техническим устройствам и снятия информации (КРСГ, АКРВГ)), управления, отличающиеся от контрольных только конструкцией для соответствующих условий (КРШУ, КУПР), монтажные, назначение которых то же, что и монтажных проводов (КМПВ, КМПЭВ).
По напряжению они подразделяются на низковольтные с номинальным напряжением до 1 кВ и высоковольтные с номинальным напряжением 1,6, 10, 20, 35 и более кВ.
• Контакты — самая уязвимая часть электрических сетей, они служат для периодического надежного замыкания и размыкания цепей. В процессах выполнения указанных операций они подвергаются воздействию электрической искры или дуги, что вызывает эрозию поверхностей, подгорание, даже приваривание друг к другу и т.п. Отсюда требования к контактным материалам: высокая электропроводность, тугоплавкость, твердость, хорошая устойчивость к истиранию и воздействию дуги. Для изготовления контактов кроме чистых тугоплавких металлов широко распространены специальные сплавы, в которые входят серебро, кобальт, медь, бериллий, никель, хром, молибден, вольфрам, кадмий. К контактным изделиям относятся щетки.
• Припои. Это специальные материалы, расплавляемые в месте соединений деталей или в целях защиты от окисления для их покрытия. По температуре плавления припои делят на мягкие и твердые, отличаются они также по механическим характеристикам.
Мягкие припои имеют температуру плавления до 400°С. Применяются там, где от соединений требуется в основном лишь хороший электрический контакт, поскольку механические качества таких соединений относительно невысоки. Кроме того, мягкие припои широко используют при лужении для защиты основного материала от окисления или для получения хорошего контакта при холодном соединении токоведущих частей (например, в местах соединений сборных шин).
В качестве мягких припоев используют олово, его сплавы со свинцом — ПОС-18 и др. (цифра показывает содержание олова в припое — 18 %). Чем больше олова, тем выше температура плавления и жидкотекучесть. Есть мягкие припои с добавками алюминия, серебра. Особой легкоплавкостью (с пониженной температурой плавления) отличаются припои, в которые входят кадмий и висмут.
Твердые припои имеют температуру плавления более 500°С. Применяются там, где от соединения требуется не только хороший контакт, но и высокие механические характеристики.
В качестве твердых припоев чаще всего используются сплавы: медно-фосфорные (ПМФ), медно-цинковые (ПЦ), серебряные (ПСр). Последний из них дает наилучший электрический контакт, но он и самый дорогой.
Флюсы — материалы с повышенной способностью к растворению окислов металлов и других загрязнений. Кроме того, у них пониженная температура плавления (значительно ниже припоя) и плотность, что позволяет им быстро всплывать на поверхность расплава и образовывать на нем надежную защиту (пленку) от окисления. Эти материалы также способны уменьшать поверхностное натяжение расплавленного припоя.
Такие материалы используются при пайке, сварке и лужении. Только под их слоем возможно получение высококачественных соединений с хорошими электрическими и механическими характеристиками.
В электротехнике в качестве флюсов для мягких припоев массово применяют канифоль и смеси на ее основе, для твердых — буру.
Флюсы на основе соляной и фосфорной кислот можно использовать только там, где они не могут вызвать ускоренного разрушения изоляции или окисления металлов.

