Aliuminio vielos savitoji varža. Aliuminio varža

Kiekviena medžiaga gali praleisti srovę įvairaus laipsnio, šiai vertei įtakos turi medžiagos atsparumas. Vario, aliuminio, plieno ir bet kurio kito elemento savitoji varža žymima graikų abėcėlės raide ρ. Ši vertė nepriklauso nuo tokių laidininko savybių kaip dydis, forma ir fizinę būklę, įprastoje elektros varžoje atsižvelgiama į šiuos parametrus. Atsparumas matuojamas omis, padauginta iš mm² ir padalinta iš metro.

Kategorijos ir jų aprašymai

Bet kuri medžiaga gali parodyti dviejų tipų atsparumą, priklausomai nuo jai tiekiamos elektros energijos. Srovė gali būti kintama arba pastovi, o tai labai paveikia technines medžiagos savybes. Taigi, yra tokių pasipriešinimų:

1. Omiškas. Atsiranda veikiant nuolatinei srovei. Būdinga trintis, kurią sukuria elektra įkrautų dalelių judėjimas laidininke.
2. Aktyvus. Nustatyta pagal tą patį principą, bet sukurta veikiant AC.

Šiuo atžvilgiu taip pat yra du konkrečios vertės apibrėžimai. Esant nuolatinei srovei, ji yra lygi varžai, kurią sukuria vienetinio fiksuoto skerspjūvio ploto laidžios medžiagos vieneto ilgis. Potencialus elektrinis laukas veikia visus laidininkus, taip pat puslaidininkius ir tirpalus, galinčius vesti jonus. Ši vertė lemia pačios medžiagos laidžiąsias savybes. Neatsižvelgiama į laidininko formą ir jo matmenis, todėl jį galima vadinti pagrindiniu elektrotechnikos ir medžiagų mokslo srityje.

Priklauso nuo kintamosios srovės konkreti vertė apskaičiuojamas atsižvelgiant į laidžios medžiagos storį. Čia jau turi įtakos ne tik potencialas, bet ir sūkurinė srovė, be to, atsižvelgiama į elektrinių laukų dažnį. Atsparumasšio tipo daugiau nei su DC, nes čia vyksta apskaita teigiama vertė pasipriešinimas sūkurio laukas. Ši vertė taip pat priklauso nuo paties laidininko formos ir dydžio. Būtent šie parametrai lemia įkrautų dalelių sūkurinio judėjimo pobūdį.

Kintamoji srovė sukelia tam tikras elektromagnetiniai reiškiniai. Jie yra labai svarbūs elektrinėms laidžios medžiagos savybėms:

1. Odos efektui būdingas elektros susilpnėjimas magnetinis laukas kuo daugiau, tuo toliau jis prasiskverbia į laidininko terpę. Šis reiškinys dar vadinamas paviršiaus efektu.
2. Artumo efektas sumažina srovės tankį dėl gretimų laidų artumo ir jų įtakos.

Šie efektai yra labai svarbūs apskaičiuojant optimalų laidininko storį, nes naudojant laidą, kurio spindulys yra didesnis nei srovės įsiskverbimo į medžiagą gylis, likusi jo masė liks nepanaudota, todėl šis metodas bus neveiksmingas. Remiantis atliktais skaičiavimais, efektyvusis laidžios medžiagos skersmuo kai kuriose situacijose bus toks:

• 50 Hz srovei - 2,8 mm;
• 400 Hz - 1 mm;
• 40 kHz – 0,1 mm.

Atsižvelgiant į tai, aukšto dažnio srovėms aktyviai naudojami plokšti daugiagysliai kabeliai, susidedantys iš daugybės plonų laidų.

Metalų charakteristikos

Konkretūs metalinių laidininkų rodikliai pateikiami specialiose lentelėse. Naudodami šiuos duomenis galite atlikti reikiamus tolesnius skaičiavimus. Tokios varžos lentelės pavyzdys matomas paveikslėlyje.

Lentelėje matyti, kad sidabras turi didžiausią laidumą – jis yra idealus laidininkas tarp visų esamų metalų ir lydinių. Jei paskaičiuosite, kiek laido iš šios medžiagos reikia norint gauti 1 omo varžą, gausite 62,5 m Geležinės vielos už tą pačią vertę reikės net 7,7 m.

Kad ir kaip būtų nepaprastų savybių nesvarbu, ką turi sidabras, tai per brangi medžiaga masinis naudojimas elektros tinkluose, todėl varis buvo plačiai pritaikytas kasdieniame gyvenime ir pramonėje. Pagal specifinį rodiklį jis yra antroje vietoje po sidabro, o pagal paplitimą ir išgavimo lengvumą yra daug geresnis už jį. Varis turi ir kitų privalumų, kurie leido jam tapti labiausiai paplitusiu laidininku. Tai apima:

Naudoti elektrotechnikoje naudojamas rafinuotas varis, kuris, išlydytas iš sulfido rūdos, pereina skrudinimo ir pūtimo procesus, o po to būtinai išvalomas elektrolitiniu būdu. Po tokio apdorojimo galima gauti medžiagą, kuri yra labai aukštos kokybės(M1 ir M0 klasės), kuriame bus nuo 0,1 iki 0,05% priemaišų. Svarbus niuansas yra deguonies buvimas labai mažais kiekiais, nes tai neigiamai veikia mechanines vario savybes.

