المقاومة الكهربائية النوعية للنحاس. المقاومة الكهربائية والتوصيل

المقاومة هي كمية فيزيائية تشير إلى الدرجة التي يمكن أن تقاوم بها المادة مرور تيار كهربائي خلالها. قد يخلط بعض الناس بين هذه الخاصية والمقاومة الكهربائية العادية. على الرغم من تشابه المفاهيم ، فإن الاختلاف بينهما يكمن في حقيقة أن المحدد يشير إلى المواد ، والمصطلح الثاني يشير حصريًا إلى الموصلات ويعتمد على مادة تصنيعها.

مقلوب مادة معينة هو التوصيل الكهربائي. كلما زادت هذه المعلمة ، كان التيار يمر عبر المادة بشكل أفضل. وفقًا لذلك ، كلما ارتفعت المقاومة ، من المتوقع حدوث المزيد من الخسائر عند الإنتاج.

صيغة الحساب وقيمة القياس

بالنظر إلى ما يتم قياس المقاومة الكهربائية المحددة به ، من الممكن أيضًا تتبع الاتصال مع غير المحدد ، حيث يتم استخدام وحدات أوم · م لتعيين المعلمة. الكمية نفسها تدل على ρ. باستخدام هذه القيمة ، يمكنك تحديد مقاومة مادة ما في حالة معينة ، بناءً على حجمها. تتوافق وحدة القياس هذه مع نظام SI ، ولكن يمكن أيضًا العثور على خيارات أخرى. في مجال التكنولوجيا ، يمكنك أن ترى بشكل دوري التسمية التي عفا عليها الزمن أوم · مم 2 / م. للانتقال من هذا النظام إلى النظام الدولي ، لن تحتاج إلى استخدام صيغ معقدة ، لأن 1 أوم · مم 2 / م يساوي 10 -6 أوم · م.

تكون صيغة المقاومة الكهربائية كما يلي:

R = (ρ l) / S ، حيث:

• R هي مقاومة الموصل ؛
• Ρ - مقاومة المواد ؛
• l طول الموصل ؛
• S - المقطع العرضي للموصل.

حسب درجة الحرارة

المقاومة الكهربائية تعتمد على درجة الحرارة. لكن كل مجموعات المواد تعبر عن نفسها بطرق مختلفة عندما تتغير. يجب أن يؤخذ ذلك في الاعتبار عند حساب الأسلاك التي ستعمل في ظروف معينة. على سبيل المثال ، في الشارع ، حيث تعتمد قيم درجة الحرارة على الموسم ، تكون المواد المطلوبة أقل عرضة للتغيرات في النطاق من -30 إلى +30 درجة مئوية. إذا كنت تخطط لاستخدامه في تقنية ستعمل في نفس الظروف ، فأنت بحاجة هنا أيضًا إلى تحسين الأسلاك لمعلمات محددة. يتم اختيار المواد دائمًا مع مراعاة العملية.

في الجدول الاسمي ، تؤخذ المقاومة الكهربائية عند درجة حرارة 0 درجة مئوية. ترجع الزيادة في مؤشرات هذه المعلمة عند تسخين المادة إلى حقيقة أن شدة حركة الذرات في المادة تبدأ في الزيادة. تنتشر ناقلات الشحنات الكهربائية بشكل عشوائي في جميع الاتجاهات ، مما يؤدي إلى خلق عوائق في حركة الجسيمات. حجم التدفق الكهربائي يتناقص.

مع انخفاض درجة الحرارة ، تصبح ظروف مرور التيار أفضل. عند الوصول إلى درجة حرارة معينة ، والتي ستختلف لكل معدن ، تظهر الموصلية الفائقة ، حيث تصل الخاصية المدروسة إلى الصفر تقريبًا.

تصل الاختلافات في المعلمات أحيانًا إلى قيم كبيرة جدًا. يمكن استخدام تلك المواد ذات الأداء العالي كعوازل. إنها تساعد في حماية الأسلاك من الدوائر القصيرة والاتصال البشري غير المقصود. لا تنطبق بعض المواد بشكل عام على الهندسة الكهربائية إذا كانت لها قيمة عالية لهذه المعلمة. يمكن أن تتداخل الخصائص الأخرى مع هذا. على سبيل المثال ، لن يكون للموصلية الكهربائية المحددة للماء أهمية كبيرة لمنطقة معينة. فيما يلي قيم بعض المواد ذات القيم العالية.

