Հատուկ դիմադրություն 0.6. Ալյումինի դիմադրողականություն

Էլեկտրական դիմադրությունը հաղորդիչ նյութերի հիմնական բնութագիրն է: Կախված հաղորդիչի կիրառման տարածքից, նրա դիմադրության արժեքը կարող է ունենալ ինչպես դրական, այնպես էլ բացասական դեր էլեկտրական համակարգի աշխատանքի մեջ: Բացի այդ, դիրիժորի հատուկ կիրառումը կարող է անհրաժեշտություն առաջացնել հաշվի առնել լրացուցիչ բնութագրերը, որոնց ազդեցությունը կոնկրետ դեպքում չի կարելի անտեսել:

Հաղորդավարները մաքուր մետաղներ են և դրանց համաձուլվածքները: Մետաղում մեկ «ուժեղ» կառուցվածքում ամրացված ատոմներն ունեն ազատ էլեկտրոններ (այսպես կոչված «էլեկտրոնային գազ»): Հենց այս մասնիկներն են այս դեպքումլիցքակիրներ են: Էլեկտրոնները մշտական, պատահական շարժման մեջ են մի ատոմից մյուսը։ Երբ էլեկտրական դաշտ(լարման աղբյուրը մետաղի ծայրերին միացնելով), հաղորդիչում էլեկտրոնների շարժումը դառնում է կարգավորված: Շարժվող էլեկտրոններն իրենց ճանապարհին հանդիպում են խոչընդոտների՝ պայմանավորված հաղորդիչի մոլեկուլային կառուցվածքի առանձնահատկություններով։ Երբ նրանք բախվում են կառուցվածքին, լիցքակիրները կորցնում են իրենց էներգիան՝ այն տալով հաղորդիչին (տաքացնելով այն)։ Որքան շատ խոչընդոտներ է ստեղծում հաղորդիչ կառուցվածքը կրիչների լիցքավորման համար, այնքան բարձր է դիմադրությունը:

Երբ ավելանում է խաչաձեւ հատվածըհաղորդիչ կառուցվածքը մեկ թվով էլեկտրոնների համար, «հաղորդման ալիքը» կդառնա ավելի լայն, դիմադրությունը կնվազի: Համապատասխանաբար, քանի որ լարերի երկարությունը մեծանում է, նման խոչընդոտները ավելի շատ կլինեն, և դիմադրությունը կավելանա:

Այսպիսով, դիմադրության հաշվարկման հիմնական բանաձևը ներառում է մետաղալարի երկարությունը, խաչմերուկի տարածքը և որոշակի գործակից, որը կապում է այս ծավալային բնութագրերը լարման և հոսանքի էլեկտրական քանակների հետ (1): Այս գործակիցը կոչվում է դիմադրողականություն:
R= r*L/S (1)

Դիմադրողականություն

Դիմադրողականությունը անփոփոխ էև այն նյութի հատկությունն է, որից պատրաստված է հաղորդիչը։ Չափման միավորներ r - ohm*m. Հաճախ չափը դիմադրողականությունտրված են օմ*մմ քառ./մ. Դա պայմանավորված է նրանով, որ առավել հաճախ օգտագործվող մալուխների խաչմերուկի տարածքը համեմատաբար փոքր է և չափվում է մմ 2-ով: Բերենք մի պարզ օրինակ.

Առաջադրանք թիվ 1. Պղնձե մետաղալարերի երկարությունը L = 20 մ, խաչմերուկը S = 1,5 մմ: քառ. Հաշվարկել մետաղալարերի դիմադրությունը:
Լուծում` պղնձե մետաղալարերի դիմադրողականություն r = 0,018 օմ*մմ: ք/մ. Արժեքները փոխարինելով բանաձևով (1) մենք ստանում ենք R=0.24 ohms:
Էներգահամակարգի դիմադրությունը հաշվարկելիս մեկ լարերի դիմադրությունը պետք է բազմապատկել լարերի քանակով։
Եթե ​​պղնձի փոխարեն օգտագործեք ավելի բարձր դիմադրողականությամբ ալյումին (r = 0,028 ohm * մմ քառ. / մ), ապա համապատասխանաբար կբարձրանա լարերի դիմադրությունը: Վերոնշյալ օրինակի համար դիմադրությունը կլինի R = 0,373 ohms (55% ավելի): Պղինձը և ալյումինը մետաղալարերի հիմնական նյութերն են։ Կան պղնձից ցածր դիմադրողականությամբ մետաղներ, օրինակ՝ արծաթը։ Այնուամենայնիվ, դրա օգտագործումը սահմանափակ է ակնհայտ բարձր արժեքի պատճառով: Ստորև բերված աղյուսակը ցույց է տալիս հաղորդիչ նյութերի դիմադրությունը և այլ հիմնական բնութագրերը:
Աղյուսակ - դիրիժորների հիմնական բնութագրերը

Լարերի ջերմային կորուստները

Եթե, օգտագործելով վերը նշված օրինակի մալուխը, 2,2 կՎտ բեռը միացված է միաֆազ 220 Վ լարման ցանցին, ապա հոսանք I = P/U կամ I = 2200/220 = 10 Ա կհոսի մետաղալարով: Բանաձևը հաղորդիչում էներգիայի կորուստների հաշվարկ.
Ppr=(I^2)*R (2)
Օրինակ թիվ 2. Հաշվել ակտիվ կորուստները նշված լարերի համար 220 Վ լարման ցանցում 2,2 կՎտ հզորություն փոխանցելիս։
Լուծում. հոսանքի և լարերի դիմադրության արժեքները փոխարինելով (2) բանաձևով, մենք ստանում ենք Ppr=(10^2)*(2*0.24)=48 Վտ:
Այսպիսով, ցանցից բեռին էներգիա փոխանցելիս լարերում կորուստները կկազմեն 2%-ից մի փոքր ավելի: Այս էներգիան վերածվում է ջերմության, որն առաջանում է հաղորդիչի կողմից միջավայրը. Հաղորդավարի ջեռուցման վիճակի համաձայն (ըստ ընթացիկ արժեքի) ընտրվում է նրա խաչմերուկը, առաջնորդվելով հատուկ աղյուսակներով:
Օրինակ, վերը նշված դիրիժորի համար առավելագույն հոսանքը 19 Ա կամ 4,1 կՎտ է 220 Վ ցանցում:

