Понятие удельного электрического сопротивления медного проводника

Понятие удельного электрического сопротивления медного проводника

Удельное сопротивление — прикладное понятие в электротехнике. Оно обозначает то, какое сопротивление на единицу длины оказывает материал единичного сечения протекающему через него току — другими словами, каким сопротивлением обладает провод миллиметрового сечения длиной один метр. Это понятие используется в различных электротехнических расчетах.

Важно понимать различия между удельным электрическим сопротивлением постоянному току и удельным электросопротивлением переменному току. В первом случае сопротивление вызывается исключительно действием постоянного тока на проводник. Во втором случае переменный ток (он может быть любой формы: синусоидальной, прямоугольной, треугольной или произвольной) вызывает в проводнике дополнительно действующее вихревое поле, которому также создается сопротивление.

Медь – основной материал для проводников

Квалифицированный выбор подходящего материала сопровождается комплексной оценкой нескольких факторов. Медный проводник не повреждается коррозией, потому что на поверхности образуется защитный слой из окислов. Структурная целостность сохраняется при малом радиусе поворота, после многократных изгибов. Отмеченные параметры пригодятся для оснащения помещений с повышенной влажностью и прокладки линий сложной конфигурации.

Тем не менее, главным преимуществом является малое сопротивление проводов из меди. Кроме улучшения токопроводимости с одновременным снижением потерь при передаче энергии, следует отметить уменьшение веса и размеров кабельной продукции, по сравнению с альтернативными вариантами.

Что влияет на величину удельного сопротивления?

Важно знать, что существует зависимость величины удельного сопротивления от химической чистоты металла. При содержании в меди даже незначительного количества алюминия (0,02%) величина этого ее параметра может значительно возрасти (до 10%).

Влияет на этот коэффициент и температура проводника. Объясняется это тем, что при повышении температуры усиливаются колебания атомов металла в узлах его кристаллической решетки, что и приводит к тому, что коэффициент удельного сопротивления возрастает.

Именно поэтому во всех справочных таблицах значение данного параметра приведено с учетом температуры 20 градусов.

Характеристика величины

Эта физическая величина позволяет определить способность вещества препятствовать прохождению электрического тока. Параметр измеряется в Ом·мм2/м. ​Электрическое сопротивление находится по формуле:

где R — электросопротивление проводника (Ом); ρ — удельное сопротивление Ом·мм2/м;

S — площадь поперечного сечения проводника (мм 2 )

Значения таблицы удельного сопротивления металлов указаны при температуре 20 градусов по Цельсию, поскольку это оптимальная температура для проводников для произведения расчетов электросопротивления.

Таблица значений удельного электросопротивления

Материал проводника Удельное электрическое сопротивление, Ом·мм2/м
Серебро 0,015
Медь 0,0175
Золото 0,023

Согласно таблице, значение удельного сопротивления меди равно 0,0175 Ом·мм2/м.

В настоящее время известно несколько классификаций металлов. Они подразделяются на чёрные и цветные. Во вторую группу входят:

  • медь;
  • свинец;
  • цинк;
  • золото;
  • платина;
  • серебро.

Однако приведённых данных мало для того, чтобы определить применение меди. Её отличия от остальных металлов: она ковкая, обладает высокой электропроводимостью (59 500 000 См/м — из таблицы проводимости металлов) и низким удельным электросопротивлением.

Не стоит полагать, что этот металл является однообразным, поскольку существуют несколько его марок. Вследствие этого различно использование меди:

  • М00, М0, М1 — используются в производстве кабелей. Стоит отметить, что при её переплавке исключается возможность перенасыщения кислородом.
  • М2, М3 — отлично подходят для задач средней сложности.
  • М1р, М2р, М3р — далеко не дешевые марки. Они изготавливаются с исключительными требованиями.

Марки различаются по таким характеристикам: вид поставки, наличие примесей, насыщение кислородом и показатель сопротивления. ​Например, у марок М1 и М2 должно быть низкое содержание примесей для пластичности. Однако кислород начинает отрицательно влиять на медь при повышении температуры окружающей среды.

Чтобы улучшить свойства материала для использования в отраслях тяжёлой промышленности, люди производят сплавы.

Например, латунь получают на основе меди, где по составу преобладает цинк, иногда с добавлением олова, марганца, железа и других элементов. Латунь нельзя отнести к бронзам.

В свою очередь, бронзой называют сплав меди, который производится обычно с оловом, выступающим основным компонентом. В эту группу также относятся медные сплавы с алюминием, свинцом.

Зависимость электрического сопротивления металлических проводников от температуры может быть выражена (в ограниченном интервале температур) формулой:

Для меди α=4,04*10^(-3), где α — температурный коэффициент электрического сопротивления.

Характеристика величины

Эта физическая величина позволяет определить способность вещества препятствовать прохождению электрического тока. Параметр измеряется в Ом·мм2/м. ​Электрическое сопротивление находится по формуле:

где R — электросопротивление проводника (Ом); ρ — удельное сопротивление Ом·мм2/м;

S — площадь поперечного сечения проводника (мм 2 )

Значения таблицы удельного сопротивления металлов указаны при температуре 20 градусов по Цельсию, поскольку это оптимальная температура для проводников для произведения расчетов электросопротивления.

