Какое удельное сопротивление у меди и алюминия. Как зависит сопротивление проводника от его сечения и длины. Какие факторы влияют на электропроводность металлов. Сравнение проводимости разных материалов.
Что такое электрическое сопротивление проводников
Электрическое сопротивление — это свойство материала препятствовать прохождению электрического тока. Оно характеризуется удельным сопротивлением, которое является константой для каждого вещества. Сопротивление проводника зависит от следующих факторов:
- Материал проводника
- Длина проводника
- Площадь поперечного сечения
- Температура
- Внешние условия (давление, магнитные поля и др.)
Сопротивление проводника рассчитывается по формуле:
R = ρ * L / S
где R — сопротивление, ρ — удельное сопротивление материала, L — длина проводника, S — площадь сечения.
Удельное сопротивление меди и алюминия
Медь и алюминий являются наиболее распространенными материалами для изготовления проводов и кабелей. Это обусловлено их низким удельным сопротивлением:
- Удельное сопротивление меди: 0,0172 Ом*мм²/м
- Удельное сопротивление алюминия: 0,0271 Ом*мм²/м
Как видно, медь обладает меньшим удельным сопротивлением, поэтому медные провода имеют лучшую проводимость при том же сечении.
Зависимость сопротивления от сечения проводника
Сопротивление проводника обратно пропорционально площади его поперечного сечения. Чем больше сечение, тем меньше сопротивление. Рассмотрим сопротивление медных и алюминиевых проводов разного сечения длиной 1 км:
| Сечение, мм² | Сопротивление Cu, Ом/км | Сопротивление Al, Ом/км |
|---|---|---|
| 1,5 | 11,5 | 18,1 |
| 2,5 | 6,9 | 10,8 |
| 4 | 4,3 | 6,8 |
| 6 | 2,9 | 4,5 |
| 10 | 1,7 | 2,7 |
Влияние температуры на сопротивление металлов
Сопротивление металлических проводников увеличивается с ростом температуры. Это связано с усилением колебаний атомов кристаллической решетки, что затрудняет движение свободных электронов. Зависимость описывается формулой:R = R₀(1 + αΔt)
где R₀ — сопротивление при 0°C, α — температурный коэффициент сопротивления, Δt — изменение температуры.
Температурный коэффициент сопротивления для меди составляет 0,004 1/°C, для алюминия — 0,0043 1/°C.
Сравнение проводимости различных металлов
Рассмотрим удельное сопротивление некоторых металлов при комнатной температуре:
- Серебро: 0,016 Ом*мм²/м
- Медь: 0,0172 Ом*мм²/м
- Золото: 0,024 Ом*мм²/м
- Алюминий: 0,0271 Ом*мм²/м
- Вольфрам: 0,055 Ом*мм²/м
- Железо: 0,098 Ом*мм²/м
- Свинец: 0,21 Ом*мм²/м
Серебро обладает наилучшей проводимостью, но из-за высокой стоимости редко используется для изготовления проводов.
Особенности алюминиевой и медной проводки
При выборе материала для электропроводки следует учитывать следующие факторы:
- Медь обладает лучшей проводимостью, что позволяет использовать провода меньшего сечения
- Алюминий дешевле меди примерно в 3-4 раза
- Медные провода более устойчивы к коррозии и механическим нагрузкам
- Алюминиевые провода со временем окисляются, что может привести к ухудшению контакта
- Согласно современным нормам, в жилых помещениях рекомендуется использовать медную проводку
Расчет сопротивления кабельных линий
При проектировании электрических сетей важно правильно рассчитать сопротивление кабельных линий. Это позволяет определить падение напряжения и потери мощности. Для расчета используется формула:
R = ρ * L / S
где ρ — удельное сопротивление материала жилы, L — длина линии, S — сечение жилы.
При этом нужно учитывать, что реальное сопротивление кабеля может отличаться от расчетного из-за допусков при производстве и влияния температуры.
Выбор сечения кабеля по допустимому нагреву
При протекании тока провод нагревается за счет выделения тепла. Чрезмерный нагрев может привести к повреждению изоляции. Поэтому выбор сечения кабеля производится с учетом допустимого длительного тока нагрузки:
- Для медных проводов с ПВХ изоляцией:
- 1,5 мм² — 19 А
- 2,5 мм² — 27 А
- 4 мм² — 38 А
- 6 мм² — 46 А
- Для алюминиевых проводов с ПВХ изоляцией:
- 2,5 мм² — 20 А
- 4 мм² — 28 А
- 6 мм² — 36 А
- 10 мм² — 50 А
Влияние внешних факторов на сопротивление проводников
Кроме температуры, на сопротивление проводников могут влиять и другие факторы:
- Давление — при увеличении давления сопротивление металлов обычно уменьшается
- Магнитное поле — у ферромагнетиков (железо, никель) сопротивление зависит от напряженности магнитного поля
- Механические деформации — растяжение обычно увеличивает сопротивление, сжатие — уменьшает
- Радиация — облучение может изменять структуру металла и влиять на его сопротивление
Учет этих факторов важен при проектировании электрических систем для специфических условий эксплуатации.
