Bảng hệ số nhiệt điện trở của kim loại

Điện trở của dây dẫn (R) (điện trở suất) () phụ thuộc vào nhiệt độ. Sự phụ thuộc này với sự thay đổi nhiệt độ nhỏ () được trình bày dưới dạng một hàm:

trong đó - điện trở riêng của vật dẫn ở nhiệt độ bằng 0 o C; là hệ số nhiệt độ của điện trở.

ĐỊNH NGHĨA

hệ số nhiệt độ của điện trở() là đại lượng vật lý bằng số gia tương đối (R) của tiết diện mạch (hoặc điện trở suất của môi chất ()) xuất hiện khi dây dẫn bị nung nóng thêm 1 o C. Về mặt toán học, việc xác định hệ số nhiệt độ của điện trở có thể được biểu diễn dưới dạng:

Giá trị này là một đặc trưng của mối quan hệ giữa điện trở và nhiệt độ.

Ở các nhiệt độ thuộc dãy, đối với hầu hết các kim loại, hệ số đang xét không đổi. Đối với kim loại nguyên chất, hệ số nhiệt độ của nhiệt độ thường được lấy bằng

Đôi khi họ nói về hệ số nhiệt độ trung bình của điện trở, định nghĩa nó là:

giá trị trung bình của hệ số nhiệt độ trong một khoảng nhiệt độ nhất định ().

Hệ số nhiệt độ của điện trở đối với các chất khác nhau

Hầu hết các kim loại có hệ số nhiệt độ của điện trở lớn hơn không. Điều này có nghĩa là điện trở của kim loại tăng khi nhiệt độ tăng. Điều này xảy ra do sự tán xạ của các điện tử bởi mạng tinh thể, mạng tinh thể khuếch đại các dao động nhiệt.

Ở nhiệt độ gần bằng không tuyệt đối (-273 o C), điện trở của một số lượng lớn kim loại giảm mạnh về không. Các kim loại được cho là chuyển sang trạng thái siêu dẫn.

Chất bán dẫn không lẫn tạp chất có hệ số nhiệt độ âm. Điện trở của chúng giảm khi nhiệt độ tăng. Điều này là do thực tế là số lượng các điện tử đi vào vùng dẫn tăng lên, có nghĩa là số lượng lỗ trống trên một đơn vị thể tích của chất bán dẫn tăng lên.

Dung dịch điện phân có Điện trở của chất điện phân giảm khi nhiệt độ tăng. Điều này là do sự gia tăng số lượng các ion tự do do sự phân ly của các phân tử vượt quá sự gia tăng sự phân tán của các ion do sự va chạm với các phân tử dung môi. Phải nói rằng hệ số nhiệt độ của điện trở đối với chất điện phân là một giá trị không đổi chỉ trong một khoảng nhiệt độ nhỏ.

Các đơn vị

Đơn vị cơ bản để đo hệ số nhiệt độ của điện trở trong hệ SI là:

Ví dụ về giải quyết vấn đề

VÍ DỤ 1

Nhiệm vụ	Một bóng đèn sợi đốt có hình xoắn bằng vonfram được mắc vào mạng điện có hiệu điện thế B, có dòng điện A chạy qua. Nhiệt độ của vòng xoắn sẽ như thế nào nếu ở nhiệt độ o C, nó có điện trở là Ôm? Hệ số nhiệt độ của điện trở của vonfram .
Giải pháp	Để làm cơ sở cho việc giải bài toán, chúng ta sử dụng công thức về sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ có dạng: Điện trở của dây tóc vonfram ở nhiệt độ 0 o là bao nhiêu C. Theo biểu thức (1.1), ta có: Theo định luật Ôm đối với đoạn mạch ta có: Tính toán Hãy viết phương trình liên hệ giữa điện trở và nhiệt độ: Hãy thực hiện các phép tính:
Trả lời	K

VÍ DỤ 2

Nhiệm vụ

Ở một nhiệt độ, điện trở của ampe kế bằng nhau, điện trở của ampe kế bằng nhau và biểu thị cường độ dòng điện Ampe kế làm bằng dây sắt mắc nối tiếp với ampe kế (Hình 1). Cường độ dòng điện chạy qua ampe kế sẽ là bao nhiêu nếu đốt nóng ampe kế đến nhiệt độ? Coi hệ số nhiệt độ của điện trở của sắt bằng.

Kim loại	Điện trở suất ρ ở 20 ºС, Ohm * mm² / m	Hệ số nhiệt độ của điện trở α, ºС -1
Nhôm
Sắt thép)
Constantan
Manganin

Hệ số nhiệt độ của điện trở α cho thấy điện trở của vật dẫn trong 1 Ohm tăng bao nhiêu khi nhiệt độ (sự đốt nóng của vật dẫn) tăng thêm 1 ºС.