1.3. Материалы высокого сопротивления

Для различных электронагревательных и электроизмерительных приборов, реостатов (пусковых, нагрузочных и пр.), где требуется высокое сопротивление, употребляются специальные сплавы.
В зависимости от применения к ним предъявляются специфические требования.
Например, от материалов, используемых в измерительных приборах, требуется: высокое удельное электрическое сопротивление (от этого зависят размер и масса приборов), малый температурный коэффициент удельного сопротивления (для обеспечения стабильности электрического сопротивления прибора), достаточная стабильность удельного сопротивления во времени, малая удельная термо-ЭДС в паре с медью (иначе растет ошибка измерений), хорошая обрабатываемость.
К этим материалам относится, например, сплав на основе меди с марганцем — манганин, марок МНМцЗ-12 и МНМцАЖЗ-12-0,3. Их удельное сопротивление в отрезке температур от -100 до+100°С меняется крайне мало. Массовое применение в электротехнике получил также сплав медно-никелевый — константан, марки МНМц40-1,5, его удельное сопротивление практически не зависит от температуры. Для контактных пружин, реостатов и т.п. широко используют другой медно-никелевый сплав — нейзильбер.
Иные требования предъявляются к материалам для электронагревательных приборов. Они длительно работают при температурах около 1000°С в воздушной среде. Поэтому от них, кроме высокого сопротивления, требуется также повышенная жаростойкость (т.е. способность работать, не разрушаясь при высоких температурах в воздухе или других газообразных средах). В настоящее время для этих целей широко применяют хромоникелевые и хромоалюминиевые сплавы. Первые из них отличаются большей жаропрочностью, но они дорогие, вторые — намного дешевле, но более тверды и хрупки.

Физика 8 класс. какой металл обладает наибольшим удельным сопротивлением, а какой наименьшим?

Amigo3

Наименьшее уд. сопротивление у серебра 0,016 Ом*мм²/м, наибольшее уд. сопротивление у сплава фехраля 1,3 Ом*мм ²/м.

Новые вопросы в Физика

Антрацит якої маси потрібно спалити, щоб отримати 600 МДж теплоти

Лабораторная работа Помогите

Як змінюється вертикальна складова швидкості при русі тіла, кинутого горизонтально?

Мідний кубик із довжиною ребра 10 см підвішено за нитку і частково занурено у воду. Яка частина кубика перебуває над водою, якщо сила натягу нитки дор … івнює 81 Н? переведите пожалуйста в CI Формулу и решение пожалуйста даю 75!

фізика хто розбирається допоможіть

Удельное сопротивление меди

Использование проводников из чистой меди и медных сплавов востребовано в различных отраслях промышленности. Материал имеет низкое удельное сопротивление, по данному параметру выделяется среди ряда других металлов. При организации протяженных кабельных трасс удельное сопротивление необходимо учитывать, так как потери на выходе могут быть значительными при передаче напряжения на большое расстояние.

Почему низкое удельное сопротивление – основная причина применения меди

С точки зрения физики, удельное сопротивление меди и других материалов показывает способность вещества препятствовать прохождению электрического тока, уровень потерь на единицу длины проводника. По сравнению с другими металлами, медь обладает низким удельным сопротивлением в 0,017, по данному показателю уступает только серебру. Благодаря подобным характеристикам медь является востребованным на рынке проводником:

низкое удельное сопротивление гарантирует минимальный уровень потерь при прохождении электрического тока;
внешние климатические нагрузки не оказывают значительного воздействия на технические характеристики металла;
расчет сечения кабеля выполнить намного проще за счет минимальных потерь между входом и выходом;
низкое сопротивление позволяет использовать для прокладки силовых, контрольных, специальных кабелей более тонкие проводники.

Стандартный медный провод поставляется в нескольких вариантах исполнения, отличается содержанием примесей, толщиной, характеристиками. При этом сопротивление меди может незначительно изменяться в зависимости от внешних условий.

Как рассчитать и от чего зависит сопротивление меди

Использование медного кабеля недостаточной толщины ведет к перегреву проводки, выходу оборудования из строя. При выборе излишне толстых проводов увеличиваются затраты. Поэтому важно знать сопротивление меди. Получить данную информацию можно несколькими способами:

наиболее простой вариант – получить подобную информацию из приведенной ниже таблицы. Для большинства случаев такой способ является рабочим, позволяет получить данные для проводников в стандартных условиях измерения;
более сложный вариант – расчет сопротивления меди по формуле. Для получения точных значений необходимо длину и сечение провода. Исходя их входных данных можно рассчитать сопротивление проводника;
еще один способ достаточно трудоемкий, предполагает использование специального прибора. С помощью омметра проводится измерение электрического сопротивления проводника с помощью подачи постоянного напряжения.