Dažnai šis metalas pakeičiamas pigesnėmis medžiagomis – aliuminiu ir geležimi, taip pat įvairiomis bronzomis (lydiniais su siliciu, beriliu, magniu, alavu, kadmiu, chromu ir fosforu). Tokios kompozicijos turi didesnį stiprumą, palyginti su grynu variu, nors jų laidumas yra mažesnis.

Aliuminio pranašumai

Nors aliuminis pasižymi didesniu atsparumu ir yra trapesnis, plačiai naudojamas dėl to, kad jo nėra taip mažai kaip vario, todėl jo kaina yra mažesnė. Aliuminio savitoji varža yra 0,028, o jos mažas tankis suteikia jam 3,5 karto mažesnį svorį nei variui.

Už elektros darbai naudokite išvalytą A1 klasės aliuminį, kuriame priemaišų ne daugiau kaip 0,5%. Aukštesnės klasės AB00 naudojama elektrolitiniams kondensatoriams, elektrodams ir aliuminio folijai gaminti. Priemaišų kiekis šiame aliuminyje yra ne didesnis kaip 0,03%. Taip pat yra gryno metalo AB0000, įskaitant ne daugiau kaip 0,004 % priedų. Pačios priemaišos taip pat turi reikšmės: nikelis, silicis ir cinkas nežymiai veikia aliuminio laidumą, o vario, sidabro ir magnio kiekis šiame metale turi pastebimą poveikį. Labiausiai laidumą mažina talis ir manganas.

Aliuminis turi geras antikorozines savybes. Susilietus su oru, jis pasidengia plona oksido plėvele, kuri apsaugo ją nuo tolesnio sunaikinimo. Norėdami tobulėti mechaninės charakteristikos metalas legiruotas su kitais elementais.

Plieno ir geležies indikatoriai

Geležies varža, palyginti su variu ir aliuminiu, yra labai didelė didelio našumo Tačiau dėl prieinamumo, stiprumo ir atsparumo deformacijoms medžiaga plačiai naudojama elektros gamyboje.

Nors geležis ir plienas, kurių savitoji varža dar didesnė, turi didelių trūkumų, laidininkų medžiagų gamintojai rado būdų juos kompensuoti. Visų pirma, mažas atsparumas korozijai įveikiamas padengiant plieninę vielą cinku arba variu.

Natrio savybės

Natrio metalas taip pat yra labai perspektyvus laidininkų gamyboje. Kalbant apie atsparumą, jis žymiai viršija varį, tačiau jo tankis yra 9 kartus mažesnis. Tai leidžia medžiagą naudoti gaminant itin lengvus laidus.

Natrio metalas yra labai minkštas ir visiškai nepatvarus bet kokioms deformacijoms, todėl jo naudojimas yra problemiškas - iš šio metalo pagaminta viela turi būti padengta labai stipriu apvalkalu, turinčiu ypač mažą lankstumą. Korpusas turi būti sandarus, nes neutraliausiomis sąlygomis natris pasižymi stipriu cheminiu aktyvumu. Jis akimirksniu oksiduojasi ore ir smarkiai reaguoja su vandeniu, įskaitant ore esantį vandenį.

Kitas natrio naudojimo pranašumas yra jo prieinamumas. Jį galima gauti elektrolizuojant išlydytą natrio chloridą, kurio pasaulyje yra neribotas kiekis. Kiti metalai šiuo atžvilgiu yra akivaizdžiai prastesni.

Norint apskaičiuoti konkretaus laidininko našumą, reikia padalyti konkretaus laido skaičiaus ir ilgio sandaugą iš jo skerspjūvio ploto. Rezultatas bus pasipriešinimo vertė omuose. Pavyzdžiui, norint nustatyti 200 m geležinės vielos, kurios vardinis skerspjūvis yra 5 mm², varžą, reikia 0,13 padauginti iš 200 ir padalyti rezultatą iš 5. Atsakymas yra 5,2 omo.

Skaičiavimo taisyklės ir ypatumai

Metalinės terpės varžai matuoti naudojami mikroohmetrai. Šiandien jie gaminami skaitmenine versija, todėl su jų pagalba atlikti matavimai yra tikslūs. Tai galima paaiškinti tuo, kad metalai turi aukšto lygio laidumas ir itin maža varža. Pavyzdžiui, apatinis matavimo prietaisų slenkstis yra 10 -7 omų.

Naudodami mikroohmetrus galite greitai nustatyti, koks geras kontaktas ir kokia varža yra generatorių, elektros variklių ir transformatorių, taip pat elektros magistralių apvijos. Galima apskaičiuoti, ar luite yra kito metalo intarpų. Pavyzdžiui, volframo gabalas, padengtas auksu, turi pusę viso aukso laidumo. Tuo pačiu metodu galima nustatyti vidinius defektus ir laidininko ertmes.

