מהי התנגדות חשמלית?

הזרם החשמלי I בכל חומר נוצר על ידי תנועה של חלקיקים טעונים בכיוון מסוים עקב הפעלת אנרגיה חיצונית (הפרש פוטנציאלי U). לכל חומר תכונות בודדות המשפיעות על זרימת הזרם בו בדרכים שונות. מאפיינים אלה מוערכים על ידי ההתנגדות החשמלית R.

גיאורג אוהם קבע באופן אמפירי את הגורמים המשפיעים על גודל ההתנגדות החשמלית של חומר נתון נוסחת התלות שלו של מתח וזרם הנקרא על שמו. יחידת ההתנגדות SI נקראת על שמו. 1 אוהם הוא ערך ההתנגדות הנמדד ב-0°C עבור עמודה הומוגנית של כספית באורך 106.3 ס"מ עם שטח חתך של 1 מ"מ.

הַגדָרָה

על מנת להעריך וליישם הלכה למעשה חומרים לייצור מכשירים חשמליים, הוכנס המונח «התנגדות מוליכים»... שם התואר המוסף "ספציפי" מציין את מקדם השימוש של ערך ייחוס הנפח המקובל לחומר הנדון. זה מאפשר להעריך את הפרמטרים החשמליים של חומרים שונים.

במקרה זה, נלקח בחשבון שהתנגדות החוט עולה עם עלייה באורכו וירידה בחתך הרוחב שלו. מערכת SI משתמשת בנפח של חוט הומוגני באורך מטר אחד ו-1 מ"ר בחתך רוחב... בחישובים טכניים משתמשים ביחידת נפח מיושנת אך נוחה מחוץ למערכת המורכבת מאורך של מטר ושטח של 1 מ"מ.2... הנוסחה להתנגדות ρ מוצגת באיור.

כדי לקבוע את התכונות החשמליות של חומרים, מוצג מאפיין נוסף - מוליכות ספציפית ב. זה ביחס הפוך לערך ההתנגדות, קובע את יכולת החומר להוליך זרם חשמלי: b = 1 / p.

איך ההתנגדות תלויה בטמפרטורה

מוליכות החומר מושפעת מהטמפרטורה שלו. קבוצות שונות של חומרים אינן מתנהגות אותו הדבר בעת חימום או קירור. נכס זה נלקח בחשבון עבור חוטי חשמל הפועלים בחוץ במזג אוויר חם וקר.

החומר וההתנגדות הספציפית של המוליך נבחרים תוך התחשבות בתנאי פעולתו.

העלייה בהתנגדות של חוטים למעבר זרם במהלך החימום מוסברת בכך שככל שעולה הטמפרטורה של המתכת בה, עולה עוצמת התנועה של אטומים ונושאי מטענים חשמליים לכל הכיוונים, מה שיוצר מכשולים מיותרים. לתנועה של חלקיקים טעונים בכיוון אחד ומפחיתה את ערך השטף שלהם.

אם הטמפרטורה של המתכת יורדת, אז התנאים למעבר הזרם משתפרים.בקירור לטמפרטורה קריטית, תופעת מוליכות העל מופיעה במתכות רבות, כאשר ההתנגדות החשמלית שלהן היא כמעט אפס. מאפיין זה נמצא בשימוש נרחב באלקטרומגנטים בהספק גבוה.

השפעת הטמפרטורה על מוליכות המתכות משמשת את תעשיית החשמל בייצור מנורות ליבון רגילות. שֶׁלָהֶם חוט ניכרום כאשר הזרם עובר, הוא מחומם למצב כזה שהוא פולט שטף אור. בתנאים רגילים, ההתנגדות של nichrome היא בערך 1.05 ÷ 1.4 (אוהם ∙ mm2) / m.

כאשר הנורה מופעלת במתח, עובר זרם גדול דרך חוט הלהט, שמחמם מהר מאוד את המתכת.במקביל, ההתנגדות של המעגל החשמלי עולה, ומגבילה את זרם ההתחלה לערך הנומינלי הדרוש לקבלת תאורה . באופן זה, ויסות פשוט של חוזק הזרם מתבצע באמצעות ספירלת ניקרום, אין צורך להשתמש בנטלים מורכבים המשמשים במקורות LED ופלורסנט.