Էլեկտրահաղորդման գծերում ակտիվ կորուստները նվազեցնելու համար օգտագործվում է բարձրացված լարումը: Միաժամանակ լարերի հոսանքը նվազում է, կորուստները ընկնում են։

Ջերմաստիճանի ազդեցությունը

Ջերմաստիճանի բարձրացումը հանգեցնում է մետաղական բյուրեղային ցանցի թրթռումների ավելացմանը: Համապատասխանաբար, էլեկտրոնները հանդիպում են ավելի շատ խոչընդոտների, ինչը հանգեցնում է դիմադրության մեծացման: Ջերմաստիճանի բարձրացման նկատմամբ մետաղի դիմադրության «զգայունության» մեծությունը կոչվում է α ջերմաստիճանի գործակից։ Ջերմաստիճանի հաշվարկման բանաձևը հետևյալն է
R=Rn*, (3)
որտեղ Rn - մետաղալարերի դիմադրությունը նորմալ պայմաններ(t°n ջերմաստիճանում); t°-ը հաղորդիչի ջերմաստիճանն է:
Սովորաբար t°n = 20° C: α-ի արժեքը նշվում է նաև t°n ջերմաստիճանի համար:
Առաջադրանք 4. Հաշվե՛ք պղնձե մետաղալարի դիմադրությունը t° = 90° C ջերմաստիճանում: α պղինձ = 0,0043, Rn = 0,24 Օհմ (առաջադրանք 1):
Լուծում. Փոխարինելով արժեքները բանաձևով (3) մենք ստանում ենք R = 0.312 Ohm: Վերլուծվող ջեռուցվող մետաղալարի դիմադրությունը 30%-ով ավելի մեծ է, քան դրա դիմադրությունը սենյակային ջերմաստիճանում:

Հաճախականության ազդեցությունը

Քանի որ հաղորդիչում հոսանքի հաճախականությունը մեծանում է, տեղի է ունենում լիցքերի տեղափոխման գործընթացը նրա մակերեսին ավելի մոտ: Մակերեւութային շերտում լիցքերի կոնցենտրացիայի ավելացման արդյունքում մեծանում է նաև մետաղալարի դիմադրությունը։ Այս գործընթացը կոչվում է «մաշկի էֆեկտ» կամ մակերեսային էֆեկտ: Մաշկի գործակիցը– ազդեցությունը կախված է նաև մետաղալարի չափից և ձևից: Վերոնշյալ օրինակի համար 20 կՀց AC հաճախականության դեպքում մետաղալարերի դիմադրությունը կաճի մոտավորապես 10%-ով: Նկատի ունեցեք, որ բարձր հաճախականության բաղադրիչները կարող են ունենալ ընթացիկ ազդանշան բազմաթիվ ժամանակակից արդյունաբերական և կենցաղային սպառողների կողմից (էներգախնայող լամպեր, անջատիչ սնուցման աղբյուրներ, հաճախականության փոխարկիչներ և այլն):

Հարևան դիրիժորների ազդեցությունը

Ցանկացած հաղորդիչի շուրջ կա մագնիսական դաշտ, որի միջով հոսում է հոսանքը: Հարևան հաղորդիչների դաշտերի փոխազդեցությունը նույնպես առաջացնում է էներգիայի կորուստ և կոչվում է «մոտության էֆեկտ»: Նկատի ունեցեք նաև, որ ցանկացած մետաղական հաղորդիչ ունի ինդուկտիվություն, որը ստեղծվում է հաղորդիչ միջուկից և հզորություն, որը ստեղծված է մեկուսացման միջոցով: Այս պարամետրերը բնութագրվում են նաև հարևանության էֆեկտով:

Տեխնոլոգիաներ

Բարձր լարման լարեր՝ զրոյական դիմադրությամբ

Այս տեսակի մետաղալարերը լայնորեն կիրառվում են մեքենաների բռնկման համակարգերում: Բարձր լարման լարերի դիմադրությունը բավականին ցածր է և կազմում է օհմի մի քանի ֆրակցիաներ մեկ մետր երկարության համար: Հիշեցնենք, որ նման մեծության դիմադրությունը հնարավոր չէ չափել օմմետրով։ ընդհանուր օգտագործման. Հաճախ չափիչ կամուրջները օգտագործվում են ցածր դիմադրությունները չափելու համար:
Կառուցվածքային առումով, նման լարերը ունեն մեծ քանակությամբ պղնձե միջուկներ, որոնց մեկուսացումը հիմնված է սիլիկոնից, պլաստմասսայից կամ այլ դիէլեկտրիկներից: Նման լարերի կիրառման առանձնահատկությունը ոչ միայն բարձր լարման պայմաններում աշխատելն է, այլև կարճ ժամանակահատվածում էներգիայի փոխանցումը (զարկերակային ռեժիմ):

Բիմետալային մալուխ

Նշված մալուխների կիրառման հիմնական ոլորտը բարձր հաճախականության ազդանշանների փոխանցումն է։ Լարի միջուկը պատրաստված է մի տեսակի մետաղից, որի մակերեսը պատված է մեկ այլ տեսակի մետաղով։ Քանի որ բարձր հաճախականություններում հաղորդիչ է միայն հաղորդիչի մակերեսային շերտը, հնարավոր է փոխարինել մետաղալարերի ներսը: Սա խնայում է թանկարժեք նյութը և բարելավում մետաղալարերի մեխանիկական բնութագրերը: Նման լարերի օրինակներ՝ արծաթապատ պղինձ, պղնձապատ պողպատ։

Եզրակացություն

Լարերի դիմադրությունը մի արժեք է, որը կախված է մի խումբ գործոններից՝ դիրիժորի տեսակից, ջերմաստիճանից, ընթացիկ հաճախականությունից, երկրաչափական պարամետրերից: Այս պարամետրերի ազդեցության նշանակությունը կախված է մետաղալարերի շահագործման պայմաններից: Օպտիմալացման չափանիշները, կախված լարերի առաջադրանքներից, կարող են լինել՝ ակտիվ կորուստների կրճատում, մեխանիկական բնութագրերի բարելավում, գների իջեցում։