Atsparumo formulė yra tokia: ρ = Ohm mm 2 /m. Žodžiais tai galima apibūdinti kaip 1 metro laidininko varžą, kurio skerspjūvio plotas yra 1 mm². Manoma, kad temperatūra yra standartinė – 20 °C.

Temperatūros įtaka matavimui

Kai kurių laidininkų šildymas arba vėsinimas turi didelę įtaką matavimo priemonių veikimui. Pavyzdys yra toks eksperimentas: prie akumuliatoriaus reikia prijungti spirale suvyniotą laidą ir prie grandinės prijungti ampermetrą.

Kuo labiau laidininkas įkaista, tuo mažesni prietaiso rodmenys. Srovė turi priešingai proporcinga priklausomybė nuo pasipriešinimo. Todėl galime daryti išvadą, kad dėl kaitinimo metalo laidumas mažėja. Didesniu ar mažesniu mastu taip elgiasi visi metalai, tačiau kai kuriuose lydiniuose laidumas praktiškai nesikeičia.

Pažymėtina, kad kylant temperatūrai skysti laidininkai ir kai kurie kietieji nemetalai linkę mažinti savo varžą. Tačiau mokslininkai šį metalų gebėjimą taip pat pavertė savo nauda. Žinant temperatūrinį pasipriešinimo koeficientą (α) kaitinant kai kurias medžiagas, galima nustatyti išorinę temperatūrą. Pavyzdžiui, ant žėručio rėmo uždėta platininė viela dedama į orkaitę ir išmatuojama varža. Atsižvelgiant į tai, kiek ji pasikeitė, daroma išvada apie temperatūrą orkaitėje. Ši konstrukcija vadinama varžos termometru.

Jei esant temperatūrai t 0 laidininko varža yra r 0 ir esant temperatūrai t lygus rt, tada temperatūros pasipriešinimo koeficientas lygus

Skaičiavimas pagal šią formulę gali būti atliekamas tik esant tam tikram temperatūros diapazonui (iki maždaug 200 °C).

Dauguma fizikos dėsnių yra pagrįsti eksperimentais. Eksperimentuotojų pavardės įamžintos šių įstatymų pavadinimuose. Vienas iš jų buvo Georgas Ohmas.

Georgo Ohmo eksperimentai

Jis nustatė per eksperimentus dėl elektros sąveikos su įvairių medžiagų, įskaitant metalus pamatinis santykis tankis, elektrinio lauko stiprumas ir medžiagos savybės, vadinamos savituoju laidumu. Formulė, atitinkanti šį modelį, vadinamą „Omo dėsniu“, yra tokia:

j= λE , kuriame

• j- elektros srovės tankis;
• λ — savitasis laidumas, dar vadinamas „elektros laidumu“;
• E – elektrinio lauko stiprumas.

Kai kuriais atvejais nurodyti laidumas naudojama kita graikų abėcėlės raidė - σ . Savitasis laidumas priklauso nuo tam tikrų medžiagos parametrų. Jo vertę įtakoja temperatūra, medžiagos, slėgis, jei tai dujos, o svarbiausia – šios medžiagos struktūra. Omo dėsnis laikomasi tik vienarūšėms medžiagoms.

Patogesniems skaičiavimams naudojamas savitojo laidumo atvirkštinis dydis. Jis vadinamas „specifiniu pasipriešinimu“, kuris taip pat susijęs su medžiagos, kurioje ji teka, savybėmis. elektros srovė, pažymėta Graikiškas laiškas ρ ir turi matmenį Ohm*m. Bet kadangi skirtingam fizikiniai reiškiniai taikomos skirtingos teoriniai pagrindimai, gali būti naudojamos alternatyvios varžos formulės. Jie yra klasikos atspindys elektronų teorija metalai, taip pat kvantinė teorija.

Formulės

Šiose, paprastiems skaitytojams varginančiose formulėse, tokie veiksniai kaip Boltzmanno konstanta, Avogadro konstanta ir Planko konstanta. Šios konstantos naudojamos skaičiavimams, kuriuose atsižvelgiama į laisvą elektronų kelią laidininke, jų greitį šiluminio judėjimo metu, jonizacijos laipsnį, medžiagos koncentraciją ir tankį. Trumpai tariant, ne specialistui viskas gana sudėtinga. Kad nebūtų nepagrįstas, žemiau galite susipažinti su tuo, kaip viskas atrodo iš tikrųjų:

Metalų savybės

Kadangi elektronų judėjimas priklauso nuo medžiagos homogeniškumo, srovė metaliniame laidininke teka pagal jo struktūrą, o tai turi įtakos elektronų pasiskirstymui laidininke, atsižvelgiant į jo nevienalytiškumą. Tai lemia ne tik priemaišų intarpų buvimas, bet ir fiziniai defektai – įtrūkimai, tuštumos ir kt. Laidininko nevienalytiškumas padidina jo varžą, kurią lemia Matthieseno taisyklė.