مواد عالية المقاومة	ρ (أوم م)
الباكليت	10 16
البنزين	10 15 ...10 16
ورق	10 15
ماء مقطرة	10 4
مياه البحر	0.3
الخشب الجاف	10 12
الارض رطبة	10 2
زجاج الكوارتز	10 16
الكيروسين	10 1 1
رخام	10 8
البارافين	10 1 5
زيت البارافين	10 14
شبكي	10 13
البوليسترين	10 16
PVC	10 13
بولي ايثيلين	10 12
زيت السيليكون	10 13
ميكا	10 14
زجاج	10 11
زيت المحولات	10 10
بورسلين	10 14
سليت	10 14
إيبونيت	10 16
العنبر	10 18

تستخدم المواد ذات المعدلات المنخفضة بشكل أكثر نشاطًا في الهندسة الكهربائية. غالبًا ما تكون هذه معادن تعمل كموصلات. هناك أيضًا اختلافات كثيرة بينهما. لمعرفة المقاومة الكهربائية للنحاس أو المواد الأخرى ، يجدر النظر إلى طاولة البحث.

مواد ذات مقاومة منخفضة	ρ (أوم م)
الألومنيوم	2.7 · 10 -8
التنغستن	5.5 · 10 -8
الجرافيت	8.0 · 10 -6
حديد	1.0 · 10 -7
ذهب	2.2 · 10 -8
إيريديوم	4.74 10 -8
قسنطينة	5.0 · 10 -7
فولاذ صلب	1.3 · 10 -7
المغنيسيوم	4.4 · 10 -8
المنجانين	4.3 · 10 -7
نحاس	1.72 · 10 -8
الموليبدينوم	5.4 · 10 -8
نيكيل الفضي	3.3 · 10 -7
نيكل	8.7 · 10 -8
نيتشروم	1.12 · 10 -6
تين	1.2 · 10 -7
البلاتين	1.07 10 -7
الزئبق	9.6 · 10 -7
قيادة	2.08 10 -7
فضة	1.6 · 10 -8
الحديد الزهر الرمادي	1.0 · 10 -6
فرش كاربون	4.0 · 10 -5
الزنك	5.9 · 10 -8
النيكل	0.4 · 10 -6

المقاومة الكهربائية الحجمية المحددة

تحدد هذه المعلمة القدرة على تمرير التيار عبر حجم المادة. للقياس ، من الضروري تطبيق جهد جهد من جوانب مختلفة من المادة ، حيث سيتم تضمين المنتج في الدائرة الكهربائية. يتم تزويده بالتيار المقنن. بعد المرور ، يتم قياس بيانات الإخراج.

استخدم في الهندسة الكهربائية

يستخدم تغيير المعلمة عند درجات حرارة مختلفة على نطاق واسع في الهندسة الكهربائية. أبسط مثال على ذلك هو المصباح المتوهج الذي يستخدم خيوط نيتشروم. عند تسخينه ، يبدأ في التوهج. عندما يمر تيار من خلاله ، يبدأ في التسخين. مع زيادة التسخين ، تزداد المقاومة أيضًا. وفقًا لذلك ، فإن التيار الأولي المطلوب للحصول على الإضاءة محدود. يمكن لولب نيتشروم ، باستخدام نفس المبدأ ، أن يصبح منظمًا على أجهزة مختلفة.

كما تم استخدام المعادن الثمينة على نطاق واسع ، والتي لها خصائص مناسبة للهندسة الكهربائية. بالنسبة للدوائر الحرجة التي تتطلب الأداء ، يتم تحديد جهات الاتصال الفضية. لديهم تكلفة عالية ، ولكن بالنظر إلى كمية المواد الصغيرة نسبيًا ، فإن استخدامها له ما يبرره تمامًا. النحاس أقل شأنا من الفضة في الموصلية ، ولكن سعره في المتناول ، مما يجعله يستخدم في كثير من الأحيان في صناعة الأسلاك.

في الظروف التي يمكن فيها استخدام درجات حرارة منخفضة للغاية ، يتم استخدام الموصلات الفائقة. بالنسبة لدرجة حرارة الغرفة والاستخدام الخارجي ، فهي ليست مناسبة دائمًا ، لأنه مع ارتفاع درجة الحرارة ، تبدأ موصليةها في الانخفاض ، وبالتالي ، في مثل هذه الظروف ، يظل الألمنيوم والنحاس والفضة في المقدمة.

في الممارسة العملية ، يتم أخذ العديد من المعلمات في الاعتبار وهذه المعلمة هي واحدة من أهمها. يتم تنفيذ جميع الحسابات في مرحلة التصميم ، حيث يتم استخدام المواد المرجعية.

تستند معظم قوانين الفيزياء إلى التجارب. وخُلدت أسماء المجربين في عناوين هذه القوانين. كان أحدهم جورج أوم.

تجارب جورج أوم

أسس في سياق التجارب على تفاعل الكهرباء مع المواد المختلفة ، بما في ذلك المعادن ، العلاقة الأساسية بين الكثافة وقوة المجال الكهربائي وخصائص المادة ، والتي سميت "الموصلية". الصيغة المقابلة لهذا النمط ، المسماة "قانون أوم" ، هي كما يلي:

ي = λE ، حيث

• ي - كثافة التيار الكهربائي
• λ — الموصلية ، يشار إليها أيضًا باسم "التوصيل الكهربائي" ؛
• ه - شدة المجال الكهربائي.