Պղնձի դիմադրությունը փոփոխվում է ջերմաստիճանի հետ, բայց նախ մենք պետք է որոշենք՝ խոսքը հաղորդիչների էլեկտրական դիմադրողականության մասին է (օհմական դիմադրություն), որը կարևոր է Ethernet-ի վրա DC հոսանքի համար, թե՞ մենք խոսում ենք տվյալների ցանցերում ազդանշանների մասին, և ապա մենք խոսում ենք ներդիրի կորստի մասին բազմացման ժամանակ էլեկտրամագնիսական ալիքոլորված զույգ միջավայրում և թուլացման կախվածությունը ջերմաստիճանից (և հաճախականությունից, ինչը ոչ պակաս կարևոր է):

Պղնձի դիմադրողականություն

IN միջազգային համակարգ SI-ն չափում է հաղորդիչների դիմադրողականությունը Ohm∙m-ով: ՏՏ ոլորտում ավելի հաճախ օգտագործվում է ոչ համակարգային չափը Ohm∙mm 2 /m, որն ավելի հարմար է հաշվարկների համար, քանի որ հաղորդիչի խաչմերուկները սովորաբար նշվում են մմ 2-ով: 1 Ohm∙mm 2 /m արժեքը միլիոն անգամ փոքր է 1 Ohm∙m-ից և բնութագրում է մի նյութի դիմադրողականությունը, որի միատարր հաղորդիչը, որի երկարությունը 1 մ է և ունի 1 մմ 2 լայնակի հատված, տալիս է. դիմադրություն 1 Օմ:

Մաքուր էլեկտրական պղնձի դիմադրողականությունը 20°C է 0,0172 Օմ∙մմ 2 /մ. Տարբեր աղբյուրներում կարող եք գտնել մինչև 0,018 Ohm∙mm 2 /m արժեքներ, որոնք կարող են կիրառվել նաև էլեկտրական պղնձի համար: Արժեքները տարբեր են՝ կախված այն մշակումից, որին ենթարկվում է նյութը: Օրինակ, մետաղալարը գծելուց («գծագրելուց») հետո կռելը նվազեցնում է պղնձի դիմադրողականությունը մի քանի տոկոսով, թեև այն իրականացվում է հիմնականում մեխանիկական, այլ ոչ թե էլեկտրական հատկությունները փոխելու համար:

Պղնձի դիմադրողականությունը ուղղակի ազդեցություն ունի Ethernet-ի վրա հոսանքի կիրառման վրա: Հաղորդիչի մեջ ներարկվող սկզբնական DC հոսանքի միայն մի մասը կհասնի հաղորդիչի հեռավոր ծայրին. ճանապարհին որոշ կորուստներ անխուսափելի են: Օրինակ, PoE տեսակ 1պահանջում է, որ աղբյուրի կողմից մատակարարված 15,4 Վտ-ից առնվազն 12,95 Վտ-ը հասնի սնուցվող սարքին հեռավոր ծայրում:

Պղնձի դիմադրողականությունը տատանվում է ջերմաստիճանի հետ, սակայն ՏՏ ջերմաստիճանների համար փոփոխությունները փոքր են: Դիմադրողականության փոփոխությունը հաշվարկվում է բանաձևերով.

ΔR = α R ΔT

R 2 = R 1 (1 + α (T 2 - T 1))

որտեղ ΔR-ը դիմադրողականության փոփոխությունն է, R-ը դիմադրողականությունն է ջերմաստիճանում, որը վերցված է որպես բազային մակարդակ (սովորաբար 20°C), ΔT-ն ջերմաստիճանի գրադիենտն է, α-ն՝ տվյալ նյութի դիմադրողականության ջերմաստիճանի գործակիցը (չափը °C -1): ) 0°C-ից մինչև 100°C միջակայքում պղնձի համար ընդունված է 0,004°C -1 ջերմաստիճանի գործակից: Հաշվենք պղնձի դիմադրողականությունը 60°C-ում։

R 60°C = R 20°C (1 + α (60°C - 20°C)) = 0,0172 (1 + 0,004 40) ≈ 0,02 Օմ∙մմ 2 /մ

Դիմադրողականությունը բարձրացել է 16%-ով՝ 40°C-ով ջերմաստիճանի բարձրացմամբ: Մալուխային համակարգերի շահագործման ժամանակ, իհարկե, ոլորված զույգը չպետք է լինի բարձր ջերմաստիճաններ, դա չպետք է թույլ տալ։ Պատշաճ նախագծված և տեղադրված համակարգով մալուխների ջերմաստիճանը քիչ է տարբերվում սովորական 20 ° C-ից, այնուհետև դիմադրողականության փոփոխությունը փոքր կլինի: Հեռահաղորդակցության ստանդարտների համաձայն, 100 մ պղնձե հաղորդիչի դիմադրությունը 5e կամ 6 կատեգորիայի ոլորված զույգ մալուխում չպետք է գերազանցի 9,38 ohms-ը 20°C-ում: Գործնականում արտադրողները տեղավորվում են այս արժեքի մեջ մարժանով, ուստի նույնիսկ 25°C ÷ 30°C ջերմաստիճանի դեպքում պղնձե հաղորդիչի դիմադրությունը չի գերազանցում այս արժեքը:

Twisted Pair ազդանշանի թուլացում / Տեղադրման կորուստ

Երբ էլեկտրամագնիսական ալիքը տարածվում է պղնձե ոլորված զույգ մալուխի միջով, դրա էներգիայի մի մասը ցրվում է ճանապարհի երկայնքով մոտ ծայրից մինչև հեռավոր ծայրը: Որքան բարձր է մալուխի ջերմաստիճանը, այնքան ազդանշանը թուլանում է: Բարձր հաճախականություններում թուլացումը ավելի մեծ է, քան ցածր հաճախականությունների դեպքում և ավելին բարձր կարգերՆերդիրի կորստի փորձարկման ընդունելի սահմաններն ավելի խիստ են: Այս դեպքում բոլոր սահմանային արժեքները սահմանվում են 20°C ջերմաստիճանի համար: Եթե ​​20°C ջերմաստիճանում սկզբնական ազդանշանը հասել է 100 մ երկարությամբ հատվածի հեռավոր ծայրին P հզորության մակարդակով, ապա բարձր ջերմաստիճաններախ, նման ազդանշանի ուժը կնկատվի ավելի կարճ հեռավորությունների վրա: Եթե ​​անհրաժեշտ է ապահովել նույն ազդանշանային հզորությունը սեգմենտի ելքում, ապա դուք կամ պետք է ավելի կարճ մալուխ տեղադրեք (ինչը միշտ չէ, որ հնարավոր է), կամ ընտրեք մալուխների ապրանքանիշեր ավելի ցածր թուլացումով:

• Պաշտպանված մալուխների համար 20°C-ից բարձր ջերմաստիճանի դեպքում ջերմաստիճանի 1 աստիճանի փոփոխությունը հանգեցնում է թուլացման 0,2% փոփոխության:
• Բոլոր տեսակի մալուխների և մինչև 40°C ջերմաստիճանի ցանկացած հաճախականության դեպքում 1 աստիճանի ջերմաստիճանի փոփոխությունը հանգեցնում է թուլացման 0,4% փոփոխության:
• Բոլոր տեսակի մալուխների և 40°C-ից մինչև 60°C ջերմաստիճանի ցանկացած հաճախականության դեպքում 1 աստիճանի ջերմաստիճանի փոփոխությունը հանգեցնում է թուլացման 0,6% փոփոխության:
• 3-րդ կատեգորիայի մալուխները կարող են զգալ թուլացման փոփոխություն 1,5% Ցելսիուսի մեկ աստիճանի համար

Արդեն 2000 թվականի սկզբին. TIA/EIA-568-B.2 ստանդարտը խորհուրդ է տալիս նվազեցնել 6-րդ կատեգորիայի մշտական ​​կապի/ալիքի առավելագույն թույլատրելի երկարությունը, եթե մալուխը տեղադրվել է բարձր ջերմաստիճանի միջավայրում, և որքան բարձր է ջերմաստիճանը, այնքան ավելի կարճ պետք է լինի հատվածը:

Հաշվի առնելով, որ 6Ա կատեգորիայի հաճախականության առաստաղը երկու անգամ ավելի բարձր է, քան 6-ում, նման համակարգերի համար ջերմաստիճանի սահմանափակումներն էլ ավելի խիստ կլինեն:

Այսօր հավելվածներ իրականացնելիս PoEԽոսքը առավելագույնը 1 գիգաբիթ արագության մասին է։ Այնուամենայնիվ, երբ օգտագործվում են 10 գիգաբիթանոց հավելվածներ, Power over Ethernet-ը տարբերակ չէ, համենայն դեպս, դեռևս: Այսպիսով, կախված ձեր կարիքներից, երբ ջերմաստիճանը փոխվում է, դուք պետք է հաշվի առնեք կամ պղնձի դիմադրողականության փոփոխությունը կամ թուլացման փոփոխությունը: Երկու դեպքում էլ առավել իմաստալից է ապահովել, որ մալուխները պահվեն մոտ 20°C ջերմաստիճանում:

Փորձնականորեն հաստատվել է, որ դիմադրությունը Ռմետաղական դիրիժորն ուղիղ համեմատական ​​է իր երկարությանը Լև հակադարձ համեմատական ​​է իր խաչմերուկի մակերեսին Ա:

Ռ = ρ Լ/ Ա (26.4)

որտեղ է գործակիցը ρ կոչվում է դիմադրողականություն և ծառայում է որպես այն նյութի հատկանիշ, որից պատրաստված է հաղորդիչը։ Սա ողջախոհություն է. հաստ մետաղալարը պետք է ունենա ավելի քիչ դիմադրություն, քան բարակ մետաղալարը, քանի որ էլեկտրոնները կարող են շարժվել ավելի մեծ տարածքով հաստ մետաղալարով: Եվ մենք կարող ենք ակնկալել դիմադրության աճ հաղորդիչի երկարության աճով, քանի որ էլեկտրոնների հոսքի խոչընդոտների թիվը մեծանում է:

Տիպիկ արժեքներ ρ տարբեր նյութերի համար տրված են աղյուսակի առաջին սյունակում: 26.2. (Փաստացի արժեքները տարբերվում են՝ կախված մաքրությունից, ջերմային մշակումից, ջերմաստիճանից և այլ գործոններից):

Աղյուսակ 26.2. Հատուկ դիմադրություն և դիմադրության ջերմաստիճանի գործակից (TCR) (20 °C-ում)
Նյութ	ρ ,Օմ մ	TKS α ,°C -1
Դիրիժորներ
Արծաթե	1.59·10 -8	0,0061
Պղինձ	1.68·10 -8	0,0068
Ալյումինե	2.65·10 -8	0,00429
Վոլֆրամ	5.6·10 -8	0,0045
Երկաթ	9.71·10 -8	0,00651
Պլատին	10.6·10 -8	0,003927
Մերկուրի	98·10 -8	0,0009
Նիքրոմ (Ni, Fe, Cr խառնուրդ)	100·10 -8	0,0004
Կիսահաղորդիչներ 1)
Ածխածին (գրաֆիտ)	(3-60)·10 -5	-0,0005
Գերմանիում	(1-500)·10 -5	-0,05
Սիլիկոն	0,1 - 60	-0,07
Դիէլեկտրիկներ
Ապակի	10 9 - 10 12
Կոշտ ռետինե	10 13 - 10 15
1) Իրական արժեքները մեծապես կախված են նույնիսկ փոքր քանակությամբ կեղտերի առկայությունից:

Արծաթն ունի ամենացածր դիմադրողականությունը, որն այսպիսով պարզվում է, որ լավագույն հաղորդիչն է. սակայն դա թանկ է: Պղինձը մի փոքր զիջում է արծաթին; Հասկանալի է, թե ինչու են լարերը ամենից հաճախ պղնձից պատրաստված։

Ալյումինն ունի ավելի բարձր դիմադրողականություն, քան պղնձը, բայց այն ունի շատ ավելի ցածր խտություն և նախընտրելի է որոշ ծրագրերում (օրինակ, էլեկտրահաղորդման գծերում), քանի որ նույն զանգվածի ալյումինե լարերի դիմադրությունը պակաս է պղնձից: Դիմադրողականության փոխադարձությունը հաճախ օգտագործվում է.

σ = 1/ρ (26.5)

σ կոչվում է հատուկ հաղորդունակություն: Հատուկ հաղորդունակությունը չափվում է միավորներով (Օմ մ) -1:

Նյութի դիմադրողականությունը կախված է ջերմաստիճանից։ Որպես կանոն, մետաղների դիմադրությունը մեծանում է ջերմաստիճանի հետ։ Սա չպետք է զարմանալի լինի. քանի որ ջերմաստիճանը մեծանում է, ատոմներն ավելի արագ են շարժվում, նրանց դասավորությունը դառնում է ավելի քիչ դասավորված, և մենք կարող ենք ակնկալել, որ դրանք ավելի շատ կխանգարեն էլեկտրոնների հոսքին: Նեղ ջերմաստիճանային միջակայքերում մետաղի դիմադրողականությունը ջերմաստիճանի հետ գրեթե գծային մեծանում է.