Сверхпроводимость и ее применение
Сверхпроводимость — это явление полного исчезновения электрического сопротивления при охлаждении некоторых материалов ниже определенной критической температуры. Для большинства сверхпроводников эта температура близка к абсолютному нулю.
Применение сверхпроводников позволяет создавать:
- Мощные электромагниты для научных исследований и медицинской техники (МРТ)
- Сверхчувствительные датчики магнитного поля
- Высокоскоростные линии электропередачи с минимальными потерями
- Сверхбыстрые компьютеры на основе сверхпроводящих элементов
Несмотря на большой потенциал, широкое применение сверхпроводников пока ограничено сложностью поддержания сверхнизких температур.
Удельное сопротивление металлов. Таблица
Наличие отмеченных свойств используют не только в инженерных энергетических сетях. Хорошая электропроводность позволяет передавать на большие расстояния информационные сигналы без искажений. Сохранение высокой амплитуды уменьшает требования к усилительным трактам, снижает общую себестоимость систем. Минимизация потерь пригодится в электролизных установках, при создании контактных групп и обмоток двигателей.
Важно! Во всех перечисленных примерах, кроме общего повышения эффективности, можно рассчитывать на предотвращение перегрева.
Величина сопротивления провода зависит от трех параметров: удельного сопротивления металла, длины и диаметра самого провода. Формула для расчета сопротивления провода:
где: R — сопротивление провода (Ом) ρ — удельное сопротивление металла (Ом.m) L — длина провода (м) А — площадь поперечного сечения провода (м2)
В качестве примера рассмотрим проволочный резистор из нихрома с удельным сопротивлением 1.
10×10-6 Ом.м. Проволока имеет длину 1500 мм и диаметр 0,5 мм. На основе этих трех параметров рассчитаем сопротивление провода из нихрома:
Нихром и константан часто используют в качестве материала для сопротивлений. Ниже в таблице вы можете посмотреть удельное сопротивление некоторых наиболее часто используемых металлов.
Значения температурного коэффициента для некоторых металлов
| Металл | α | ||
| Серебро Медь Железо Вольфрам Платина | 0,0035 0,0040 0,0066 0,0045 0,0032 | Ртуть Никелин Константан Нихром Манганин | 0,0090 0,0003 0,000005 0,00016 0,00005 |
Из формулы температурного коэффициента сопротивления определим rt:
Пример 6. Определить сопротивление железной проволоки, нагретой до 200°C, если сопротивление ее при 0°C было 100 Ом.
Пример 7. Термометр сопротивления, изготовленный из платиновой проволоки, в помещении с температурой 15°C имел сопротивление 20 Ом.
Термометр поместили в печь и через некоторое время было измерено его сопротивление. Оно оказалось равным 29,6 Ом. Определить температуру в печи.
Поверхностное сопротивление
Величина поверхностного сопротивления рассчитывается таким же образом, как и сопротивление провода. В данном случае площадь сечения можно представить в виде произведения w и t:
Для некоторых материалов, таких как тонкие пленки, соотношение между удельным сопротивлением и толщиной пленки называется поверхностное сопротивление слоя RS: где RS измеряется в омах. При данном расчете толщина пленки должна быть постоянной.
Часто производители резисторов для увеличения сопротивления вырезают в пленке дорожки, чтобы увеличить путь для электрического тока.
Тонкие плёнки
Сопротивление тонких плоских плёнок (когда её толщина много меньше расстояния между контактами) принято называть «удельным сопротивлением на квадрат», RSq.{\displaystyle R_{\mathrm {Sq} }.} Этот параметр удобен тем, что сопротивление квадратного куска проводящей плёнки не зависит от размеров этого квадрата, при приложении напряжения по противоположным сторонам квадрата.
При этом сопротивление куска плёнки, если он имеет форму прямоугольника, не зависит от его линейных размеров, а только от отношения длины (измеренной вдоль линий тока) к его ширине L/W
: RSq=RWL,{\displaystyle R_{\mathrm {Sq} }=RW/L,} где
R
— измеренное сопротивление. В общем случае, если форма образца отличается от прямоугольной, и поле в плёнке неоднородное, используют метод ван дер Пау.