في بعض الحالات ، يتم استخدام حرف مختلف من الأبجدية اليونانية للإشارة إلى الموصلية - σ ... تعتمد الموصلية النوعية على بعض معلمات المادة. تتأثر قيمته بدرجة الحرارة والمواد والضغط ، إذا كان غازًا ، والأهم من ذلك ، بنية هذه المادة. لوحظ قانون أوم فقط للمواد المتجانسة.

لإجراء حسابات أكثر ملاءمة ، يتم استخدام مقلوب الموصلية المحددة. حصل على اسم "المقاومة" ، والذي يرتبط أيضًا بخصائص المادة التي يتدفق فيها التيار الكهربائي ، ويُشار إليها بالحرف اليوناني ρ ولها البعد أوم * م. ولكن نظرًا لتطبيق مبررات نظرية مختلفة لظواهر فيزيائية مختلفة ، يمكن استخدام الصيغ البديلة للمقاومة. إنها انعكاس للنظرية الإلكترونية الكلاسيكية للمعادن ، وكذلك نظرية الكم.

الصيغ

في هذه المملة ، بالنسبة للقراء العاديين ، تظهر الصيغ مثل عوامل مثل ثابت بولتزمان وثابت أفوجادرو وثابت بلانك. تستخدم هذه الثوابت في الحسابات التي تأخذ في الاعتبار المسار الحر للإلكترونات في الموصل وسرعتها أثناء الحركة الحرارية ودرجة التأين وتركيز وكثافة مادة ما. باختصار ، كل شيء معقد للغاية بالنسبة لغير المتخصصين. لكي لا تكون بلا أساس ، يمكنك التعرف على كيف يبدو كل شيء حقًا:

ملامح المعادن

نظرًا لأن حركة الإلكترونات تعتمد على تجانس المادة ، فإن التيار في الموصل المعدني يتدفق وفقًا لبنيته ، مما يؤثر على توزيع الإلكترونات في الموصل ، مع مراعاة عدم تجانسه. لا يتم تحديده فقط من خلال وجود شوائب ، ولكن أيضًا من خلال العيوب الجسدية - الشقوق والفراغات وما إلى ذلك. يزيد عدم تجانس الموصل من مقاومته ، والتي تحددها قاعدة ماتيسين.

هذه القاعدة سهلة الفهم ، في الواقع ، تنص على أنه يمكن تمييز عدة مقاومات منفصلة في موصل مع التيار. وستكون القيمة الناتجة هي مجموعها. ستكون الشروط مقاومة الشبكة البلورية للمعدن والشوائب وعيوب الموصل. نظرًا لأن هذه المعلمة تعتمد على طبيعة المادة ، لحسابها ، فقد تم تحديد القوانين المقابلة ، بما في ذلك المواد المختلطة.

على الرغم من حقيقة أن السبائك هي أيضًا معادن ، إلا أنها تعتبر حلولًا ذات بنية فوضوية ، ولحساب المقاومة ، من المهم تحديد المعادن الموجودة في السبيكة. في الأساس ، تندرج معظم السبائك المكونة من عنصرين التي لا تنتمي إلى الانتقال ، وكذلك المعادن الأرضية النادرة ، تحت وصف قانون Nodheim.

تعتبر المقاومة المحددة للأغشية المعدنية الرقيقة موضوعًا منفصلاً. من المنطقي تمامًا افتراض أن قيمته يجب أن تكون أكبر من قيمة الموصل السائب المصنوع من نفس المعدن. ولكن في الوقت نفسه ، تم تقديم صيغة Fuchs التجريبية الخاصة للفيلم ، والتي تصف الترابط بين المقاومة وسمك الفيلم. اتضح أنه في الأفلام ، تظهر المعادن خصائص أشباه الموصلات.

وعملية نقل الشحنة تتأثر بالإلكترونات التي تتحرك في اتجاه سماكة الفيلم وتتداخل مع حركة الشحنات "الطولية". في هذه الحالة ، تنعكس من سطح موصل الفيلم ، وبالتالي يتأرجح إلكترون واحد لفترة طويلة بين سطحيه. عامل مهم آخر في زيادة المقاومة هو درجة حرارة الموصل. كلما ارتفعت درجة الحرارة ، زادت المقاومة. على العكس من ذلك ، كلما انخفضت درجة الحرارة ، انخفضت المقاومة.

المعادن هي المواد ذات المقاومة الأقل عند درجة حرارة تسمى "الغرفة". والمادة غير المعدنية الوحيدة التي تبرر استخدامها كموصل هي الكربون. يستخدم الجرافيت ، وهو أحد أصنافه ، على نطاق واسع في صنع جهات اتصال منزلقة. لديها مجموعة مواتية للغاية من الخصائص مثل المقاومة ومعامل الاحتكاك الانزلاقي. لذلك ، يعد الجرافيت مادة لا يمكن الاستغناء عنها لفرش المحركات الكهربائية وغيرها من جهات الاتصال المنزلقة. قيم المقاومة للمواد الأساسية المستخدمة للأغراض الصناعية موضحة في الجدول أدناه.