Ši lengvai suprantama taisyklė iš esmės sako, kad srovės laidininke galima išskirti keletą atskirų varžų. Ir gauta vertė bus jų suma. Terminai bus varža kristalinė gardelė metalo, priemaišų ir laidininkų defektų. Kadangi šis parametras priklauso nuo medžiagos pobūdžio, jam apskaičiuoti buvo nustatyti atitinkami dėsniai, įskaitant mišrias medžiagas.

Nepaisant to, kad lydiniai taip pat yra metalai, jie laikomi chaotiškos struktūros tirpalais, o skaičiuojant savitąją varžą svarbu, kokie metalai yra įtraukti į lydinį. Iš esmės dauguma lydinių iš dviejų komponentų, kurie nepriklauso perėjimui, taip pat retųjų žemių metalų patenka į Nodheimo dėsnio aprašymą.

Kaip atskira tema Atsižvelgiama į metalinių plonų plėvelių varžą. Gana logiška manyti, kad jo vertė turėtų būti didesnė nei tūrinio laidininko, pagaminto iš to paties metalo. Tačiau tuo pat metu ypatingas empirinė formulė Fuchsas, apibūdinantis varžos ir plėvelės storio ryšį. Pasirodo, metalai plėvelėse pasižymi puslaidininkinėmis savybėmis.

O krūvio perdavimo procesą įtakoja elektronai, kurie juda plėvelės storio kryptimi ir trukdo judėti „išilginiams“ krūviams. Tuo pačiu jie atsispindi nuo plėvelės laidininko paviršiaus, todėl vienas elektronas gana ilgai svyruoja tarp dviejų jo paviršių. Kitas svarbus veiksnys didinant varžą yra laidininko temperatūra. Kuo aukštesnė temperatūra, tuo didesnis pasipriešinimas. Ir atvirkščiai, kuo žemesnė temperatūra, tuo mažesnis pasipriešinimas.

Metalai yra medžiagos, turinčios mažiausią varžą vadinamojoje „kambario“ temperatūroje. Vienintelis nemetalas, kuris pateisina jo naudojimą kaip laidininką, yra anglis. Grafitas, kuris yra viena iš jo veislių, plačiai naudojamas slankiojantiems kontaktams gaminti. Jis turi labai sėkmingą savybių, tokių kaip savitoji varža ir slydimo trinties koeficientas, derinį. Todėl grafitas yra nepakeičiama medžiaga elektros variklių šepečiams ir kitiems slankiojantiems kontaktams. Pagrindinių pramoniniais tikslais naudojamų medžiagų varžos vertės pateiktos toliau esančioje lentelėje.

Superlaidumas

Esant temperatūrai, atitinkančiai dujų suskystėjimą, tai yra iki skysto helio temperatūros, kuri yra lygi -273 laipsnių Celsijaus, varža sumažėja beveik iki visiško išnykimo. Ir ne tik geri metaliniai laidininkai, tokie kaip sidabras, varis ir aliuminis. Beveik visi metalai. Tokiomis sąlygomis, kurios vadinamos superlaidumu, metalo struktūra neturi slopinamojo poveikio krūvių judėjimui veikiant elektriniam laukui. Todėl gyvsidabris ir dauguma metalų tampa superlaidininkais.

Tačiau, kaip paaiškėjo, palyginti neseniai, XX amžiaus devintajame dešimtmetyje, kai kurios keramikos rūšys taip pat gali būti superlaidžios. Be to, tam nereikia naudoti skysto helio. Tokios medžiagos buvo vadinamos aukštos temperatūros superlaidininkais. Tačiau jau praėjo keli dešimtmečiai, o aukštos temperatūros laidininkų asortimentas gerokai išsiplėtė. Tačiau masinis tokių aukštos temperatūros superlaidžių elementų naudojimas nebuvo pastebėtas. Kai kuriose šalyse įprastus varinius laidininkus pakeičiant aukštos temperatūros superlaidininkais, buvo įrengti pavieniai įrenginiai. Norint išlaikyti įprastą rutiną aukštos temperatūros superlaidumas būtina skysto azoto. Ir tai pasirodo esąs per brangus techninis sprendimas.

Todėl variui ir aliuminiui gamtos suteikta maža varžos vertė vis dar daro juos nepakeičiamomis medžiagomis gaminant įvairius elektros laidininkus.

Elektros srovė atsiranda uždarius grandinę su potencialų skirtumu tarp gnybtų. Lauko jėgos veikia laisvuosius elektronus ir jie juda išilgai laidininko. Šios kelionės metu elektronai susitinka su atomais ir dalį savo sukauptos energijos perduoda jiems. Dėl to jų greitis mažėja. Tačiau dėl elektrinio lauko įtakos jis vėl įgauna pagreitį. Taigi elektronai nuolat patiria pasipriešinimą, todėl elektros srovė įkaista.

Medžiagos savybė paversti elektros energiją šiluma, veikiant srovei, yra elektrinė varža ir žymima R, jos matavimo vienetas yra Om. Atsparumo dydis daugiausia priklauso nuo sugebėjimų įvairios medžiagos pravesti srovę.
Pirmą kartą apie pasipriešinimą prabilo vokiečių tyrinėtojas G. Ohmas.