Свойства резистивных материалов
Удельное сопротивление металла зависит от температуры. Их значения приводится, как правило, для комнатной температуры (20°С). Изменение удельного сопротивления в результате изменения температуры характеризуется температурным коэффициентом.
Например, в термисторах (терморезисторах) это свойство используется для измерения температуры. С другой стороны, в точной электронике, это довольно нежелательный эффект. Металлопленочные резисторы имеют отличные свойства температурной стабильности. Это достигается не только за счет низкого удельного сопротивления материала, но и за счет механической конструкции самого резистора.
Много различных материалов и сплавов используются в производстве резисторов. Нихром (сплав никеля и хрома), из-за его высокого удельного сопротивления и устойчивости к окислению при высоких температурах, часто используют в качестве материала для изготовления проволочных резисторов. Недостатком его является то, что его невозможно паять. Константан, еще один популярный материал, легко паяется и имеет более низкий температурный коэффициент.
Материалы высокой проводимости
К наиболее широкораспрстраненным материалам высокой проводимости следует отнести медь и алюминий (Сверхпроводящие материалы, имеющие типичное сопротивление в 10-20 раз ниже обычных проводящих материалов (металлов) рассматриваются в разделе Сверхпроводимость).
Медь
Преимущества меди, обеспечивающие ей широкое применение в качестве проводникового материала, следующие:
- малое удельное сопротивление;
- достаточно высокая механическая прочность;
- удовлетворительная в большинстве случаев применения стойкость по отношению к коррозии;
- хорошая обрабатываемость: медь прокатывается в листы, ленты и протягивается в проволоку, толщина которой может быть доведена до тысячных долей миллиметра;
- относительная легкость пайки и сварки.
Медь получают чаще всего путем переработки сульфидных руд. После ряда плавок руды и обжигов с интенсивным дутьем медь, предназначенная для электротехнических целей, обязательно проходит процесс электролитической очистки.
В качестве проводникового материала чаще всего используется медь марок М1 и М0. Медь марки М1 содержит 99.9% Cu, а в общем количестве примесей (0.1%) кислорода должно быть не более 0,08%. Присутствие в меди кислорода ухудшает ее механические свойства. Лучшими механическими свойствами обладает медь марки М0, в которой содержится не более 0.05% примесей, в том числе не свыше 0.02% кислорода.
Медь является сравнительно дорогим и дефицитным материалом, поэтому она все шире заменяется другими металлами, особенно алюминием.
В отдельных случаях применяются сплавы меди с оловом, кремнием, фосфором, бериллием, хромом, магнием, кадмием. Такие сплавы, носящие название бронз, при правильно подобранном составе имеют значительно более высокие механические свойства, чем чистая медь.
Алюминий
Алюминий является вторым по значению после меди проводниковым материалом. Это важнейший представитель так называемых легких металлов: плотность литого алюминия около 2.6, а прокатанного — 2.7 Мг/м3. Т.о., алюминий примерно в 3.5 раза легче меди. Температурный коэффициент расширения, удельная теплоемкость и теплота плавления алюминия больше, чем меди. Вследствие высоких значений удельной теплоемкости и теплоты плавления для нагрева алюминия до температуры плавления и перевода в расплавленное состояние требуется большая затрата тепла, чем для нагрева и расплавления такого же количества меди, хотя температура плавления алюминия ниже, чем меди.
Алюминий обладает пониженными по сравнению с медью свойствами — как механическими, так и электрическими. При одинаковом сечении и длине электрическое сопротивление алюминиевого провода в 1.63 раза больше, чем медного. Весьма важно, что алюминий менее дефицитен, чем медь.
Для электротехнических целей используют алюминий, содержащий не более 0.
5% примесей, марки А1. Еще более чистый алюминий марки АВ00 (не более 0.03% примесей) применяют для изготовления алюминиевой фольги, электродов и корпусов электролитических конденсаторов. Алюминий наивысшей чистоты АВ0000 имеет содержание примесей не более 0ю004%. Добавки Ni, Si, Zn или Fe при содержании их 0.5% снижают γ отожженного алюминия не более, чем на 2-3%. Более заметное действие оказывают примеси Cu, Ag и Mg, при том же массовом содержании снижающие γ алюминия на 5-10%. Очень сильно снижают электропроводность алюминия Ti и Mn.