الموصلية الفائقة

عند درجات الحرارة المقابلة لإسالة الغازات ، أي حتى درجة حرارة الهيليوم السائل ، والتي تبلغ - 273 درجة مئوية ، تقل المقاومة تقريبًا لتختفي تمامًا. وهي ليست مجرد موصلات معدنية جيدة مثل الفضة والنحاس والألمنيوم. تقريبا جميع المعادن. في ظل هذه الظروف ، والتي تسمى الموصلية الفائقة ، لا يكون لبنية المعدن أي تأثير مثبط على حركة الشحنات تحت تأثير المجال الكهربائي. لذلك ، يصبح الزئبق ومعظم المعادن موصلات فائقة.

ولكن ، كما اتضح ، مؤخرًا نسبيًا في الثمانينيات من القرن العشرين ، فإن بعض أنواع السيراميك قادرة أيضًا على الموصلية الفائقة. علاوة على ذلك ، لا تحتاج إلى استخدام الهيليوم السائل لهذا الغرض. تسمى هذه المواد بالموصلات الفائقة ذات درجة الحرارة العالية. ومع ذلك ، مرت عدة عقود ، وتوسع نطاق الموصلات عالية الحرارة بشكل كبير. لكن لا يوجد استخدام مكثف لمثل هذه العناصر فائقة التوصيل عالية الحرارة. في بعض البلدان ، تم إجراء تركيبات فردية ، لتحل محل الموصلات النحاسية العادية بموصلات فائقة عالية الحرارة. للمحافظة على الموصلية الفائقة عند درجات الحرارة العالية ، يلزم وجود النيتروجين السائل. وقد تبين أن هذا حل تقني مكلف للغاية.

لذلك ، فإن قيمة المقاومة المنخفضة التي تمنحها طبيعة النحاس والألمنيوم ، كما في السابق ، تجعلهما مواد لا غنى عنها لتصنيع مختلف موصلات التيار الكهربائي.

المقاومة النوعيةالمعادن هي مقياس لقدرتها على مقاومة مرور التيار الكهربائي. يتم التعبير عن هذه القيمة بوحدة أوم متر (أوم أوم). الرمز الذي يشير إلى المقاومة هو الحرف اليوناني ρ (ro). تعني المقاومة العالية أن المادة ضعيفة التوصيل.

المقاومة النوعية

تعرف المقاومة بأنها النسبة بين قوة المجال الكهربائي داخل المعدن لكثافة التيار فيه:

أين:
ρ - مقاومة المعدن (أوم⋅م) ،
ه - شدة المجال الكهربائي (V / م) ،
J - قيمة كثافة التيار الكهربائي في المعدن (أ / م 2)

إذا كانت شدة المجال الكهربائي (E) في المعدن عالية جدًا وكانت كثافة التيار (J) منخفضة جدًا ، فهذا يعني أن المعدن يتمتع بمقاومة عالية.

إن معكوس المقاومة هو التوصيل الكهربائي ، مما يشير إلى مدى جودة توصيل المادة للتيار الكهربائي:

σ هي موصلية المادة ، معبراً عنها بالسيمنز لكل متر (S / m).

المقاومة الكهربائية

يتم التعبير عن المقاومة الكهربائية ، وهي أحد المكونات ، بالأوم (أوم). وتجدر الإشارة إلى أن المقاومة الكهربائية والمقاومة ليسا نفس الشيء. المقاومة هي خاصية للمادة ، في حين أن المقاومة الكهربائية هي خاصية للجسم.

يتم تحديد المقاومة الكهربائية للمقاوم من خلال توليفة من شكل ومقاومة المادة المكونة منه.

على سبيل المثال ، جرح السلك المصنوع من سلك طويل ورفيع يتمتع بمقاومة أعلى من المقاوم المصنوع من سلك قصير وسميك من نفس المعدن.

في نفس الوقت ، المقاوم الملفوف بأسلاك مصنوع من مادة عالية المقاومة لديه مقاومة كهربائية أعلى من المقاوم المصنوع من مادة مقاومة منخفضة. وكل هذا على الرغم من حقيقة أن كلا المقاومتين مصنوعان من سلك بنفس الطول والقطر.

من أجل الوضوح ، يمكنك رسم تشبيه بالنظام الهيدروليكي ، حيث يتم ضخ المياه عبر الأنابيب.