איך העמידות של חומרים המשמשים בהנדסה

למתכות יקרות לא ברזליות יש את תכונות המוליכות החשמלית הטובות ביותר. לכן, מגעים קריטיים במכשירים חשמליים עשויים מכסף. אבל זה מעלה את המחיר הסופי של המוצר כולו. האפשרות המקובלת ביותר היא להשתמש במתכות זולות יותר. לדוגמה, ההתנגדות של נחושת שווה ל-0.0175 (אוהם ∙ מ"מ) / מ' מתאימה למדי למטרות כאלה.

מתכות אצילות - זהב, כסף, פלטינה, פלדיום, אירידיום, רודיום, רותניום ואוסמיום, הנקראות בעיקר בשל עמידותן הכימית הגבוהה והמראה היפה בתכשיטים.כמו כן, לזהב, לכסף ולפלטינה יש פלסטיות גבוהה, ומתכות מקבוצת הפלטינה הן עקשנות, וכמו זהב, היא אינרטית מבחינה כימית. יתרונות אלה של מתכות יקרות משתלבים.

סגסוגות נחושת עם מוליכות טובה משמשות לייצור shunts המגבילים את זרימת הזרמים הגדולים דרך ראש המדידה של מדי זרם חזקים.

ההתנגדות של אלומיניום 0.026 ÷ 0.029 (אוהם ∙ מ"מ) / מ' גבוהה מעט מזו של נחושת, אך הייצור והמחיר של מתכת זו נמוכים יותר. זה גם קל יותר. זה מסביר את השימוש הרחב שלו בחשמל לייצור חוטים חיצוניים וליבות כבלים.

התנגדות של ברזל 0.13 (אוהם ∙ מ"מ) / מ' מאפשרת גם את השימוש בו להעברת זרם חשמלי, אך זה מוביל לאובדי כוח גדולים יותר. לסגסוגות פלדה יש ​​חוזק מוגבר. לכן, חוטי פלדה שזורים במוליכי האלומיניום העיליים של קווי מתח גבוה, המיועדים לעמוד בעומסי שבירה.

זה נכון במיוחד כאשר נוצר קרח על חוטים או משבי רוח חזקים.

לסגסוגות מסוימות, למשל קסטנטין וניקלין, יש מאפייני התנגדות יציבים מבחינה תרמית בטווח מסוים. ההתנגדות החשמלית של ניקלין כמעט אינה משתנה מ-0 ל-100 מעלות צלזיוס. לכן, סלילי ריאוסטט עשויים מניקל.

במכשירי מדידה נעשה שימוש נרחב בתכונה של שינוי קפדני בערכי ההתנגדות של פלטינה ביחס לטמפרטורה שלה. אם מועבר זרם חשמלי ממקור מתח מיוצב דרך חוט פלטינה ומחושב ערך ההתנגדות, זה יציין את הטמפרטורה של הפלטינה.זה מאפשר לדרג את הסולם במעלות התואמות לערכי אוהם. שיטה זו מאפשרת לך למדוד את הטמפרטורה בדיוק של שברי מעלה.

לפעמים, כדי לפתור בעיות מעשיות, אתה צריך לדעת את ההתנגדות הכללית או הספציפית של הכבל... למטרה זו, ספריות מוצרי הכבלים מספקות את ערכי ההתנגדות האינדוקטיבית והאקטיבית של ליבה בודדת עבור כל ערך של הכבלים. צומת. הם משמשים לחישוב העומסים המותרים, החום שנוצר, קביעת תנאי ההפעלה המותרים ובחירה בהגנה יעילה.

המוליכות הספציפית של מתכות מושפעת מאופן עיבודן. השימוש בלחץ לדפורמציה פלסטית משבש את מבנה הסריג הגבישי, מגדיל את מספר הפגמים ומגביר את ההתנגדות. כדי לצמצם אותו, נעשה שימוש בחישול מחדש.

מתיחה או דחיסה של מתכות גורמת לדפורמציה אלסטית בהן, שממנה יורדות המשרעות של הרעידות התרמיות של האלקטרונים, וההתנגדות יורדת במידת מה.

בעת תכנון מערכות הארקה, יש צורך לקחת בחשבון עמידות בקרקע... זה שונה בהגדרה מהשיטה לעיל ונמדד ביחידות SI - אוהם. מטר. בעזרתו, איכות חלוקת הזרם החשמלי בתוך האדמה מוערכת.
תלות עמידות הקרקע בלחות הקרקע ובטמפרטורה:

מוליכות הקרקע מושפעת מגורמים רבים, כולל לחות הקרקע, צפיפות, גודל חלקיקים, טמפרטורה, ריכוז מלחים, חומצות ובסיסים.