Алюминий весьма активно окисляется и покрывается тонкой оксидной пленкой с большим электрическим сопротивлением. Эта пленка предохраняет металл от дальнейшей коррозии.
Алюминиевые сплавы обладают повышенной механической прочностью. Примером такого сплава является альдрей, содержащий 0.3-0.5% Mg, 0.4-0.7% Si и 0.2-0.3% Fe. В альдрее образуется соединение Mg2Si, которое сообщает высокие механические свойства сплаву.
Железо и сталь
Железо (сталь) как наиболее дешевый и доступный металл, обладающий к тому же высокой механической прочностью, представляет большой интерес для использования в качестве проводникового материала.
Однако даже чистое железо имеет значительно более высокое сравнительно с медью и алюминием удельное сопротивление; ρ стали, т.е. железа с примесью углерода и других элементов, еще выше. Обычная сталь обладает малой стойкостью коррозии: даже при нормальной температуре, особенно в условиях повышенной влажности, она быстро ржавеет; при повышении температуры скорость коррозии резко возрастает. Поэтому поверхность стальных проводов должна быть защищена слоем более стойкого материала. Обычно для этой цели применяют покрытие цинком.
В ряде случаев для уменьшения расхода цветных металлов применяют так называемый биметалл. Это сталь, покрытая снаружи слоем меди, причем оба металла соединены друг с другом прочно и непрерывно.
Натрий
Весьма перспективным проводниковым материалом является металлический натрий. Натрий может быть получен электролизом расплавленного хлористого натрия NaCl в практически неограниченных количествах. Из сравнения свойств натрия со свойствами других проводниковых металлов видно, что удельное сопротивление натрия примерно в 2.
8 раза больше ρ меди и в 1.7 раз больше ρ алюминия, но благодаря чрезвычайно малой плотности натрия (плотность его почти в 9 раз меньше плотности меди), провод из натрия при данной проводимости на единицу длины должен быть значительно легче, чем провод из любого другого металла. Однако натрий чрезвычайно активен химически (он интенсивно окисляется на воздухе, бурно реагирует с водой), почему натриевый провод должен быть защищен герметизирующей оболочкой. Оболочка должна придавать проводу необходимую механическую прочность, так как натрий весьма мягок и имеет малый предел прочности при деформациях.
Литература по удельному сопротивлению проводников
- Кузнецов М. И., «Основы электротехники» – 9-е издание, исправленное – Москва: Высшая школа, 1964 – 560с.
- Бачелис Д. С., Белоруссов Н. И., Саакян А. Е. Электрические кабели, провода и шнуры. Справочник. — М.: Энергия, 1971.
- Гершун А. Л. Кабель // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп. ). — СПб., 1890—1907.
- Р. Лакерник, Д. Шарле. От меди к стеклу // Наука и жизнь. — 1986. — Вып. 08. — С. 50—54, 2-3 стр. цветной вкладки.
). — СПб., 1890—1907.ТОЭЭ ТЭЦ РиЭКТ Метрология Реальная физика Сверхпроводимость Теория проводимости
Какой материал для электропроводки нужно выбирать для квартиры
В советские времена в жилых помещениях обычным явлением было применение электропроводки из алюминия. Это происходило по тому, что в жилых домах не было высоких нагрузок на электрическую сеть ввиду небольшой мощности и малого количества электрических приборов. С развитием техники и появлением огромного разнообразия мощных электроприборов, которые используются в домашних условиях, существенно повысились требования к качеству и материалам для электрического кабеля. В современных реалиях устройство проводки из алюминиевого материала практически не применяется, так как согласно ПУЭ электрическая проводка в жилых помещениях должна выполняться из меди!
Интересный факт! Не многие знают, но чуть ранее до алюминиевой проводки, в сталинские времена, в квартирах использовалась медная проводка.
Преимущества и недостатки алюминиевой электропроводки
Основными преимуществами электрической проводки из алюминия являются:
Несмотря на то, что медь – один из лучших проводников электричества, она обладает сопротивлением. Оно незначительно – поэтому, например, при прокладке трасс небольшой длины (например, в квартире) им можно пренебречь.
Однако при прокладке трасс большой длины сопротивление медного кабеля имеет решающее значение – поскольку никому не хочется получить на «выходе» значительно меньшее напряжение, чем на «входе».
Сопротивление жилы медного кабеля
Существует три способа узнать сопротивление жилы медного кабеля – получить его из таблицы, рассчитать или же измерить специальным прибором (омметром). Первый вариант наиболее прост, но при этом не слишком точен. Таблицы, в которых указывается номинальное электросопротивление токоведущих жил медного кабеля в расчёт на 1 км длины, приведены в ГОСТ 22483-2012.