Таблица значений удельного электросопротивления

Материал проводника Удельное электрическое сопротивление, Ом·мм2/м
Серебро 0,015
Медь 0,0175
Золото 0,023

Согласно таблице, значение удельного сопротивления меди равно 0,0175 Ом·мм2/м.

В настоящее время известно несколько классификаций металлов. Они подразделяются на чёрные и цветные. Во вторую группу входят:

  • медь;
  • свинец;
  • цинк;
  • золото;
  • платина;
  • серебро.

Однако приведённых данных мало для того, чтобы определить применение меди. Её отличия от остальных металлов: она ковкая, обладает высокой электропроводимостью (59 500 000 См/м — из таблицы проводимости металлов) и низким удельным электросопротивлением.

Не стоит полагать, что этот металл является однообразным, поскольку существуют несколько его марок. Вследствие этого различно использование меди:

  • М00, М0, М1 — используются в производстве кабелей. Стоит отметить, что при её переплавке исключается возможность перенасыщения кислородом.
  • М2, М3 — отлично подходят для задач средней сложности.
  • М1р, М2р, М3р — далеко не дешевые марки. Они изготавливаются с исключительными требованиями.

Марки различаются по таким характеристикам: вид поставки, наличие примесей, насыщение кислородом и показатель сопротивления. ​Например, у марок М1 и М2 должно быть низкое содержание примесей для пластичности. Однако кислород начинает отрицательно влиять на медь при повышении температуры окружающей среды.

Чтобы улучшить свойства материала для использования в отраслях тяжёлой промышленности, люди производят сплавы.

Например, латунь получают на основе меди, где по составу преобладает цинк, иногда с добавлением олова, марганца, железа и других элементов. Латунь нельзя отнести к бронзам.

В свою очередь, бронзой называют сплав меди, который производится обычно с оловом, выступающим основным компонентом. В эту группу также относятся медные сплавы с алюминием, свинцом.

Зависимость электрического сопротивления металлических проводников от температуры может быть выражена (в ограниченном интервале температур) формулой:

Для меди α=4,04*10^(-3), где α — температурный коэффициент электрического сопротивления.

Сопротивление провода

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:

Читайте также  Перья по дереву

R=1,1*10 -6 *(1,5/0,000000196) = 8,4 Ом

Нихром и константан часто используют в качестве материала для сопротивлений. Ниже в таблице вы можете посмотреть удельное сопротивление некоторых наиболее часто используемых металлов.

Существуют определенные таблицы? в которых сведены воедино имеющиеся сведения о пропускании и сопротивлении металлов, как правило, эти таблицы рассчитаны для определенных условий.

В частности, широко известна таблица сопротивления металлических монокристаллов при температуре двадцать градусов по Цельсию, а также таблица сопротивления металлов и сплавов.

Этими таблицами пользуются для вычисления различных данных в так называемых идеальных условиях, чтобы вычислить значения для конкретных целей нужно пользоваться формулами.

Применение медных проводников

Медь является не только хорошим проводником электрического тока, но и очень пластичным материалом. Благодаря этому свойству медная проводка лучше укладывается, она устойчива к изгибам и растяжению.

Медь очень востребована на рынке. Из этого материала производят множество различных изделий:

  • Огромное многообразие проводников;
  • Автозапчасти (например, радиаторы);
  • Часовые механизмы;
  • Компьютерные составляющие;
  • Детали электрических и электронных приборов.

Удельное электрическое сопротивление меди является одним из лучших среди проводящих ток материалов, поэтому на ее основе создается множество товаров электроиндустрии. К тому же медь легко поддается пайке, поэтому очень распространена в радиолюбительстве.

Электрическая проводимость

До сих пор мы рассматривали сопротивление проводника как препятствие, которое оказывает проводник электрическому току. Но все же ток по проводнику проходит. Следовательно, кроме сопротивления (препятствия), проводник обладает также способностью проводить электрический ток, то есть проводимостью.

Чем большим сопротивлением обладает проводник, тем меньшую он имеет проводимость, тем хуже он проводит электрический ток, и, наоборот, чем меньше сопротивление проводника, тем большей проводимостью он обладает, тем легче току пройти по проводнику. Поэтому сопротивление и проводимость проводника есть величины обратные.

Из математики известно, что число, обратное 5, есть 1/5 и, наоборот, число, обратное 1/7, есть 7. Следовательно, если сопротивление проводника обозначается буквой r, то проводимость определяется как 1/r. Обычно проводимость обозначается буквой g.

Электрическая проводимость измеряется в (1/Ом) или в сименсах.

Пример 8. Сопротивление проводника равно 20 Ом. Определить его проводимость.

Если r = 20 Ом, то

Пример 9. Проводимость проводника равна 0,1 (1/Ом). Определить его сопротивление,

Если g = 0,1 (1/Ом), то r = 1 / 0,1 = 10 (Ом)

Источник: Кузнецов М. И., «Основы электротехники» – 9-е издание, исправленное – Москва: Высшая школа, 1964 – 560с.