Որտեղ ρ Տ- դիմադրողականություն ջերմաստիճանում Տ, ρ 0 - դիմադրողականություն ստանդարտ ջերմաստիճանում Տ 0, ա α - դիմադրության ջերմաստիճանի գործակից (TCR): a-ի արժեքները տրված են աղյուսակում: 26.2. Նշենք, որ կիսահաղորդիչների համար TCR-ը կարող է բացասական լինել: Սա ակնհայտ է, քանի որ ջերմաստիճանի բարձրացման հետ ավելանում է ազատ էլեկտրոնների թիվը և դրանք բարելավում են նյութի հաղորդիչ հատկությունները։ Այսպիսով, կիսահաղորդչի դիմադրությունը կարող է նվազել ջերմաստիճանի բարձրացման հետ (թեև ոչ միշտ):

A-ի արժեքները կախված են ջերմաստիճանից, այնպես որ դուք պետք է ուշադրություն դարձնեք ջերմաստիճանի միջակայքին, որի շրջանակներում այս արժեքը վավեր է (օրինակ, ըստ տեղեկատուի ֆիզիկական մեծություններ) Եթե ​​պարզվի, որ ջերմաստիճանի փոփոխությունների միջակայքը լայն է, ապա գծայինությունը կխախտվի, և (26.6)-ի փոխարեն անհրաժեշտ է օգտագործել ջերմաստիճանի երկրորդ և երրորդ ուժերից կախված տերմիններ պարունակող արտահայտություն.

ρ Տ = ρ 0 (1+αT+ + βT 2 + գT 3),

որտեղ են գործակիցները β Եվ γ սովորաբար շատ փոքր (մենք դնում ենք Տ 0 = 0 ° С), բայց ընդհանուր առմամբ Տայս անդամների ներդրումը դառնում է զգալի։

Շատ ցածր ջերմաստիճանի դեպքում որոշ մետաղների, ինչպես նաև համաձուլվածքների և միացությունների դիմադրողականությունը ժամանակակից չափումների ճշգրտությամբ իջնում ​​է մինչև զրոյի: Այս հատկությունը կոչվում է գերհաղորդականություն; Այն առաջին անգամ նկատվել է հոլանդացի ֆիզիկոս Գեյկե Կամերլինգ Օննեսի կողմից (1853-1926) 1911 թվականին, երբ սնդիկը սառչել է 4,2 Կ-ից ցածր: Այս ջերմաստիճանում սնդիկի էլեկտրական դիմադրությունը հանկարծակի իջել է զրոյի:

Գերհաղորդիչները անցնում են անցումային ջերմաստիճանից ցածր գերհաղորդիչ վիճակ, որը սովորաբար մի քանի աստիճան Կելվին է (բացարձակ զրոյից անմիջապես): Գերհաղորդիչ օղակում նկատվել է էլեկտրական հոսանք, որը մի քանի տարի լարման բացակայության դեպքում գործնականում չի թուլացել։

IN վերջին տարիներըԳերհաղորդունակությունը ինտենսիվորեն ուսումնասիրվում է դրա մեխանիզմը հասկանալու և նյութեր գտնելու համար, որոնք գերհաղորդում են ավելի բարձր ջերմաստիճաններում՝ նվազեցնելու ծախսերը և անհարմարությունները, որոնք ստիպված են լինում սառչել մինչև շատ ցածր ջերմաստիճաններ: Գերհաղորդունակության առաջին հաջող տեսությունը ստեղծվել է Բարդինի, Կուպերի և Շրիֆերի կողմից 1957 թվականին: Գերհաղորդիչներն արդեն օգտագործվում են մեծ մագնիսներում, որտեղ մագնիսական դաշտը ստեղծվում է էլեկտրական հոսանքի միջոցով (տե՛ս Գլուխ 28), ինչը զգալիորեն նվազեցնում է էներգիայի սպառումը: Իհարկե, ցածր ջերմաստիճանում գերհաղորդիչի պահպանումը նույնպես էներգիա է պահանջում։

Մեկնաբանություններն ու առաջարկներն ընդունվում են և ողջունվում:

Որքա՞ն է նյութի դիմադրողականությունը: Պատասխանել պարզ բառերովԱյս հարցին պատասխանելու համար հարկավոր է հիշել ֆիզիկայի դասընթացը և պատկերացնել այս սահմանման ֆիզիկական մարմնավորումը: Էլեկտրական հոսանք անցնում է նյութի միջով, և այն, իր հերթին, կանխում է հոսանքի անցումը որոշակի ուժով։

Նյութի դիմադրողականության հայեցակարգը

Հենց այս արժեքն է, որը ցույց է տալիս, թե որքան ուժեղ է նյութը խանգարում հոսանքի հոսքին, դա հատուկ դիմադրությունն է (լատինատառ «rho»): Միավորների միջազգային համակարգում՝ դիմադր արտահայտված ohms-ով, բազմապատկած մետրով։ Հաշվարկի բանաձևը հետևյալն է. «Դիմադրությունը բազմապատկվում է խաչմերուկի տարածքով և բաժանվում է հաղորդիչի երկարությամբ»:

Հարց է առաջանում. «Ինչու՞ է օգտագործվում մեկ այլ դիմադրություն դիմադրողականություն գտնելիս»: Պատասխանը պարզ է, կան երկու տարբեր մեծություններ՝ դիմադրողականություն և դիմադրություն: Երկրորդը ցույց է տալիս, թե որքան կարող է նյութը կանխել իր միջով հոսանքի անցումը, իսկ առաջինը ցույց է տալիս գործնականում նույն բանը, միայն թե մենք այլևս խոսում ենք ոչ թե նյութի մասին ընդհանուր իմաստով, այլ որոշակի երկարությամբ և խաչաձև հաղորդիչի մասին։ հատվածային տարածք, որոնք պատրաստված են այս նյութից:

Փոխադարձ մեծությունը, որը բնութագրում է նյութի էլեկտրաէներգիան փոխանցելու ունակությունը, կոչվում է հատուկ էլեկտրական հաղորդունակություն, իսկ բանաձևը, որով հաշվարկվում է հատուկ դիմադրողականությունը, ուղղակիորեն կապված է հատուկ հաղորդունակության հետ:

Պղնձի հավելվածներ

Դիմադրողականության հասկացությունը լայնորեն կիրառվում է տարբեր մետաղների կողմից էլեկտրական հոսանքի հաղորդունակությունը հաշվարկելիս։ Այս հաշվարկների հիման վրա որոշումներ են կայացվում էլեկտրական հաղորդիչների արտադրության համար որոշակի մետաղ օգտագործելու նպատակահարմարության վերաբերյալ, որոնք օգտագործվում են շինարարության, գործիքաշինության և այլ ոլորտներում:

Մետաղական դիմադրության սեղան

Գոյություն ունենալ որոշակի սեղաններ? որոնք միավորում են մետաղների փոխանցման և դիմադրության վերաբերյալ առկա տեղեկատվությունը, որպես կանոն, այս աղյուսակները հաշվարկվում են որոշակի պայմանների համար:

Մասնավորապես, լայնորեն հայտնի է մետաղական մոնոբյուրեղային դիմադրության սեղանքսան աստիճան Ցելսիուսի ջերմաստիճանում, ինչպես նաև մետաղների և համաձուլվածքների դիմադրության աղյուսակ:

Այս աղյուսակները օգտագործվում են այսպես կոչված իդեալական պայմաններում տարբեր տվյալներ հաշվարկելու համար, որոշակի նպատակների համար արժեքներ հաշվարկելու համար անհրաժեշտ է օգտագործել բանաձևեր:

Պղինձ. Դրա բնութագրերը և հատկությունները

Նյութի և հատկությունների նկարագրությունը

Պղինձը մետաղ է, որը մարդկությունը հայտնաբերել է շատ վաղուց և երկար ժամանակ օգտագործվել է նաև տարբեր տեխնիկական նպատակներով։ Պղինձը շատ ճկուն և ճկուն մետաղ է՝ բարձր էլեկտրական հաղորդունակությամբ, ինչը շատ տարածված է դարձնում տարբեր լարերի և հաղորդիչների պատրաստման համար:

Պղնձի ֆիզիկական հատկությունները.

• հալման կետ - 1084 աստիճան Celsius;
• եռման կետ - 2560 աստիճան Celsius;
• խտությունը 20 աստիճանում - 8890 կիլոգրամ բաժանված խորանարդ մետրով;
• տեսակարար ջերմային հզորությունը մշտական ​​ճնշման և ջերմաստիճանի դեպքում 20 աստիճան - 385 կՋ/Ջ*կգ
• էլեկտրական դիմադրողականություն - 0,01724;

Պղնձի դասարաններ

Այս մետաղը կարելի է բաժանել մի քանի խմբերի կամ դասերի, որոնցից յուրաքանչյուրն ունի իր սեփական հատկությունները և իր կիրառությունը արդյունաբերության մեջ.

1. M00, M0, M1 դասերը գերազանց են մալուխների և հաղորդիչների արտադրության համար, վերահալման ժամանակ վերացվում է թթվածնով գերհագեցվածությունը:
2. M2 և M3 դասակարգերը էժան տարբերակներ են, որոնք նախատեսված են փոքր մասշտաբի գլանման համար և բավարարում են փոքրածավալ տեխնիկական և արդյունաբերական առաջադրանքները:
3. M1, M1f, M1r, M2r, M3r ապրանքանիշերը թանկարժեք պղնձի դասեր են, որոնք արտադրվում են կոնկրետ սպառողի համար՝ հատուկ պահանջներով և պահանջներով:

Նամականիշեր միմյանց միջև տարբերվում են մի քանի առումներով.

Կեղտերի ազդեցությունը պղնձի հատկությունների վրա

Կեղտերը կարող են ազդել արտադրանքի մեխանիկական, տեխնիկական և կատարողական հատկությունների վրա:

Եզրափակելով՝ պետք է ընդգծել, որ պղինձը յուրահատուկ հատկություններով յուրահատուկ մետաղ է։ Այն օգտագործվում է ավտոմոբիլային արդյունաբերության մեջ, էլեկտրաարդյունաբերության համար տարրերի, էլեկտրական սարքերի, սպառողական ապրանքների, ժամացույցների, համակարգիչների և շատ ավելին արտադրելու մեջ: Իր ցածր դիմադրողականությամբ այս մետաղը հիանալի նյութ է հաղորդիչներ և այլ էլեկտրական սարքեր պատրաստելու համար: Այս հատկության մեջ պղնձին գերազանցում է միայն արծաթը, սակայն դրա ավելի բարձր արժեքի պատճառով այն նույն կիրառությունը չի գտել էլեկտրաարդյունաբերության մեջ։

Երբ էլեկտրական շղթան փակ է, որի տերմինալներում առկա է պոտենցիալ տարբերություն, առաջանում է էլեկտրական հոսանք։ Ազատ էլեկտրոնները էլեկտրական դաշտի ուժերի ազդեցության տակ շարժվում են հաղորդիչի երկայնքով։ Իրենց շարժման ժամանակ էլեկտրոնները բախվում են հաղորդիչի ատոմներին և տալիս նրանց կինետիկ էներգիայի պաշար։ Էլեկտրոնների շարժման արագությունը շարունակաբար փոխվում է. երբ էլեկտրոնները բախվում են ատոմների, մոլեկուլների և այլ էլեկտրոնների հետ, այն նվազում է, այնուհետև էլեկտրական դաշտի ազդեցությամբ այն մեծանում և նորից նվազում է նոր բախման ժամանակ։ Արդյունքում դիրիժորը տեղադրվում է միատեսակ շարժումէլեկտրոնների հոսք վայրկյանում սանտիմետրի մի քանի ֆրակցիա արագությամբ։ Հետևաբար, հաղորդիչով անցնող էլեկտրոնները միշտ բախվում են դիմադրության իրենց շարժմանը նրա կողմից: Երբ էլեկտրական հոսանքն անցնում է հաղորդիչով, վերջինս տաքանում է։

Էլեկտրական դիմադրություն

Հաղորդավարի էլեկտրական դիմադրությունը, որը նշանակված է Լատինական տառ r, մարմնի կամ միջավայրի հատկությունն է՝ էլեկտրական էներգիան ջերմային էներգիայի վերածելու, երբ դրա միջով էլեկտրական հոսանք է անցնում։

Դիագրամներում էլեկտրական դիմադրությունը նշված է, ինչպես ցույց է տրված Նկար 1-ում, Ա.