Дело в том, что табличные величины сопротивления указываются для кабелей определённого сечения и с определённым составом проводника.
На практике же выясняется, что состав медного сплава может отличаться от нормативов. Особенно если речь заходит о некачественных, бюджетных кабелях.
Второй способ получения сопротивления медного кабеля – расчёт по формуле. Потребуется указать следующие значения:
- Удельное сопротивление меди ρ, которое варьируется в зависимости от процентного содержания меди в сплаве от 0,01724 до 0,018 Ом×мм²/м;
- Длину медного кабеля в метрах;
- Сечение кабеля S в мм².
Далее используется следующая формула:
Полученное сопротивление R– это сопротивление всего проводника на произвольную длину. Так что этой формулой удобно пользоваться при расчётах как длинных, так и коротких линий.
Якорь И третий вариант – это измерить сопротивление проводника самостоятельно. Он наиболее точен, поскольку показывает фактическое значение. Тем не менее, главный минус этого способа заключается в трудоёмкости.
Измерение электросопротивления токоведущих жил производится одинарным, двойным или одинарно-двойным мостом с постоянным напряжением.
Конкретная методика и принципиальные схемы описываются ГОСТ 7229-76.
Сопротивление изоляции кабелей медных
Измерение сопротивления изоляции кабелей с медными токоведущими жилами является частью испытаний кабельных линий. Эти процедуры проводятся при положительной температуре окружающего воздуха.
Дело в том, что в изоляции кабеля могут находиться микрокапли влаги. При отрицательных температурах они замерзают. Кристаллы льда, в свою очередь, являются диэлектриками, то есть ток они не проводят. И, как следствие, измерения медных кабелей при отрицательной температуре не выявят наличия вкраплений влаги в изоляции.
Для измерения сопротивления изоляции используется мегаомметр. Нормативы подразумевают, что его погрешность должна составлять не более 0,2%. Так, одним из допускаемых соответствующим госреестром устройств является SonelMIC-2500 – гигаомметр, предназначенный для измерения сопротивления изоляции, степени её увлажнённости и старения.
В общем виде процедура измерения сопротивления изоляции медных кабелей проводится следующим образом:
- С кабеля снимается напряжение. Его отсутствие проверяется специальным устройством;
- Устанавливается испытательное заземление на стороне, где проводится измерение;
- Жилы с другой стороны разводятся на значительное расстояние друг от друга;
- На каждую жилу подаётся напряжение. На кабели с изоляцией из бумаги, ПВХ, полимеров и резины подаётся постоянное напряжение, а на кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена – переменное;
- В течение одной минуты замеряется сопротивление изоляции.
Его отсутствие проверяется специальным устройством;Измерение проходит следующим образом:
- Предположим, измеряется сопротивление изоляции жилы «А»;
- Тогда испытательное заземление подключается к жилам «В» и «С»;
- Один конец мегаомметра подключается к жиле «А», второй – к заземляющему устройству («земле»).
Стоит отметить, что конкретная методика измерения зависит от типа кабеля – низковольтный силовой, высоковольтный силовой, контрольный. Вышеприведённый алгоритм имеет общий характер.
Выбор сечения кабеля
Поскольку у провода есть сопротивление, при прохождении по нему электрического тока выделяется тепло, и происходит падение напряжения.
Оба этих фактора необходимо учитывать при выборе сечения кабелей.
Выбор по допустимому нагреву
При протекании тока в проводе выделяется энергия. Её количество можно рассчитать по формуле электрической мощности:
В медном проводе сечением 2,5мм² и длиной 10 метров R=10*0.0074=0.074Ом. При токе 30А Р=30²*0,074=66Вт.
Эта мощность нагревает токопроводящую жилу и сам кабель. Температура, до которой он нагревается, зависит от условий прокладки, числа жил в кабеле и других факторов, а допустимая температура – от материала изоляции. Медь обладает большей проводимостью, поэтому меньше выделяемая мощность и необходимое сечение. Определяется оно по специальным таблицам или при помощи онлайн-калькулятора.
Таблица выбора сечения провода по допустимому нагреву
Допустимые потери напряжения
Кроме нагрева, при прохождении электрического тока по проводам происходит уменьшение напряжения возле нагрузки. Эту величину можно рассчитать по закону Ома:
Справка.