В зависимости от текущих условий измерения удельное сопротивление меди может меняться. При наличии льда в изоляции, непроводящего ток, сопротивление проводника увеличивается. Также параметры напрямую зависят от типа кабеля. Стандартные значения удельного сопротивления приведены в таблице:

Марка	Медь	О₂	P	Способ получения, основные примеси
М00к	99.98	0.01	—	Продукт электролитического рафинирования, заключительная стадия переработки медной руды.
М0к	99.97	0.015	0.001
М1к	99.95	0.02	0.002
М2к	99.93	0.03	0.002
М00	99.99	0.001	0.0003	Переплавка катодов в вакууме, инертной или восстановительной атмосфере. Уменьшает содержание кислорода.
М0	99.97	0.001	0.002
М1	99.95	0.003	0.002
М00	99.96	0.03	0.0005	Переплавка катодов в обычной атмосфере. Повышенное содержание кислорода. Отсутствие фосфора
М0	99.93	0.04	—
М1	99.9	0.05	—
М2	99.7	0.07	—	Переплавка лома. Повышенное содержание кислорода, фосфора нет
М3	99.5	0.08	—
М1ф	99.9	—	0.012 — 0.04	Переплавка катодов и лома меди с раскислением фосфором. Уменьшает содержание кислорода, но приводит к повышенному содержанию фосфора
М1р	99.9	0.01	0.002 — 0.01
М2р	99.7	0.01	0.005 — 0.06
М3р	99.5	0.01	0.005 — 0.06

Сравнение удельного электрического сопротивления меди и других металлов

Общеизвестно, что наилучшими проводниками электричества являются металлы. Но нетрудно заметить, что в подавляющем большинстве случаев токопроводящие элементы изготавливают из меди. Объясняется это тем, что разные металлы отличаются электропроводимостью, а также другими свойствами. В данной статье обсудим удельное сопротивление меди и прочие особенности, делающие ее столь популярной.

Свойства меди

Востребованность меди в электротехнике обусловлена следующими положительными качествами:

высокая электропроводимость;
пластичность. Из меди делают тончайшие жилы и пластины с толщиной, исчисляемой микронами. Благодаря пластичности, она не обламывается при монтаже, выдерживая множество циклов сгибания-разгибания без развития усталостных явлений;
распространенность и простота добычи. Это преимущество условно. Получение меди обходится дешевле серебра — единственного металла, превосходящего ее в электропроводимости. Но в сравнении с алюминием, а тем более со сталью, медь стоит гораздо дороже. Потому ее нередко заменяют этими материалами;
антикоррозионные свойства;
прочность. Благодаря ей, изделия из меди устойчивы к деформациям.
материал легко поддается пайке и сварке.

Источником меди служит сульфидная руда. Для применения в электротехнике металл после плавки руды подвергают электролитической очистке, так что доля примесей в нем составляет 0,05-0,1% (высококачественная рафинированная медь марок М0 и М1, также называемая электролитической).

В процессе получения минимизируют воздействие кислорода на металл, иначе механические характеристики последнего ухудшаются.

Дешевле меди стоят сплавы на ее основе — латунь (с цинком) и бронза (с оловом или свинцом). Помимо олова или свинца, в бронзу могут добавлять бериллий (бериллиевая бронза), кадмий, кремний, фосфор, магний, хром.

Сплавы превосходят чистую медь в прочности, но уступают ей в проводимости.

Медь и ее удельное сопротивление

Способность твердого токопроводящего материала противодействовать постоянному (!) току, то есть однонаправленному движению заряженных частиц, определяется лишь расстоянием между атомами в его кристаллической решетке.