Փոփոխական էլեկտրական դիմադրությունը, որը ծառայում է միացումում հոսանքը փոխելու համար, կոչվում է ռեոստատ. Դիագրամներում ռեոստատները նշանակված են, ինչպես ցույց է տրված Նկար 1-ում, բ. IN ընդհանուր տեսարանՌեոստատ պատրաստվում է մեկուսիչ հիմքի վրա փաթաթված այս կամ այն ​​դիմադրության մետաղալարից: Սահիկը կամ ռեոստատի լծակը տեղադրվում է որոշակի դիրքում, որի արդյունքում անհրաժեշտ դիմադրությունը ներմուծվում է միացում։

Փոքր խաչմերուկ ունեցող երկար հաղորդիչը մեծ դիմադրություն է ստեղծում հոսանքի նկատմամբ: Մեծ խաչմերուկով կարճ հաղորդիչները քիչ դիմադրություն են տալիս հոսանքին:

Եթե ​​դուք վերցնում եք երկու հաղորդիչ տարբեր նյութերից, բայց նույն երկարությամբ և խաչմերուկով, ապա հաղորդիչները տարբեր կերպ կանցկացնեն հոսանքը: Սա ցույց է տալիս, որ հաղորդիչի դիմադրությունը կախված է հենց դիրիժորի նյութից:

Հաղորդավարի ջերմաստիճանը նույնպես ազդում է նրա դիմադրության վրա: Ջերմաստիճանի բարձրացման հետ մետաղների դիմադրությունը մեծանում է, իսկ հեղուկների և ածխի դիմադրությունը նվազում է։ Միայն որոշ հատուկ մետաղական համաձուլվածքներ (մանգանին, կոնստանտան, նիկել և այլն) գրեթե չեն փոխում իրենց դիմադրությունը ջերմաստիճանի բարձրացման հետ:

Այսպիսով, մենք տեսնում ենք, որ հաղորդիչի էլեկտրական դիմադրությունը կախված է՝ 1) հաղորդիչի երկարությունից, 2) հաղորդիչի խաչմերուկից, 3) հաղորդիչի նյութից, 4) հաղորդիչի ջերմաստիճանից։

Դիմադրության միավորը մեկ օհմ է։ Օմը հաճախ նշվում է հունարենում մեծատառΩ (օմեգա): Հետևաբար, «դիրիժորի դիմադրությունը 15 ohms» գրելու փոխարեն, կարող եք պարզապես գրել. r= 15 Ω.
1000 ohms կոչվում է 1 կիլոոհմ(1kOhm, կամ 1kΩ),
1,000,000 ohms կոչվում է 1 մեգաոհմ(1mOhm կամ 1MΩ):

Տարբեր նյութերից հաղորդիչների դիմադրությունը համեմատելիս յուրաքանչյուր նմուշի համար անհրաժեշտ է վերցնել որոշակի երկարություն և կտրվածք: Այնուհետև մենք կկարողանանք դատել, թե որ նյութն է ավելի լավ կամ վատ փոխանցում էլեկտրական հոսանքը:

Տեսանյութ 1. Հաղորդավարի դիմադրություն

Էլեկտրական դիմադրողականություն

1 մ երկարությամբ հաղորդիչի դիմադրությունը ohms-ով, 1 մմ² խաչմերուկով կոչվում է դիմադրողականությունև նշվում է հունարեն տառով ρ (ro).

Աղյուսակ 1-ում ներկայացված են որոշ հաղորդիչների դիմադրողականությունը:

Աղյուսակ 1

Տարբեր հաղորդիչների դիմադրողականություն

Աղյուսակը ցույց է տալիս, որ 1 մ երկարությամբ և 1 մմ² խաչմերուկով երկաթյա մետաղալարն ունի 0,13 Օմ դիմադրություն: 1 Օմ դիմադրություն ստանալու համար անհրաժեշտ է վերցնել 7,7 մ նման մետաղալար։ Արծաթն ունի ամենացածր դիմադրողականությունը: 1 Օմ դիմադրություն կարելի է ստանալ՝ վերցնելով 62,5 մ արծաթե մետաղալար՝ 1 մմ² խաչմերուկով: Արծաթը լավագույն հաղորդիչն է, սակայն արծաթի արժեքը բացառում է դրա զանգվածային օգտագործման հնարավորությունը։ Աղյուսակում արծաթից հետո գալիս է պղինձը. 1 մ² խաչմերուկով 1 մ պղնձե մետաղալարն ունի 0,0175 Օմ դիմադրություն: 1 օմ դիմադրություն ստանալու համար անհրաժեշտ է վերցնել 57 մ նման մետաղալար։

Քիմիապես մաքուր պղինձը, որը ստացվել է զտման արդյունքում, լայն կիրառություն է գտել էլեկտրատեխնիկայում՝ լարերի, մալուխների, էլեկտրական մեքենաների և սարքերի ոլորունների արտադրության համար։ Որպես հաղորդիչներ լայնորեն օգտագործվում են նաև ալյումինը և երկաթը։

Հաղորդավարի դիմադրությունը կարող է որոշվել բանաձևով.

Որտեղ r- հաղորդիչի դիմադրությունը ohms-ում; ρ - դիրիժորի հատուկ դիմադրություն; լ- հաղորդիչի երկարությունը մ-ով; Ս- հաղորդիչի խաչմերուկը մմ²-ով:

Օրինակ 1.Որոշեք 5 մմ² խաչմերուկով 200 մ երկաթյա մետաղալարի դիմադրությունը:

Օրինակ 2.Հաշվեք 2 կմ երկարությամբ ալյումինե մետաղալարի դիմադրությունը 2,5 մմ² խաչմերուկով:

Դիմադրության բանաձևից հեշտությամբ կարող եք որոշել հաղորդիչի երկարությունը, դիմադրողականությունը և խաչմերուկը:

Օրինակ 3.Ռադիոընդունիչի համար անհրաժեշտ է փաթաթել 30 Օմ դիմադրություն նիկելային մետաղալարից՝ 0,21 մմ² խաչմերուկով: Որոշեք մետաղալարի պահանջվող երկարությունը:

Օրինակ 4.Որոշեք 20 մ նիկրոմի մետաղալարի խաչմերուկը, եթե դրա դիմադրությունը 25 Օմ է:

Օրինակ 5. 0,5 մմ² խաչմերուկով և 40 մ երկարությամբ մետաղալարն ունի 16 Օմ դիմադրություն: Որոշեք մետաղալարերի նյութը:

Հաղորդավարի նյութը բնութագրում է նրա դիմադրողականությունը:

Դիմադրողականության աղյուսակի հիման վրա մենք գտնում ենք, որ կապարն ունի այս դիմադրությունը:

Վերևում ասվեց, որ հաղորդիչների դիմադրությունը կախված է ջերմաստիճանից: Եկեք կատարենք հետևյալ փորձը. Եկեք մի քանի մետր բարակ մետաղալար փաթաթենք պարույրի տեսքով և միացնենք այս պարույրը մարտկոցի միացմանը: Հոսանքը չափելու համար մենք ամպաչափ ենք միացնում շղթային: Երբ կծիկը ջեռուցվում է այրիչի բոցի մեջ, դուք կնկատեք, որ ամպաչափերի ցուցանիշները կնվազեն: Սա ցույց է տալիս, որ մետաղալարի դիմադրությունը մեծանում է ջեռուցման հետ:

Որոշ մետաղների համար 100°-ով տաքացնելիս դիմադրությունը մեծանում է 40–50%-ով։ Կան համաձուլվածքներ, որոնք ջեռուցմամբ մի փոքր փոխում են իրենց դիմադրությունը։ Որոշ հատուկ համաձուլվածքներ ջերմաստիճանի փոփոխության դեպքում դիմադրության գրեթե ոչ մի փոփոխություն չեն ցուցաբերում: Մետաղական հաղորդիչների դիմադրությունը մեծանում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ, մինչդեռ էլեկտրոլիտների (հեղուկ հաղորդիչների), ածխի և որոշ պինդ մարմինների դիմադրությունը, ընդհակառակը, նվազում է։

Մետաղների կարողությունը փոխել իրենց դիմադրությունը ջերմաստիճանի փոփոխություններով, օգտագործվում է դիմադրողական ջերմաչափեր կառուցելու համար: Այս ջերմաչափը պլատինե մետաղալար է միկա շրջանակի վրա: Ջերմաչափը դնելով, օրինակ, վառարանում և տաքացնելուց առաջ և հետո պլատինե մետաղալարի դիմադրությունը չափելով՝ կարելի է որոշել վառարանում ջերմաստիճանը։

Հաղորդավարի դիմադրության փոփոխությունը, երբ այն տաքացվում է սկզբնական դիմադրության 1 օմ և 1° ջերմաստիճանի դիմաց, կոչվում է. դիմադրության ջերմաստիճանի գործակիցըև նշվում է α տառով։

Եթե ​​ջերմաստիճանում տ 0 դիրիժոր դիմադրություն է r 0 և ջերմաստիճանում տհավասար է r t, ապա դիմադրության ջերմաստիճանի գործակիցը

Նշում.Այս բանաձևով հաշվարկը կարող է կատարվել միայն որոշակի ջերմաստիճանի միջակայքում (մինչև մոտավորապես 200°C):

Մենք ներկայացնում ենք α դիմադրության ջերմաստիճանի գործակիցի արժեքները որոշ մետաղների համար (Աղյուսակ 2):

աղյուսակ 2

Ջերմաստիճանի գործակիցների արժեքները որոշ մետաղների համար

Դիմադրության ջերմաստիճանի գործակիցի բանաձեւից մենք որոշում ենք r t:

r t = r 0 .

Օրինակ 6.Որոշեք մինչև 200°C ջեռուցվող երկաթյա մետաղալարի դիմադրությունը, եթե նրա դիմադրությունը 0°C-ում 100 Օմ էր։

r t = r 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 ohms:

Օրինակ 7.Պլատինե մետաղալարից պատրաստված դիմադրության ջերմաչափն ուներ 20 ohms դիմադրություն 15°C-ի սենյակում: Ջերմաչափը տեղադրեցին ջեռոցում և որոշ ժամանակ անց չափեցին դրա դիմադրությունը։ Պարզվել է, որ այն հավասար է 29,6 Օմ-ի։ Որոշեք ջեռոցում ջերմաստիճանը։

Էլեկտրական հաղորդունակություն

Մինչ այժմ մենք դիտարկել ենք հաղորդիչի դիմադրությունը որպես խոչընդոտ, որը հաղորդիչը ապահովում է էլեկտրական հոսանքին: Բայց, այնուամենայնիվ, հոսանքը հոսում է դիրիժորի միջով: Ուստի, բացի դիմադրությունից (խոչընդոտից), դիրիժորն ունի նաև էլեկտրական հոսանք վարելու ունակություն, այսինքն՝ հաղորդունակություն։

Որքան մեծ է հաղորդիչի դիմադրությունը, այնքան քիչ հաղորդունակությունը, այնքան վատ է այն անցկացնում էլեկտրական հոսանք, և, ընդհակառակը, որքան ցածր է հաղորդիչի դիմադրությունը, այնքան մեծ է հաղորդունակությունը, այնքան ավելի հեշտ է հոսանքի անցումը հաղորդիչով: Հետևաբար, հաղորդիչի դիմադրությունը և հաղորդունակությունը փոխադարձ մեծություններ են:

Մաթեմատիկայից հայտնի է, որ 5-ի հակադարձը 1/5 է և, ընդհակառակը, 1/7-ի հակադարձը 7 է։ Հետևաբար, եթե հաղորդիչի դիմադրությունը նշանակվում է տառով։ r, ապա հաղորդունակությունը սահմանվում է որպես 1/ r. Հաղորդունակությունը սովորաբար խորհրդանշվում է g տառով:

Էլեկտրական հաղորդունակությունը չափվում է (1/Օմ) կամ siemens-ով:

Օրինակ 8.Հաղորդավարի դիմադրությունը 20 ohms է: Որոշեք դրա հաղորդունակությունը:

Եթե r= 20 Օմ, ուրեմն

Օրինակ 9.Հաղորդավարի հաղորդունակությունը 0,1 է (1/Օմ): Որոշեք դրա դիմադրությունը

Եթե ​​g = 0.1 (1/Օմ), ապա r= 1 / 0.1 = 10 (Օմ)