• كلما كان الأنبوب أطول وأرق ، زادت مقاومة الماء.
• الأنبوب المملوء بالرمل يقاوم الماء أكثر من الأنبوب بدون الرمل

مقاومة الأسلاك

تعتمد قيمة مقاومة السلك على ثلاثة معايير: مقاومة المعدن ، وطول وقطر السلك نفسه. معادلة حساب مقاومة السلك:

أين:
R - مقاومة السلك (أوم)
ρ - مقاومة المعدن (أوم م)
L - طول السلك (م)
أ - مساحة المقطع العرضي للسلك (م 2)

على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك مقاوم سلك نيتشروم مقاومته 1.10 × 10-6 أوم. يبلغ طول السلك 1500 مم وقطره 0.5 مم. بناءً على هذه المعلمات الثلاثة ، نحسب مقاومة سلك نيتشروم:

R = 1.1 * 10 -6 * (1.5 / 0.000000196) = 8.4 أوم

غالبًا ما يستخدم نيتشروم وكونستانتان كمواد مقاومة. يمكنك أن ترى في الجدول أدناه مقاومة بعض المعادن الأكثر استخدامًا.

مقاومة السطح

يتم حساب مقاومة السطح بنفس طريقة حساب مقاومة السلك. في هذه الحالة ، يمكن تمثيل مساحة المقطع العرضي على أنها حاصل ضرب w و t:

بالنسبة لبعض المواد ، مثل الأغشية الرقيقة ، فإن العلاقة بين المقاومة وسمك الفيلم تسمى مقاومة السطح للطبقة RS:

حيث يتم قياس RS بالأوم. لهذا الحساب ، يجب أن تكون سماكة الفيلم ثابتة.

في كثير من الأحيان ، يقوم مصنعو المقاومات بقطع آثار في الفيلم لزيادة المقاومة من أجل زيادة مسار التيار الكهربائي.

خصائص المواد المقاومة

تعتمد مقاومة المعدن على درجة الحرارة. يتم إعطاء قيمها ، كقاعدة عامة ، لدرجة حرارة الغرفة (20 درجة مئوية). يتميز التغير في المقاومة نتيجة للتغير في درجة الحرارة بمعامل درجة الحرارة.

على سبيل المثال ، تستخدم الثرمستورات (الثرمستورات) هذه الخاصية لقياس درجة الحرارة. من ناحية أخرى ، في الإلكترونيات الدقيقة ، يعد هذا تأثيرًا غير مرغوب فيه إلى حد ما.
تتميز مقاومات الأغشية المعدنية بخصائص ثبات حراري ممتازة. يتم تحقيق ذلك ليس فقط بسبب المقاومة المنخفضة للمادة ، ولكن أيضًا بسبب التصميم الميكانيكي للمقاوم نفسه.

يتم استخدام العديد من المواد والسبائك المختلفة في صناعة المقاومات. نيتشروم (سبيكة من النيكل والكروم) ، نظرًا لمقاومته العالية ومقاومته للأكسدة في درجات الحرارة العالية ، غالبًا ما يستخدم كمواد للمقاومات السلكية. عيبه هو أنه لا يمكن لحامه. من السهل لحام مادة قسطنطين ، وهي مادة شائعة أخرى ، ولها معامل درجة حرارة أقل.

عندما يتم إغلاق دائرة كهربائية ، يوجد عند أطرافها فرق جهد ، ينشأ تيار كهربائي. تتحرك الإلكترونات الحرة تحت تأثير قوى المجال الكهربائي على طول الموصل. في حركتها ، تتصادم الإلكترونات مع ذرات الموصل وتمنحها إمدادًا من طاقتها الحركية. تتغير سرعة حركة الإلكترونات باستمرار: عندما تصطدم الإلكترونات بالذرات والجزيئات والإلكترونات الأخرى ، فإنها تتناقص ، ثم تزداد تحت تأثير المجال الكهربائي وتتناقص مرة أخرى مع حدوث تصادم جديد. نتيجة لذلك ، يتم إنشاء حركة منتظمة لتدفق الإلكترون في الموصل بسرعة عدة كسور من السنتيمتر في الثانية. وبالتالي ، فإن الإلكترونات ، التي تمر عبر موصل ، تواجه دائمًا مقاومة لحركتها من جانبها. عندما يمر تيار كهربائي عبر موصل ، فإن الأخير يسخن.

المقاومة الكهربائية

المقاومة الكهربائية للموصل ، والتي يشار إليها بالحرف اللاتيني ص، تسمى خاصية الجسم أو البيئة لتحويل الطاقة الكهربائية إلى حرارة عند مرور تيار كهربائي خلالها.

في المخططات ، يشار إلى المقاومة الكهربائية كما هو موضح في الشكل 1 ، أ.

تسمى المقاومة الكهربائية المتغيرة ، والتي تعمل على تغيير التيار في الدائرة مقاومة متغيرة... في المخططات ، يشار إلى المتغيرات المتغيرة كما هو موضح في الشكل 1 ، ب... بشكل عام ، يتكون الريوستات من سلك بمقاومة أو أخرى ، ملفوفًا على قاعدة عازلة. يتم وضع شريط التمرير أو الرافعة المتغيرة في موضع معين ، ونتيجة لذلك يتم إدخال المقاومة المطلوبة في الدائرة.

يخلق الموصل الطويل للمقطع العرضي الصغير مقاومة عالية للتيار. الموصلات القصيرة ذات المقطع العرضي الكبير لديها مقاومة قليلة للتيار.