Значит, для любого материала можно определить некий параметр, характеризующий эту способность. Он называется удельным сопротивлением и обозначается литерой ρ.

Данный параметр конкретного материала означает омическое сопротивление изготовленного из него проводника длиной 1 м и с площадью поперечного сечения 1 мм 2 .

Омическим называют сопротивление постоянному току. Оно состоит лишь в трении движущихся заряженных частиц о структуру материала. Сопротивление переменному току называют активным и оно имеет более сложную природу.

Показатель ρ измеряется в Ом* мм 2 / м, его значение для некоторых металлов приведены в таблице:

Как видно, по этому параметру медь уступает лишь серебру. Но стоимость последнего довольно высока, потому именно медь является наиболее предпочитаемым материалом в электротехнике.

В таблице указаны значения для температуры +20 0 С. С ее ростом удельное сопротивление металлов возрастает, поскольку увеличивается амплитуда колебаний атомов и они оказывают более сильное противодействие движению частиц.

С уменьшением температуры происходит обратный процесс: атомы колеблются менее интенсивно и электрическое сопротивление падает. С полупроводниками все обстоит наоборот: с ростом температуры сопротивление падает. Это объясняется увеличением числа свободных электронов.

При температурах, близких к абсолютному нулю, в металлах наблюдается явление сверхпроводимости: сопротивление становится равным нулю. Можно генерировать ток в металлическом кольце, и он будет течь без источника питания, то есть «по инерции», несколько лет (реальный факт).

В последнее время научились достигать сверхпроводимости и при гораздо больших температурах — 130 0 К и выше. Для достижения таких температур достаточно жидкого азота, а он стоит меньше молока. Объяснить сверхпроводимость при таких температурах слабым колебанием атомов нельзя и ученые пока не знают, чем она вызывается.

Все «теплые» металлические сверхпроводники имеют слоистую структуру, потому предполагают, что электроны находят свободные пути в промежутках между слоями.

Самая высокая температура сверхпроводимости, достигнутая на сегодняшний день, составляет -70 0 С (203 0 К). Материал — сероводород под давлением в 1,6 млн. атм. Такой сверхпроводник работает в Антарктиде.

Изменение ρ в зависимости от температуры характеризуется температурным коэффициентом сопротивления (ТКС). Зная ρ материала, можно вычислить R омическое любого изготовленного из него проводника, независимо от размеров и формы поперечного сечения.

Формула расчета: R = (ρ * L)/S, где: L — длина проводника, м; S — площадь поперечного сечения проводника, мм 2 . Чем длиннее проводник, тем сопротивление выше. А чем больше площадь его поперечного сечения, тем оно ниже.

Все логично: с ростом длины возрастает количество препятствий, которые свободным электронам приходится преодолевать; если же увеличить сечение, то большее число электронов сможет пройти через него, соответственно, сопротивление снизится.

Если, к примеру, имеется медный проводник длиной 10 м с площадью сечения 2,5 мм 2 , то его сопротивление постоянному току будет равно: R = 0,0175 * 10 / 2,5 = 0,07 Ом.

Не имеет значения, круглый это проводник или плоский, лишь бы площадь поперечного сечения составляла 2,5 мм 2 . Поскольку металлы имеют крайне незначительное сопротивление, для его измерения используют специальные приборы — микроомметры. Их чувствительность достигает 0,1 микроома (мкОм). Микроомметрами замеряют сопротивление контактов, обмоток и пр.

При протекании переменного тока

При протекании переменного тока все обстоит иначе.

Нельзя выделить постоянное удельное сопротивление, поскольку противодействие движению зарядов распределено неравномерно и зависит от ряда факторов:

размеры сечения проводника;
его геометрия;
частота переменного тока;
его сила.

Дело в том, что создаваемое переменным током магнитное поле также является переменным, а переменное магнитное поле, согласно закону электромагнитной индукции, создает в проводниках ЭДС. Это относится и к проводнику, по которому течет ток.