По нормам ПУЭ оно должно составлять не более 5% или в сети 220В – не больше 11В.Поэтому, чем длиннее кабель, тем больше должно быть его сечение. Определить его можно по таблицам или при помощи онлайн-калькулятора. В отличие от выбора сечения по допустимому нагреву, потери напряжения не зависят от условий прокладки и материала изоляции.
В сети 220В напряжение подаётся по двум проводам: фазному и нулевому, поэтому расчёт производится по двойной длине кабеля. В кабеле из предыдущего примера оно составит U=I*R=30A*2*0.074Ом=4,44В. Это немного, но при длине 25 метров получается 11,1В – предельно допустимая величина, придётся увеличивать сечение.
Максимально допустимая длина кабеля данного сечения
таблица удельного сопротивления меди, алюминия и других металлов
Как нам известно из закона Ома, ток на участке цепи находится в следующей зависимости: I=U/R. Закон был выведен в результате серии экспериментов немецким физиком Георгом Омом в XIX веке.
Он заметил закономерность: сила тока на каком-либо участке цепи прямо зависит от напряжения, которое к этому участку приложено, и обратно — от его сопротивления.
- Проводимость и сопротивление
- Проводники и диэлектрики
- Зависимость от факторов внешней среды
- Удельное сопротивление различных проводников
Позже было установлено, что сопротивление участка зависит от его геометрических характеристик следующим образом:
где l- длина проводника, S — площадь его поперечного сечения, а ρ — некий коэффициент пропорциональности.
Таким образом, сопротивление определяется геометрией проводника, а также таким параметром, как удельное сопротивление (далее — у. с.) — так назвали этот коэффициент. Если взять два проводника с одинаковым сечением и длиной и поставить их в цепь по очереди, то, измеряя силу тока и сопротивление, можно увидеть, что в двух случаях эти показатели будут разными. Таким образом, удельное электрическое сопротивление — это характеристика материала, из которого сделан проводник, а если быть еще более точным, то вещества.
Проводимость и сопротивление
У.с. показывает способность вещества препятствовать прохождению тока. Но в физике есть и обратная величина — проводимость. Она показывает способность проводить электрический ток. Выглядит она так:
σ=1/ρ, где ρ — это и есть удельное сопротивление вещества.
Если говорить о проводимости, то она определяется характеристиками носителей зарядов в этом веществе. Так, в металлах есть свободные электроны. На внешней оболочке их не больше трех, и атому выгоднее их «отдать», что и происходит при химических реакциях с веществами из правой части таблицы Менделеева. В ситуации же, когда мы располагаем чистым металлом, он имеет кристаллическую структуру, в которой эти наружные электроны общие. Они-то и переносят заряд, если приложить к металлу электрическое поле.
В растворах носителями заряда являются ионы.
Если говорить о таких веществах, как кремний, то по своим свойствам он является полупроводником и работает несколько по иному принципу, но об этом позже.
8 Ом.
Между этими двумя классами существуют вещества, называемые полупроводниками. Но выделение их в отдельную группу веществ связано не столько с их промежуточным состоянием в линейке «проводимость — сопротивление», сколько с особенностями этой проводимости в различных условиях.
Зависимость от факторов внешней среды
Проводимость — не совсем постоянная величина. Данные в таблицах, откуда берут ρ для расчетов, существуют для нормальных условий среды, то есть для температуры 20 градусов. В реальности для работы цепи сложно подобрать такие идеальные условия; фактически у.с. (а стало быть, и проводимость) зависят от следующих факторов:
- температура;
- давление;
- наличие магнитных полей;
- свет;
- агрегатное состояние.
Разные вещества имеют свой график изменения этого параметра в разных условиях. Так, ферромагнетики (железо и никель) увеличивают его при совпадении направления тока с направлением силовых линий магнитного поля.
Что касается температуры, то зависимость здесь почти линейная (существует даже понятие температурного коэффициента сопротивления, и это тоже табличная величина). Но направление этой зависимости различно: у металлов оно повышается с повышением температуры, а у редкоземельных элементов и растворов электролитов увеличивается — и это в пределах одного агрегатного состояния.
У полупроводников зависимость от температуры не линейная, а гиперболическая и обратная: при повышении температуры их проводимость увеличивается. Это качественно отличает проводники от полупроводников. Вот так выглядит зависимость ρ от температуры у проводников:
Здесь представлены удельное сопротивление меди, платины и железа. Немного другой график у некоторых металлов, например, ртути — при понижении температуры до 4 К она теряет его почти полностью (такое явление называется сверхпроводимостью).
А для полупроводников эта зависимость будет примерно такая:
При переходе в жидкое состояние ρ металла увеличивается, а вот дальше все они ведут себя по-разному.