Điện trở của vật dẫn ở nhiệt độ t được tính theo công thức:

r t \ u003d r 20 + α * r 20 * (t - 20 ºС)

trong đó r 20 là điện trở của vật dẫn ở nhiệt độ 20 ºС, r t là điện trở của vật dẫn ở nhiệt độ t.

mật độ hiện tại

Dòng điện I = 10 A chạy qua một dây dẫn đồng chất có tiết diện S = 4 mm². Mật độ dòng điện là bao nhiêu?

Mật độ dòng điện J = I / S = 10 A / 4 mm² = 2,5 A / mm².

[Trên diện tích mặt cắt ngang 1 mm² dòng điện I = 2,5 A; có dòng điện I = 10 A chạy qua toàn bộ tiết diện S].

Dòng điện I = 1000 A chạy qua thanh cái của thiết bị đóng cắt có tiết diện hình chữ nhật (20x80) mm². Mật độ dòng điện trong thanh cái là bao nhiêu?

Diện tích mặt cắt ngang của lốp S = 20x80 = 1600 mm². mật độ hiện tại

J = I / S = 1000 A / 1600 mm² = 0,625 A / mm².

Ở cuộn dây có tiết diện tròn đường kính 0,8 mm và cho mật độ dòng điện 2,5 A / mm². Cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn (đốt nóng không được vượt quá mức cho phép) là bao nhiêu?

Diện tích mặt cắt ngang của dây S = π * d² / 4 = 3/14 * 0,8² / 4 ≈ 0,5 mm².

Dòng điện cho phép I = J * S = 2,5 A / mm² * 0,5 mm² = 1,25 A.

Mật độ dòng điện cho phép đối với cuộn dây máy biến áp J = 2,5 A / mm². Dòng điện I \ u003d 4 A chạy qua dây quấn. Tiết diện (đường kính) của tiết diện tròn của dây dẫn phải như thế nào để dây dẫn không bị quá nhiệt?

Diện tích mặt cắt ngang S = I / J = (4 A) / (2,5 A / mm²) = 1,6 mm²

Phần này tương ứng với đường kính dây là 1,42 mm.

Một dây đồng cách điện có tiết diện 4 mm² mang dòng điện tối đa cho phép là 38 A (xem bảng). Mật độ dòng điện cho phép là bao nhiêu? Mật độ dòng điện cho phép đối với dây đồng có tiết diện 1, 10 và 16 mm² là bao nhiêu?

một). Mật độ dòng điện cho phép

J = I / S = 38 A / 4mm² = 9,5 A / mm².

2). Đối với mặt cắt ngang 1 mm², mật độ dòng điện cho phép (xem bảng)

J = I / S = 16 A / 1 mm² = 16 A / mm².

3). Đối với mặt cắt ngang 10 mm² mật độ dòng điện cho phép

J = 70 A / 10 mm² = 7,0 A / mm²

4). Đối với tiết diện 16 mm² mật độ dòng điện cho phép

J = I / S = 85 A / 16 mm² = 5,3 A / mm².

Mật độ dòng điện cho phép giảm khi tiết diện tăng. Chuyển hướng. Có hiệu lực đối với dây dẫn điện có lớp cách điện B.

Nhiệm vụ cho giải pháp độc lập

Phải có dòng điện I = 4 A chạy qua cuộn dây của máy biến áp thì tiết diện của dây quấn có mật độ dòng điện cho phép J = 2,5 A / mm² phải là bao nhiêu? (S = 1,6 mm²)

Một dây dẫn có đường kính 0,3 mm mang dòng điện 100 mA. Mật độ dòng điện là bao nhiêu? (J = 1,415 A / mm²)

Trên cuộn dây của một nam châm điện từ một dây dẫn cách điện có đường kính

d \ u003d 2,26 mm (không bao gồm lớp cách điện) dòng điện 10 A. đi qua. Mật độ là bao nhiêu

hiện hành? (J = 2,5 A / mm²).

4. Cuộn dây của máy biến áp cho phép mật độ dòng điện là 2,5 A / mm². Cường độ dòng điện trong cuộn dây là 15 A. Tiết diện và đường kính nhỏ nhất mà một dây tròn có thể có (không kể cách điện) là? (tính bằng mm²; 2,76 mm).

Hệ số nhiệt độ của điện trở, tks- một giá trị hoặc một tập hợp các đại lượng biểu thị sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ.

Sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ có thể có bản chất khác, có thể được biểu thị trong trường hợp tổng quát bằng một số hàm. Hàm này có thể được biểu thị dưới dạng hằng số chiều, trong đó nhiệt độ nhất định là một số và hệ số phụ thuộc nhiệt độ không thứ nguyên có dạng

Trong định nghĩa này, hệ số hóa ra chỉ phụ thuộc vào các đặc tính của môi trường và không phụ thuộc vào giá trị tuyệt đối của điện trở của đối tượng được đo (được xác định bởi các kích thước hình học của nó).

Nếu sự phụ thuộc nhiệt độ (trong một phạm vi nhiệt độ nhất định) đủ mịn, nó có thể được xấp xỉ khá tốt bởi một đa thức có dạng:

Các hệ số ở bậc của đa thức được gọi là hệ số nhiệt độ của điện trở. Do đó, sự phụ thuộc nhiệt độ sẽ có dạng (cho ngắn gọn, được ký hiệu là):

và, nếu chúng ta tính đến rằng các hệ số chỉ phụ thuộc vào vật liệu, thì điện trở suất cũng có thể được biểu thị theo cách tương tự:

Các hệ số có thứ nguyên là Kelvin, hoặc độ C, hoặc một đơn vị nhiệt độ khác ở cùng một mức độ, nhưng có dấu trừ. Hệ số nhiệt độ của điện trở bậc một đặc trưng cho sự phụ thuộc tuyến tính của điện trở vào nhiệt độ và được đo bằng kelvins với công suất thứ nhất trừ (K⁻¹). Hệ số nhiệt độ của bậc thứ hai là bậc hai và được đo bằng kelvins đến lũy thừa thứ hai trừ (K⁻²). Hệ số của các mức độ cao hơn được biểu thị tương tự.

Vì vậy, ví dụ, đối với cảm biến nhiệt độ bằng bạch kim loại Pt100, phương pháp tính toán điện trở giống như

nghĩa là, đối với nhiệt độ trên 0 ° C, các hệ số α₁ = 3.9803 10⁻³ K⁻¹, α₂ = −5.775 10⁻⁷ K⁻² được sử dụng ở T₀ = 0 ° C (273.15 K) và đối với nhiệt độ dưới 0 ° C, α₃ = 4,183 10⁻⁹ K⁻³ và α₄ = −4,183 10⁻¹² K⁻⁴ được thêm vào.

Mặc dù một số độ được sử dụng để tính toán chính xác, trong hầu hết các trường hợp thực tế, một hệ số tuyến tính là đủ và thông thường hệ số này có nghĩa là TCR. Vì vậy, ví dụ, một TCR dương có nghĩa là tăng điện trở khi nhiệt độ tăng và một âm có nghĩa là giảm.

Những lý do chính của sự thay đổi điện trở là sự thay đổi nồng độ của các hạt tải điện trong môi trường và tính linh động của chúng.

Vật liệu có TCR cao được sử dụng trong các mạch nhạy cảm với nhiệt độ như một phần của nhiệt điện trở và mạch cầu nối từ chúng. Để thay đổi nhiệt độ chính xác, nhiệt điện trở dựa trên

Hệ số nhiệt độ của điện trở(α) - sự thay đổi tương đối trong điện trở của một phần của mạch điện hoặc điện trở suất của vật liệu với sự thay đổi nhiệt độ bằng 1, biểu thị bằng K -1. Đặc biệt, trong điện tử, các điện trở làm bằng hợp kim kim loại đặc biệt có giá trị α thấp, chẳng hạn như hợp kim manganin hoặc hằng số, và các linh kiện bán dẫn có giá trị α dương hoặc âm lớn (nhiệt điện trở) được sử dụng. Ý nghĩa vật lý của hệ số nhiệt độ của điện trở được biểu thị bằng phương trình:

ở đâu dR- thay đổi điện trở R khi nhiệt độ thay đổi bằng dT.

Dây dẫn

Sự phụ thuộc nhiệt độ của điện trở đối với hầu hết các kim loại là gần tuyến tính đối với một dải nhiệt độ rộng và được mô tả bằng công thức:

R T R0- điện trở ở nhiệt độ ban đầu T 0 [Ohm]; α - hệ số nhiệt độ của điện trở; ∆T- sự thay đổi nhiệt độ, là TT 0 [K].

Ở nhiệt độ thấp, sự phụ thuộc nhiệt độ của điện trở của vật dẫn được xác định theo quy tắc Mathiesen.