إذا كنت تأخذ موصلين من مواد مختلفة ، ولكن من نفس الطول والمقطع العرضي ، فإن الموصلات ستجري التيار بطرق مختلفة. هذا يدل على أن مقاومة الموصل تعتمد على مادة الموصل نفسه.

تؤثر درجة حرارة الموصل أيضًا على مقاومته. مع ارتفاع درجة الحرارة ، تزداد مقاومة المعادن ، بينما تقل مقاومة السوائل والفحم. فقط بعض السبائك المعدنية الخاصة (المنجانين والكونستانتان والنيكل وغيرها) بالكاد تغير مقاومتها مع زيادة درجة الحرارة.

لذلك ، نرى أن المقاومة الكهربائية للموصل تعتمد على: 1) طول الموصل ، 2) المقطع العرضي للموصل ، 3) مادة الموصل ، 4) درجة حرارة الموصل.

يؤخذ أوم واحد كوحدة مقاومة. غالبًا ما يُشار إلى أوم بالحرف اليوناني الكبير Ω (أوميغا). لذلك ، بدلاً من كتابة "مقاومة الموصل هي 15 أوم" ، يمكنك ببساطة كتابة: ص= 15.
1000 أوم يسمى 1 كيلو(1kΩ ، أو 1kΩ) ،
1،000،000 أوم يسمى 1 ميجا أوم(1mgΩ ، أو 1MΩ).

عند مقارنة مقاومة الموصلات من مواد مختلفة ، من الضروري أخذ طول وقسم معينين لكل عينة. ثم سنكون قادرين على الحكم على المواد التي تنقل التيار الكهربائي بشكل أفضل أو أسوأ.

فيديو 1. مقاومة الموصلات

مقاومة كهربائية محددة

تسمى المقاومة بالأوم لموصل طوله 1 متر ، مع مقطع عرضي يبلغ 1 مم² المقاومة النوعيةويشار إليه بالحرف اليوناني ρ (ريال عماني).

يوضح الجدول 1 مقاومة بعض الموصلات.

الجدول 1

مقاومة مختلف الموصلات

يوضح الجدول أن السلك الحديدي بطول 1 م والمقطع العرضي 1 مم 2 له مقاومة 0.13 أوم. للحصول على 1 أوم من المقاومة ، يجب أن تأخذ 7.7 متر من هذا السلك. الفضة لديها أدنى مقاومة محددة. يمكن الحصول على مقاومة 1 أوم بأخذ 62.5 مترًا من الأسلاك الفضية مع مقطع عرضي 1 مم². الفضة هي أفضل موصل ، لكن تكلفة الفضة تحول دون استخدامها على نطاق واسع. بعد الفضة في الطاولة يأتي النحاس: 1 م من الأسلاك النحاسية ذات المقطع العرضي 1 مم² لها مقاومة 0.0175 أوم. للحصول على مقاومة 1 أوم ، يجب أن تأخذ 57 مترًا من هذا السلك.

النحاس النقي كيميائيًا ، الذي تم الحصول عليه عن طريق التكرير ، وجد استخدامه على نطاق واسع في الهندسة الكهربائية لتصنيع الأسلاك والكابلات وملفات الآلات والأجهزة الكهربائية. يستخدم الألمنيوم والحديد أيضًا على نطاق واسع كموصلات.

يمكن تحديد مقاومة الموصل بالصيغة التالية:

أين ص- مقاومة الموصل بالأوم ؛ ρ - المقاومة المحددة للموصل ؛ ل- طول الموصل بالمتر ؛ س- المقطع العرضي للموصل مم².

مثال 1.أوجد مقاومة 200 م من الأسلاك الحديدية ذات المقطع العرضي 5 مم².

مثال 2.احسب مقاومة 2 كم من أسلاك الألمنيوم بمقطع عرضي 2.5 مم².

من صيغة المقاومة ، يمكنك بسهولة تحديد الطول والمقاومة والمقطع العرضي للموصل.

مثال 3.بالنسبة لجهاز استقبال لاسلكي ، من الضروري لف مقاومة 30 أوم من سلك نيكل بمقطع عرضي قدره 0.21 مم². حدد طول السلك المطلوب.

مثال 4.حدد المقطع العرضي لسلك نيتشروم بطول 20 مترًا إذا كانت مقاومته 25 أوم.

مثال 5.سلك بقطر 0.5 مم² وطوله 40 م ومقاومته 16 أوم. حدد مادة السلك.

مادة الموصل تميز مقاومتها.

وفقًا لجدول المقاومات المحددة ، نجد أن الرصاص يتمتع بمثل هذه المقاومة.

ذكر أعلاه أن مقاومة الموصلات تعتمد على درجة الحرارة. لنقم بالتجربة التالية. سنقوم بلف عدة أمتار من الأسلاك المعدنية الرفيعة على شكل حلزوني وندرج هذا اللولب في دائرة البطارية. لقياس التيار في الدائرة ، قم بتشغيل مقياس التيار الكهربائي. عندما يسخن الملف في لهب الموقد ، ستلاحظ أن قراءة مقياس التيار ستنخفض. هذا يدل على أن مقاومة السلك المعدني تزداد بالتسخين.