Norėdami išsiaiškinti srovės priklausomybę nuo varžos, garsus fizikas atliko daugybę eksperimentų. Eksperimentams naudojo įvairius laidininkus ir gavo įvairius rodiklius.
Pirmiausia G. Ohmas nustatė, kad varža priklauso nuo laidininko ilgio. Tai yra, jei padidėjo laidininko ilgis, padidėjo ir atsparumas. Dėl to šis santykis buvo nustatytas kaip tiesiogiai proporcingas.

Antrasis santykis yra sritis skerspjūvis. Tai galima nustatyti skerspjūviu laidininku. Ant pjūvio suformuotos figūros plotas yra skerspjūvio plotas. Čia santykis yra atvirkščiai proporcingas. Tai yra, kuo didesnis skerspjūvio plotas, tuo mažesnė laidininko varža.

Ir trečias, svarbus dydis, nuo kurio priklauso atsparumas, yra medžiaga. Dėl to, kad Om eksperimentams naudojo įvairias medžiagas, jis atrado įvairių savybių pasipriešinimas. Visi šie eksperimentai ir rodikliai buvo apibendrinti lentelėje, iš kurios tai matyti skirtinga prasmė specifinis įvairių medžiagų atsparumas.

Yra žinoma, kad geriausi laidininkai yra metalai. Kurie metalai yra geriausi laidininkai? Lentelėje matyti, kad varis ir sidabras turi mažiausią atsparumą. Varis dažniau naudojamas dėl mažesnės kainos, o sidabras – svarbiausiuose ir svarbiausiuose įrenginiuose.

Lentelėje esančios medžiagos, turinčios didelę varžą, prastai praleidžia elektrą, o tai reiškia, kad jos gali būti puikios izoliacinės medžiagos. Medžiagos, turinčios šią savybę didžiausiu mastu, tai porcelianas ir ebonitas.

Apskritai konkretus elektrinė varža yra labai svarbus veiksnys, juk nustatę jo rodiklį galime sužinoti iš kokios medžiagos pagamintas laidininkas. Norėdami tai padaryti, turite išmatuoti skerspjūvio plotą, sužinoti srovę naudodami voltmetrą ir ampermetrą, taip pat išmatuoti įtampą. Taip išsiaiškinsime savitosios varžos reikšmę ir naudodamiesi lentele nesunkiai identifikuosime medžiagą. Pasirodo, varža yra tarsi medžiagos piršto atspaudas. Be to, varža yra svarbi planuojant ilgas elektros grandines: turime žinoti šį rodiklį, kad išlaikytume ilgio ir ploto balansą.

Yra formulė, kuri nustato, kad varža yra 1 omas, jei, esant 1 V įtampai, jo srovė yra 1 A. Tai yra vienetinio ploto ir ilgio vieneto varža, pagaminta iš tam tikra medžiaga ir yra specifinis pasipriešinimas.

Taip pat reikėtų pažymėti, kad varžos indikatorius tiesiogiai priklauso nuo medžiagos dažnio. Tai yra, ar jame nėra priemaišų. Tačiau pridėjus vos vieną procentą mangano, laidiausios medžiagos – vario – atsparumas padidėja tris kartus.

Šioje lentelėje parodyta kai kurių medžiagų elektrinė varža.

Labai laidžios medžiagos

Varis
Kaip jau minėjome, varis dažniausiai naudojamas kaip laidininkas. Tai paaiškinama ne tik mažu atsparumu. Varis turi didelio stiprumo, atsparumo korozijai, naudojimo paprastumo ir gero apdirbimo pranašumus. Geri prekės ženklai varis laikomas M0 ir M1. Priemaišų kiekis juose neviršija 0,1%.

Didelė metalo kaina ir jo dominavimas pastaruoju metu trūkumas skatina gamintojus naudoti aliuminį kaip laidininką. Taip pat naudojami vario lydiniai su įvairiais metalais.
Aliuminis
Šis metalas yra daug lengvesnis už varį, tačiau aliuminis turi didelės vertybėsšiluminė talpa ir lydymosi temperatūra. Šiuo atžvilgiu, norint jį išlydyti, reikia daugiau energijos nei vario. Tačiau reikia atsižvelgti į vario trūkumo faktą.
Elektros gaminių gamyboje paprastai naudojamas A1 klasės aliuminis. Jame yra ne daugiau kaip 0,5% priemaišų. Ir metalo didžiausias dažnis- tai aliuminio klasė AB0000.
Geležis
Geležies pigumą ir prieinamumą nustelbia didelė jos varža. Be to, greitai rūdija. Dėl šios priežasties plieniniai laidininkai dažnai padengiami cinku. Plačiai naudojamas vadinamasis bimetalas – tai apsaugai variu padengtas plienas.
Natrio
Natris taip pat yra prieinama ir perspektyvi medžiaga, tačiau jo atsparumas beveik tris kartus didesnis nei vario. Be to, metalinis natris pasižymi dideliu cheminiu aktyvumu, todėl tokį laidininką reikia uždengti hermetiškai uždaryta apsauga. Jis taip pat turėtų apsaugoti laidininką nuo mechaninių pažeidimų, nes natris yra labai minkšta ir gana trapi medžiaga.