Возникающая в нем ЭДС направлена вопреки создающей ее силы, то есть против тока, потому ее называют «противоЭДС». Распределена она неравномерно: к центру проводника, где силовых линий магнитного поля больше, она возрастает, а в направлении к наружным слоям — убывает.

В результате ток вытесняется на периферию и вместо всего сечения проводника для передачи тока задействуется только часть его. А с уменьшением площади сечения проводника, как было описано выше, возрастает сопротивление. Данное явление называют «поверхностным эффектом» или «скин-эффектом».

ЭДС в проводнике, а значит и сопротивление в нем, зависит от воздействия соседних проводников. Это так называемый эффект близости.

Удельное сопротивление некоторых веществ

Некоторые металлы, уступая меди в проводимости, превосходят ее по другим свойствам. Поэтому они также применяются в электротехнике.

Алюминий

Удельное сопротивление данного металла составляет 0,028 Ом*мм 2 / м. Также он уступает меди в пластичности: нельзя получать тонкие провода, после нескольких сгибов ломается.

Но есть и важные достоинства:

низкая стоимость. Объясняется большей, в сравнении с медью, распространенностью;
малый вес. Легче меди в 3,5 раза. Это важно при прокладке воздушных ЛЭП: уменьшается нагрузка на опоры;
коррозионная стойкость: на воздухе покрывается оксидной пленкой, защищающей от разрушения.

В электротехнике применяют алюминий отличающихся степенью очистки, марок:

АВ0000 — самый чистый, доля примесей не превышает 0,004%: применяется редко, для исследовательских и прочих специфических задач;
АВ00 — примесей до 0,03%: изготавливают фольгу, электродную продукцию, электролитические конденсаторы;
А1 — примесей не более 0,5%: кабели, клеммы и пр.

В первую очередь стремятся сократить содержание в алюминии химических элементов, способствующих возрастанию удельного сопротивления – таллия и марганца. Никель, цинк и кремний на этом параметре почти не отражается.

Железо

Железо применяется не в чистом виде, а как сплав с углеродом — сталь.

Удельное сопротивление и железа в чистом виде, и стали очень высоко (0,1 Ом*мм 2 / м), но и этот материал нашел применение в электротехническом производстве благодаря своим достоинствам:

низкая стоимость: железо — самый распространенный и дешевый металл;
прочность, деформационная стойкость;
пластичность.

Недостаток стали — подверженность коррозии. С этим борются при помощи нержавеющих покрытий — цинкового или медного.

Натрий

Сложный в эксплуатации металл с относительно высоким удельным сопротивлением (0,047 Ом*мм 2 / м), но считается перспективным для использования в электротехнике из-за следующих достоинств:

широкое распространение: получают из расплава поваренной соли (NaCl) путем электролиза. Это сырье присутствует на планете практически в неограниченных количествах;
малый вес: легче меди в 9 раз, что позволяет изготавливать сверхлегкие провода.

Сложность в эксплуатации обусловлена следующими свойствами:

мягкость. Натрий крайне податлив, потому провода из него нуждаются в жесткой оболочке;
химическая активность. Стремительно окисляется на воздухе и бурно реагирует с водой, даже в виде пара (также содержится в воздухе). Из-за этого оболочку натриевого провода требуется делать герметичной.

Видео по теме

О температурной зависимости сопротивления металлов в видео:

Среди металлов медь занимает второе место по электропроводимости, уступая только гораздо более дорогому серебру. Потому в электротехнике ее применяют очень широко, в частности, при устройстве домашней электропроводки.

Но в прежние времена проводку изготавливали из более дешевого алюминия и в старых домах такой кабель еще часто встречается.

Владельцу важно знать, что непосредственный контакт алюминиевого и медного проводников недопустим: металлы разрушаются из-за электрохимической реакции. Соединение осуществляют посредством специальных переходников.