Например, у расплавленного висмута оно ниже, чем при комнатной температуре, а у меди — в 10 раз выше нормального. Никель выходит из линейного графика еще при 400 градусах, после чего ρ падает.
Зато у вольфрама температурная зависимость настолько высока, что это становится причиной перегорания ламп накаливания. При включении ток нагревает спираль, и ее сопротивление увеличивается в несколько раз.
Также у. с. сплавов зависит от технологии их производства. Так, если мы имеем дело с простой механической смесью, то сопротивление такого вещества можно посчитать по среднему, а вот оно же у сплава замещения (это когда два и более элемента складываются в одну кристаллическую решетку) будет иным, как правило, куда большим. Например, нихром, из которого делают спирали для электроплиток, имеет такую цифру этого параметра, что этот проводник при включении в цепь греется до красноты (из-за чего, собственно, и используется).
Вот характеристика ρ углеродистых сталей:
Как видно, при приближении к температуре плавления оно стабилизируется.
Как видно из таблицы, лучший проводник — это серебро. И только его стоимость мешает массово применять его в производстве кабеля. У.с. алюминия тоже небольшое, но меньше, чем у золота. Из таблицы становится понятно, почему проводка в домах либо медная, либо алюминиевая.
В таблицу не включен никель, у которого, как мы уже сказали, немного необычный график зависимости у. с. от температуры. Удельное сопротивление никеля после повышения температуры до 400 градусов начинает не расти, а падать. Интересно он ведет себя и в других сплавах замещения. Вот так ведет себя сплав меди и никеля в зависимости от процентного соотношения того и другого:
А этот интересный график показывает сопротивление сплавов Цинк — магний:
В качестве материалов для изготовления реостатов используют высокоомные сплавы, вот их характеристики:
| сплав | удельное сопротивление |
| манганин | 4,82*10^-7 |
| константан | 4,9*10^-7 |
| нихром | 1,1*10^-6 |
| фехраль | 1,2*10^-6 |
| хромаль | 1,2*10^-6 |
Это сложные сплавы, состоящие из железа, алюминия, хрома, марганца, никеля.
-7 Ом · м.
Разница между у. с. различных проводников определяет и их применение. Так, медь и алюминий массово применяются при производстве кабеля, а золото и серебро — в качестве контактов в ряде радиотехнических изделий. Высокоомные проводники нашли свое место среди производителей электроприборов (точнее, они и создавались для этого).
Изменчивость этого параметра в зависимости от условий внешней среды легла в основу таких приборов, как датчики магнитного поля, терморезисторы, тензодатчики, фоторезисторы.
Алюминиевые и медные провода — электрическое сопротивление в зависимости от площади поперечного сечения
Алюминиевые и медные провода — электрическое сопротивление в зависимости от площади поперечного сеченияEngineering ToolBox — Ресурсы, инструменты и базовая информация для проектирования и проектирования технических приложений!
Электрическое сопротивление в простых медных или алюминиевых проводах.
Рекламные ссылки
Электрическое сопротивление в одножильных проводниках:
| Площадь поперечного сечения (mm 2 ) | Resistance (ohm/km) | |
|---|---|---|
| Copper | Aluminum | |
0. 5 | 34.5 | 53 |
| 0.75 | 23 | 35.3 |
| 1.0 | 17.2 | 26.5 |
| 1.5 | 11.5 | 17.7 |
| 2.5 | 6.9 | 10.6 |
| 4.0 | 4.3 | 6.6 |
| 6.0 | 2.9 | 4.4 |
| 10 | 1.7 | 2.7 |
| 16 | 1.1 | 1.7 |
| 25 | 0.69 | 1.1 |
| 35 | 0.49 | 0.76 |
| 50 | 0.34 | 0.53 |
| 70 | 0.25 | 0.38 |
| 95 | 0.18 | 0.28 |
| 120 | 0.14 | 0.22 |
| 150 | 0.11 | 0. 18 |
| 185 | 0.093 | 0.14 |
| 240 | 0.072 | 0.11 |
| 300 | 0.058 | 0.088 |
| 400 | 0.043 | 0.066 |
| 500 | 0.035 | 0.053 |
| 630 | 0.027 | 0.042 |
- values are based on electrical resistivity for copper 1.724 x 10 — 8 Ом·м (0,0174 мкОм·м) и удельное электрическое сопротивление для алюминия 2,65 x 10 -8 Ом·м (0,0265 мкОм·м)
0215 AWG, диаметр в милах, окружность в милах, диаметр в мм и площадь в мм 2 - Закон Ома
Скачать и распечатать Медные и алюминиевые провода — таблица электрического сопротивления
Рекламные ссылки
Документы
Рекламные ссылки
Engineering ToolBox — Расширение SketchUp — 3D-моделирование онлайн!