Superlaidumas
Žemiau esančioje lentelėje parodyta medžiagų savitoji varža 20 laipsnių temperatūroje. Temperatūros rodymas nėra atsitiktinis, nes varža tiesiogiai priklauso nuo šio rodiklio. Tai paaiškinama tuo, kad kaitinant didėja ir atomų greitis, vadinasi, padidės ir tikimybė, kad jie susitiks su elektronais.

Įdomu, kas atsitinka su atsparumu aušinimo sąlygomis. Pirmą kartą atomų elgesys labai žemos temperatūros pažymėjo G. Kamerlinghas Onnesas 1911 m. Jis atvėsino gyvsidabrio laidą iki 4K ir nustatė, kad jo varža sumažėjo iki nulio. Kai kurių lydinių ir metalų varžos indekso pokytis žemos temperatūros sąlygomis fiziko vadinamas superlaidumu.

Atvėsę superlaidininkai pereina į superlaidumo būseną, o tuo pačiu metu jų optiniai ir struktūrines charakteristikas nesikeik. Pagrindinis atradimas yra tas, kad elektros ir magnetines savybes superlaidžios būsenos metalai labai skiriasi nuo savo savybių normalioje būsenoje, taip pat nuo kitų metalų savybių, kurios negali pereiti į šią būseną, kai temperatūra mažėja.
Superlaidininkai daugiausia naudojami išgaunant itin stiprų magnetinį lauką, kurio stiprumas siekia 107 A/m. Taip pat kuriamos superlaidžių elektros linijų sistemos.

Panašios medžiagos.

Praktikoje dažnai tenka skaičiuoti įvairių laidų varžą. Tai galima padaryti naudojant formules arba lentelėje pateiktus duomenis. 1.

Į laidininko medžiagos poveikį atsižvelgiama naudojant varžą, žymimą graikiška raide? 1 m ilgio ir 1 mm2 skerspjūvio ploto. Mažiausia varža? = 0,016 Ohm mm2/m turi sidabro. Pateikiame vidutinę kai kurių laidininkų savitosios varžos vertę:

At įvairūs kiekiai priemaišų ir skirtingi santykiai komponentų, įtrauktų į reostatinius lydinius, varža gali šiek tiek pasikeisti.

Atsparumas apskaičiuojamas pagal formulę:

kur R yra varža, Ohm; varža, (Om mm2)/m; l - vielos ilgis, m; s - vielos skerspjūvio plotas, mm2.

Jei žinomas vielos skersmuo d, tada jo skerspjūvio plotas yra lygus:

Geriausia vielos skersmenį matuoti mikrometru, bet jei jo neturite, 10 ar 20 vielos apsisukimų tvirtai suvyniokite ant pieštuko ir apvijos ilgį išmatuokite liniuote. Padalinę apvijos ilgį iš apsisukimų skaičiaus, randame vielos skersmenį.

Norėdami nustatyti žinomo skersmens vielos, pagamintos iš tam tikros medžiagos, ilgį, reikalingą reikiamam atsparumui gauti, naudokite formulę

1 lentelė.

Pastaba. 1. Lentelėje nenurodytų laidų duomenys turėtų būti laikomi kai kuriomis vidutinėmis vertėmis. Pavyzdžiui, nikelio vielos, kurios skersmuo yra 0,18 mm, apytiksliai galime daryti prielaidą, kad skerspjūvio plotas yra 0,025 mm2, vieno metro varža yra 18 omų, o leistina srovė yra 0,075 A.

2. Esant kitokiai srovės tankio vertei, paskutinio stulpelio duomenys turi būti atitinkamai pakeisti; pavyzdžiui, esant 6 A/mm2 srovės tankiui, jie turėtų būti padvigubinti.

1 pavyzdys. Raskite 30 m varžą varinė viela kurių skersmuo 0,1 mm.

Sprendimas. Mes nustatome pagal lentelę. 1 varža 1 m varinės vielos, ji yra lygi 2,2 omo. Todėl 30 m vielos varža bus R = 30 2,2 = 66 omai.

Skaičiuojant pagal formules gaunami tokie rezultatai: vielos skerspjūvio plotas: s = 0,78 0,12 = 0,0078 mm2. Kadangi vario savitoji varža yra 0,017 (Ohm mm2)/m, gauname R = 0,017 30/0,0078 = 65,50 m.

2 pavyzdys Kiek reikia nikelio vielos, kurios skersmuo 0,5 mm, norint pagaminti 40 omų varžos reostatą?

Sprendimas. Pagal lentelę 1, nustatome šio laido 1 m varžą: R = 2,12 omų: todėl norint pagaminti reostatą, kurio varža 40 omų, reikia laido, kurio ilgis yra l = 40 / 2,12 = 18,9 m.

Atlikime tą patį skaičiavimą naudodami formules. Mes randame vielos skerspjūvio plotą s = 0,78 0,52 = 0,195 mm2. O laido ilgis bus l = 0,195 40/0,42 = 18,6 m.