بالنسبة لبعض المعادن ، عند تسخينها إلى 100 درجة ، تزداد المقاومة بنسبة 40-50٪. هناك سبائك تغير من مقاومتها قليلاً بالتسخين. بعض السبائك الخاصة لا تغير عمليًا المقاومة عندما تتغير درجة الحرارة. تزداد مقاومة الموصلات المعدنية مع زيادة درجة الحرارة ، وتقل مقاومة الإلكتروليتات (الموصلات السائلة) والفحم وبعض المواد الصلبة ، على العكس من ذلك.

تُستخدم قدرة المعادن على تغيير مقاومتها لدرجة الحرارة في تصميم موازين الحرارة المقاومة. مقياس الحرارة هذا عبارة عن سلك بلاتيني ملفوف على إطار الميكا. من خلال وضع مقياس حرارة ، على سبيل المثال ، في فرن وقياس مقاومة السلك البلاتيني قبل وبعد التسخين ، يمكن تحديد درجة الحرارة في الفرن.

يسمى التغيير في مقاومة الموصل عند تسخينه ، لكل 1 أوم من المقاومة الأولية و 1 درجة من درجة الحرارة ، معامل درجة حرارة المقاومةويشار إليه بالحرف α.

إذا كانت في درجة الحرارة ر 0 مقاومة موصل هي ص 0 ، وفي درجة حرارة ريساوي ص ر، ثم معامل درجة حرارة المقاومة

ملحوظة.لا يمكن حساب هذه الصيغة إلا في نطاق درجة حرارة معينة (تصل إلى حوالي 200 درجة مئوية).

نعطي قيم معامل درجة الحرارة للمقاومة α لبعض المعادن (الجدول 2).

الجدول 2

قيم معامل درجة الحرارة لبعض المعادن

من صيغة معامل درجة الحرارة للمقاومة نحدد ص ر:

ص ر = ص 0 .

مثال 6.أوجد مقاومة سلك حديدي مسخن إلى 200 درجة مئوية إذا كانت مقاومته عند 0 درجة مئوية 100 أوم.

ص ر = ص 0 = 100 (1 + 0.0066 × 200) = 232 أوم.

مثال 7.مقياس حرارة مقاوم مصنوع من سلك بلاتيني لديه مقاومة 20 أوم في غرفة بدرجة حرارة 15 درجة مئوية. تم وضع الترمومتر في الفرن وبعد فترة تم قياس مقاومته. اتضح أنه يساوي 29.6 أوم. حدد درجة حرارة الفرن.

التوصيل الكهربائي

حتى الآن ، اعتبرنا مقاومة الموصل عقبة يوفرها الموصل للتيار الكهربائي. لكن لا يزال التيار يمر عبر الموصل. لذلك ، بالإضافة إلى المقاومة (العوائق) ، يتمتع الموصل أيضًا بالقدرة على توصيل التيار الكهربائي ، أي الموصلية.

كلما زادت مقاومة الموصل ، قلت الموصلية التي يتمتع بها ، وسوء توصيل التيار الكهربائي ، وعلى العكس ، كلما قلت مقاومة الموصل ، زادت الموصلية ، كلما كان من الأسهل مرور التيار عبر الموصل . لذلك ، فإن المقاومة والموصلية للموصل هي قيم متبادلة.

من المعروف من الرياضيات أن معكوس 5 هو 1/5 ، وعلى العكس من ذلك ، فإن معكوس 1/7 هو 7. لذلك ، إذا تم الإشارة إلى مقاومة الموصل بالحرف ص، ثم يتم تعريف الموصلية على أنها 1 / ص... عادة ما يشار إلى الموصلية بالحرف g.

تقاس الموصلية الكهربائية بـ (1 / أوم) أو سيمنز.

المثال 8.مقاومة الموصل 20 أوم. تحديد الموصلية.

لو ص= 20 أوم إذن

المثال 9.الموصلية هي 0.1 (1 / أوم). تحديد مقاومته ،

إذا كانت g = 0.1 (1 / Ohm) ، إذن ص= 1 / 0.1 = 10 (أوم)

المحتوى:

تعتبر مقاومة المعادن هي قدرتها على مقاومة التيار الكهربائي الذي يمر عبرها. وحدة القياس لهذه القيمة هي أوم * م (أوم متر). يستخدم الحرف اليوناني ρ (ro) كرمز. تعني قيم المقاومة العالية التوصيل الكهربائي السيئ لهذه المادة أو تلك.

مواصفات الفولاذ

قبل التفكير بالتفصيل في مقاومة الفولاذ ، يجب على المرء أن يتعرف على خصائصه الفيزيائية والميكانيكية الأساسية. نظرًا لصفاتها ، أصبحت هذه المادة منتشرة في المجال الصناعي ومجالات أخرى من حياة وعمل الناس.