Добавляйте стандартные и настраиваемые параметрические компоненты, такие как балки с полками, пиломатериалы, трубопроводы, лестницы и т.
д., в свою модель Sketchup с помощью Engineering ToolBox — расширение SketchUp, которое можно использовать с потрясающими, интересными и бесплатными приложениями SketchUp Make и SketchUp Pro. .Добавьте расширение Engineering ToolBox в свой SketchUp из хранилища расширений SketchUp Pro Sketchup!
Перевести
О Engineering ToolBox!
Мы не собираем информацию от наших пользователей. В нашем архиве сохраняются только электронные письма и ответы. Файлы cookie используются только в браузере для улучшения взаимодействия с пользователем.
Некоторые из наших калькуляторов и приложений позволяют сохранять данные приложений на локальном компьютере. Эти приложения будут — из-за ограничений браузера — отправлять данные между вашим браузером и нашим сервером. Мы не сохраняем эти данные.
Google использует файлы cookie для показа нашей рекламы и обработки статистики посетителей. Пожалуйста, прочитайте Конфиденциальность и условия Google для получения дополнительной информации о том, как вы можете контролировать показ рекламы и собираемую информацию.
AddThis использует файлы cookie для обработки ссылок на социальные сети. Пожалуйста, прочитайте AddThis Privacy для получения дополнительной информации.
Реклама в ToolBox
Если вы хотите продвигать свои товары или услуги в Engineering ToolBox — используйте Google Adwords. Вы можете настроить таргетинг на Engineering ToolBox с помощью управляемых мест размещения AdWords.
Citation
Эту страницу можно цитировать как
- Engineering ToolBox, (2014). Алюминиевые и медные провода — электрическое сопротивление в зависимости от площади поперечного сечения . [онлайн] Доступно по адресу: https://www.engineeringtoolbox.com/copper-aluminum-conductor-resistance-d_1877.html [дата доступа, мес. год].
Изменить дату доступа.
. .
закрыть
Научный онлайн-калькулятор
11 16
Рекламные ссылки
.
Сделать ярлык на главный экран?
Сопротивление и реактивное сопротивление на км медных и алюминиевых кабелей ~ Изучение электротехники
Сопротивление и реактивное сопротивление на км медных и алюминиевых кабелей
Для расчета падения напряжения в кабеле в таблице ниже приведены значения реактивного сопротивления и сопротивления для медных и алюминиевых кабелей:
Значения для медных кабелей
| Размер кабеля, S (мм2) | Одножильный кабель | Двухжильные/трехжильные кабели | ||
| R(Ом/км) при 80°C | X (Ом/км) при 80°C | R(Ом/км) при 80°C | X(Ом/км) при 80°C | |
| 1,5 | 14,8 | 0,168 | 15,1 | 0,118 |
| 2,5 | 8,91 | 0,156 | 9,08 | 0,109 |
| 4 | 5,57 | 0,143 | 5,68 | 0,101 |
| 6 | 3,71 | 0,135 | 3,78 | 0,0955 |
| 10 | 2,24 | 0,119 | 2,27 | 0,0861 |
| 16 | 1,41 | 0,112 | 1,43 | 0,0817 |
| 25 | 0,889 | 0,106 | 0,907 | 0,0813 |
| 35 | 0,641 | 0,101 | 0,654 | 0,0783 |
| 50 | 0,473 | 0,101 | 0,483 | 0,0779 |
| 70 | 0,328 | 0,0965 | 0,334 | 0,0751 |
| 95 | 0,326 | 0,0975 | 0,241 | 0,0762 |
| 120 | 0,188 | 0,0939 | 0,191 | 0,074 |
| 150 | 0,153 | 0,0928 | 0,157 | 0,0745 |
| 185 | 0,123 | 0,0908 | 0,125 | 0,0742 |
| 240 | 0,0943 | 0,0902 | 0,0966 | 0,0752 |
| 300 | 0,0761 | 0,0895 | 0,078 | 0,075 |
Значения для
Алюминиевые кабели
| Размер кабеля, S (мм2) | Одножильный кабель | Двухжильные/трехжильные кабели | ||
| R(Ом/км) при 80°C | X (Ом/км) при 80°C | R(Ом/км) при 80°C | X(Ом/км) при 80°C | |
| 1,5 | 24. Похожие записи | |||