Kai uždaryta elektros grandinė, kurio gnybtuose yra potencialų skirtumas, atsiranda elektros srovė. Laisvieji elektronai esant įtakai elektros jėgos laukai juda išilgai laidininko. Judėdami elektronai susiduria su laidininko atomais ir suteikia jiems jų tiekimą kinetinė energija. Elektronų judėjimo greitis nuolat kinta: elektronams susidūrus su atomais, molekulėmis ir kitais elektronais jis mažėja, tada veikiamas elektrinio lauko didėja ir vėl mažėja naujo susidūrimo metu. Dėl to laidininkas yra sumontuotas vienodas judesys elektronų srautas kelių centimetro dalių per sekundę greičiu. Todėl elektronai, einantys per laidininką, visada susiduria su pasipriešinimu jų judėjimui iš jo pusės. Kai elektros srovė praeina per laidininką, pastarasis įkaista.

Elektrinė varža

Laidininko elektrinė varža, kuri yra nurodyta lotyniška raidė r, yra kūno ar terpės savybė transformuotis elektros energijaį šilumą, kai per jį praeina elektros srovė.

Diagramose elektrinė varža nurodyta, kaip parodyta 1 pav. A.

Kintama elektrinė varža, skirta pakeisti srovę grandinėje, vadinama reostatas. Diagramose reostatai pažymėti kaip parodyta 1 paveiksle, b. IN bendras vaizdas Reostatas pagamintas iš vienokios ar kitokios varžos vielos, apvyniotos ant izoliuojančio pagrindo. Slankiklis arba reostato svirtis dedama į tam tikrą padėtį, dėl kurios į grandinę įvedamas reikiamas pasipriešinimas.

Ilgas laidininkas su mažu skerspjūviu sukuria didelį atsparumą srovei. Trumpi didelio skerspjūvio laidininkai suteikia mažą atsparumą srovei.

Jei paimtume du laidininkus iš skirtingos medžiagos, bet vienodo ilgio ir skerspjūvio, tada laidininkai srovę ves skirtingai. Tai rodo, kad laidininko varža priklauso nuo paties laidininko medžiagos.

Laidininko temperatūra taip pat turi įtakos jo varžai. Kylant temperatūrai, metalų atsparumas didėja, o skysčių ir anglies atsparumas mažėja. Tik kai kurie specialūs metalų lydiniai (manganinas, konstantanas, nikelis ir kiti) beveik nekeičia savo atsparumo kylant temperatūrai.

Taigi, matome, kad laidininko elektrinė varža priklauso nuo: 1) laidininko ilgio, 2) laidininko skerspjūvio, 3) laidininko medžiagos, 4) laidininko temperatūros.

Atsparumo vienetas yra vienas omas. Om dažnai žymimas graikiškai didžioji raidėΩ (omega). Todėl užuot rašę „Laidžio varža yra 15 omų“, galite tiesiog parašyti: r= 15 Ω.
1000 omų vadinamas 1 kiloomų(1kOhm arba 1kΩ),
1 000 000 omų vadinamas 1 megaohmas(1 mOhm arba 1MΩ).

Lyginant skirtingų medžiagų laidininkų varžą, kiekvienam mėginiui reikia paimti tam tikrą ilgį ir skerspjūvį. Tada galėsime spręsti, kuri medžiaga geriau ar blogiau praleidžia elektros srovę.

Vaizdo įrašas 1. Laidininko varža

Elektrinė varža

Vadinama 1 m ilgio, 1 mm² skerspjūvio laidininko varža omuose varža ir žymimas graikiška raide ρ (ro).

1 lentelėje parodytos kai kurių laidininkų savitosios varžos.

1 lentelė

Įvairių laidininkų varžos

Lentelėje parodyta, kad 1 m ilgio ir 1 mm² skerspjūvio geležinės vielos varža yra 0,13 omo. Norint gauti 1 Ohm varžą, reikia paimti 7,7 m tokio laido. Sidabras turi mažiausią varžą. 1 omo varžą galima gauti paėmus 62,5 m sidabrinės vielos, kurios skerspjūvis yra 1 mm². Sidabras yra geriausias laidininkas, tačiau sidabro kaina neįtraukia jo masinio naudojimo galimybės. Po sidabro lentelėje atsiranda varis: 1 m varinės vielos, kurios skerspjūvis yra 1 mm², varža yra 0,0175 omo. Norint gauti 1 omo varžą, reikia paimti 57 m tokio laido.

Chemiškai grynas varis, gautas rafinuojant, buvo plačiai naudojamas elektrotechnikoje, gaminant laidus, kabelius, elektros mašinų ir prietaisų apvijas. Aliuminis ir geležis taip pat plačiai naudojami kaip laidininkai.

Laidininko varžą galima nustatyti pagal formulę:

Kur r– laidininko varža omais; ρ – specifinė laidininko varža; l– laidininko ilgis m; S– laidininko skerspjūvis mm².

1 pavyzdys. Nustatykite 200 m geležinės vielos, kurios skerspjūvis 5 mm², varžą.