الصلب هو سبيكة من الحديد والكربون يحتوي على نسبة لا تزيد عن 1.7٪. بالإضافة إلى الكربون ، يحتوي الفولاذ على كمية معينة من الشوائب - السيليكون والمنغنيز والكبريت والفوسفور. من حيث صفاته ، فهو أفضل بكثير من الحديد الزهر ، فهو يفسح المجال بسهولة للتصلب والتزوير والدرفلة وأنواع المعالجة الأخرى. تتميز جميع أنواع الفولاذ بالقوة العالية والليونة.

وفقًا للغرض منه ، ينقسم الفولاذ إلى هيكلية ، وأدوات ، وأيضًا بخصائص فيزيائية خاصة. يحتوي كل منها على كمية مختلفة من الكربون ، والتي بسببها تكتسب المادة صفات محددة معينة ، على سبيل المثال ، مقاومة الحرارة ومقاومة الحرارة ومقاومة الصدأ والتآكل.

يحتل الفولاذ الكهربائي مكانًا خاصًا يتم إنتاجه على شكل صفائح ويستخدم في إنتاج المنتجات الكهربائية. للحصول على هذه المادة ، يتم إجراء منشطات السيليكون ، والتي يمكن أن تحسن خصائصها المغناطيسية والكهربائية.

لكي يكتسب الفولاذ الكهربائي الخصائص المطلوبة ، يجب تلبية متطلبات وشروط معينة. يجب أن تكون المادة ممغنطة ومغناطيسية بسهولة ، أي يجب أن تتمتع بنفاذية مغناطيسية عالية. مثل هذا الفولاذ جيد ، ويتم عكس مغنطيته بأقل خسائر.

تعتمد أبعاد ووزن النوى والملفات المغناطيسية ، وكذلك كفاءة المحولات وقيمة درجة حرارة تشغيلها ، على الامتثال لهذه المتطلبات. يتأثر استيفاء الشروط بالعديد من العوامل ، بما في ذلك مقاومة الفولاذ.

المقاومة وغيرها من المؤشرات

المقاومة هي نسبة قوة المجال الكهربائي في المعدن وكثافة التيار المتدفق فيه. للحسابات العملية ، يتم استخدام الصيغة: في أي ρ هي المقاومة النوعية للمعدن (أوم * م) ، ه- شدة المجال الكهربائي (V / م) ، و ي- كثافة التيار الكهربائي في المعدن (أ / م 2). عندما يكون المجال الكهربائي قويًا جدًا وتكون كثافة التيار منخفضة ، فإن مقاومة المعدن ستكون عالية.

هناك كمية أخرى تسمى الموصلية الكهربائية ، وهي مقاومة متبادلة لمقاومة معينة ، تشير إلى درجة موصلية التيار الكهربائي بواسطة مادة معينة. يتم تحديده بواسطة الصيغة ويتم التعبير عنه بوحدات S / m - سيمنز لكل متر.

ترتبط المقاومة ارتباطًا وثيقًا بالمقاومة الكهربائية. ومع ذلك ، فهي تختلف عن بعضها البعض. في الحالة الأولى ، هذه خاصية للمادة ، بما في ذلك الفولاذ ، وفي الحالة الثانية ، يتم تحديد خاصية الكائن بأكمله. تتأثر جودة المقاوم بمجموعة من عدة عوامل ، أولاً وقبل كل شيء ، شكل ومقاومة المادة التي صنع منها. على سبيل المثال ، إذا تم استخدام سلك رفيع وطويل لصنع مقاوم ملفوف ، فستكون مقاومته أكبر من المقاوم المصنوع من سلك سميك وقصير من نفس المعدن.

مثال آخر هو مقاومات الأسلاك بنفس القطر والطول. ومع ذلك ، إذا كانت المادة في أحدهما تتمتع بمقاومة عالية محددة ، وكانت منخفضة في الأخرى ، فإن المقاومة الكهربائية في المقاوم الأول ستكون أعلى من المقاومة الثانية وفقًا لذلك.

بمعرفة الخصائص الأساسية للمادة ، يمكنك استخدام مقاومة الفولاذ لتحديد قيمة المقاومة للموصل الفولاذي. للحسابات ، بالإضافة إلى المقاومة الكهربائية ، سيكون قطر وطول السلك نفسه مطلوبين. يتم إجراء الحسابات وفقًا للصيغة التالية: ، في أي صهو (أوم) ، ρ - مقاومة محددة للصلب (أوم * م) ، إل- يتوافق مع طول السلك ، أ- مساحتها المستعرضة.

هناك اعتماد على درجة الحرارة لمقاومة الفولاذ والمعادن الأخرى. في معظم الحسابات ، يتم استخدام درجة حرارة الغرفة - 20 درجة مئوية. تؤخذ جميع التغييرات تحت تأثير هذا العامل في الاعتبار باستخدام معامل درجة الحرارة.