2 pavyzdys. Apskaičiuokite 2 km aliuminio vielos, kurios skerspjūvis 2,5 mm², varžą.

Iš varžos formulės galite lengvai nustatyti laidininko ilgį, varžą ir skerspjūvį.

3 pavyzdys. Radijo imtuvui iš nikelio vielos, kurios skerspjūvis yra 0,21 mm², reikia apvynioti 30 omų varžą. Nustatykite reikiamą vielos ilgį.

4 pavyzdys. Nustatykite 20 m nichrominės vielos skerspjūvį, jei jo varža yra 25 omai.

5 pavyzdys. 0,5 mm² skerspjūvio ir 40 m ilgio vielos varža yra 16 omų. Nustatykite vielos medžiagą.

Laidininko medžiaga apibūdina jo varžą.

Remdamiesi varžos lentele, nustatome, kad švinas turi tokią varžą.

Aukščiau buvo nurodyta, kad laidininkų varža priklauso nuo temperatūros. Atlikime tokį eksperimentą. Suvyniokime kelis metrus plonos metalinės vielos spiralės pavidalu ir prijunkite šią spiralę prie akumuliatoriaus grandinės. Norėdami išmatuoti srovę, prie grandinės prijungiame ampermetrą. Kai spiralė kaitinama degiklio liepsnoje, pastebėsite, kad ampermetro rodmenys sumažės. Tai rodo, kad kaitinant metalinės vielos varža didėja.

Kai kurių metalų, kaitinant 100°, varža padidėja 40–50%. Yra lydinių, kurie kaitinant šiek tiek keičia savo atsparumą. Kai kurių specialių lydinių atsparumas, keičiantis temperatūrai, praktiškai nesikeičia. Metalinių laidininkų varža didėja didėjant temperatūrai, elektrolitų (skysčių laidininkų), anglies ir kai kurių kietosios medžiagos, priešingai, mažėja.

Konstruojant varžos termometrus, naudojamas metalų gebėjimas keisti savo varžą keičiantis temperatūrai. Šis termometras susideda iš platinos vielos, suvyniotos ant žėručio rėmo. Įdėjus termometrą, pavyzdžiui, į krosnį ir išmatavus platinos vielos varžą prieš ir po kaitinimo, galima nustatyti temperatūrą krosnyje.

Laidininko varžos pokytis, kai jis šildomas 1 omu pradinės varžos ir 1° temperatūros, vadinamas atsparumo temperatūros koeficientas ir žymimas raide α.

Jei esant temperatūrai t 0 laidininko varža yra r 0 ir esant temperatūrai t lygus r t, tada atsparumo temperatūros koeficientas

Pastaba. Skaičiavimas pagal šią formulę gali būti atliekamas tik esant tam tikram temperatūros diapazonui (iki maždaug 200°C).

Čia yra vertybės temperatūros koeficientas kai kurių metalų varža α (2 lentelė).

2 lentelė

Kai kurių metalų temperatūros koeficiento vertės

Iš temperatūros pasipriešinimo koeficiento formulės nustatome r t:

r t = r 0 .

6 pavyzdys. Nustatykite geležinės vielos, įkaitintos iki 200 ° C, varžą, jei jos varža 0 ° C temperatūroje buvo 100 omų.

r t = r 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 omai.

7 pavyzdys. Atsparumo termometras, pagamintas iš platinos vielos, turėjo 20 omų varžą 15 ° C temperatūroje. Termometras buvo įdėtas į orkaitę ir po kurio laiko buvo išmatuotas jo atsparumas. Paaiškėjo, kad jis yra lygus 29,6 omo. Nustatykite temperatūrą orkaitėje.

Elektros laidumas

Iki šiol laidininko varžą laikėme kliūtimi, kurią laidininkas suteikia elektros srovei. Bet vis tiek srovė teka per laidininką. Todėl, be pasipriešinimo (kliūties), laidininkas taip pat turi galimybę praleisti elektros srovę, tai yra laidumą.

Kuo didesnė laidininko varža, tuo mažesnis jo laidumas, tuo blogiau jis praleidžia elektros srovę ir, atvirkščiai, tuo mažiau mažesnis pasipriešinimas laidininkas, kuo didesnis jo laidumas, tuo lengviau srovei praeina per laidininką. Todėl laidininko varža ir laidumas yra abipusiai dydžiai.

Iš matematikos žinoma, kad atvirkštinė 5 yra 1/5 ir atvirkščiai, atvirkštinė 1/7 yra 7. Todėl jei laidininko varža žymima raide r, tada laidumas apibrėžiamas kaip 1/ r. Laidumas dažniausiai žymimas raide g.

Elektros laidumas matuojamas (1/Ohm) arba siemens.

8 pavyzdys. Laidininko varža yra 20 omų. Nustatykite jo laidumą.

Jeigu r= tada 20 omų

9 pavyzdys. Laidininko laidumas yra 0,1 (1/Ohm). Nustatykite jo atsparumą

Jei g = 0,1 (1 / Ohm), tada r= 1 / 0,1 = 10 (omų)