Chất bán dẫn

Sự phụ thuộc nhiệt độ của điện trở nhiệt điện trở NTC

Đối với các thiết bị bán dẫn như nhiệt điện trở, sự phụ thuộc nhiệt độ của điện trở chủ yếu được xác định bởi sự phụ thuộc của nồng độ hạt tải điện vào nhiệt độ. Đây là một mối quan hệ theo cấp số nhân:

R T- điện trở ở nhiệt độ T [Ohm]; R∞- điện trở ở nhiệt độ T = ∞ [Ohm]; Wg- độ rộng vùng cấm - dải giá trị năng lượng mà điện tử không có trong tinh thể lý tưởng (không có khuyết tật) [eV]; k là hằng số Boltzmann [eV / K].

Lấy logarit của vế trái và vế phải của phương trình, chúng ta nhận được:

, vật chất là hằng số ở đâu.

Hệ số nhiệt độ của điện trở của nhiệt điện trở được cho bởi phương trình:

Từ sự phụ thuộc của R T vào T ta có:

Nguồn

• Cơ sở lý thuyết về kỹ thuật điện: Giáo trình: Trong 3 tập / V. S. Boyko, V. V. Boyko, Yu. F. Vydolob và những người khác; Dưới tổng số ed. I. M. Chizhenko, V. S. Boyko. - M.: ShTs "Nhà xuất bản" Politekhnika "", 2004. - T. 1: chế độ ổn định của mạch điện tuyến tính với các tham số gộp. - 272 p: ốm. ISBN 966-622-042-3
• Shegedin A.I. Malyar V.S. Cơ sở lý thuyết về kỹ thuật điện. Phần 1: Giáo trình đào tạo từ xa cho sinh viên chuyên ngành điện - cơ điện của các cơ sở giáo dục đại học. - M.: Magnolia plus, 2004. - 168 tr.
• I.M. Kucheruk, I.T. Gorbachuk, P.P. Lutsik (2006). Giáo trình Vật lý đại cương: Sách giáo khoa 3 tập V.2. điện và từ tính. Kyiv: Kỹ thuật.

Kết quả của phép đo điện trở suất bị ảnh hưởng mạnh bởi các khoang co ngót, bong bóng khí, tạp chất và các khuyết tật khác. Hơn nữa, hình 155 cho thấy rằng một lượng nhỏ tạp chất đi vào dung dịch rắn cũng có ảnh hưởng lớn đến độ dẫn điện đo được. Do đó, việc tạo ra các mẫu đạt yêu cầu cho các phép đo điện trở khó hơn nhiều so với

nghiên cứu giãn nở. Điều này đã dẫn đến một phương pháp biểu đồ pha khác, trong đó hệ số nhiệt độ của điện trở được đo.

Hệ số nhiệt độ của điện trở

Điện trở ở nhiệt độ

Matthiessen nhận thấy rằng sự gia tăng điện trở của kim loại do sự hiện diện của một lượng nhỏ thành phần thứ hai trong dung dịch rắn không phụ thuộc vào nhiệt độ; Theo đó, đối với một dung dịch rắn như vậy, giá trị không phụ thuộc vào nồng độ. Điều này có nghĩa là hệ số nhiệt độ của điện trở tỷ lệ với, tức là độ dẫn điện, và đồ thị của hệ số a, phụ thuộc vào thành phần, tương tự như đồ thị của độ dẫn điện của dung dịch rắn. Có rất nhiều trường hợp ngoại lệ đã biết đối với quy tắc này, đặc biệt là đối với các kim loại chuyển tiếp, nhưng đối với hầu hết các trường hợp, nó gần đúng.

Hệ số nhiệt độ của điện trở của các pha trung gian thường có cùng độ lớn như đối với kim loại nguyên chất, ngay cả trong trường hợp bản thân mối nối có điện trở cao. Tuy nhiên, có những pha trung gian có hệ số nhiệt độ bằng 0 hoặc âm trong một khoảng nhiệt độ nhất định.

Nói đúng ra, quy tắc của Matthiessen chỉ áp dụng cho các dung dịch rắn, nhưng có nhiều trường hợp dường như nó cũng đúng với các hợp kim hai pha. Nếu hệ số nhiệt độ của điện trở được vẽ như một hàm của thành phần, thì đường cong thường có hình dạng giống như đường cong độ dẫn, do đó sự chuyển đổi pha có thể được phát hiện theo cùng một cách. Phương pháp này hữu ích khi, do tính giòn hoặc các lý do khác, không thể chuẩn bị các mẫu phù hợp để đo độ dẫn điện.

Trong thực tế, hệ số nhiệt độ trung bình giữa hai nhiệt độ được xác định bằng cách đo điện trở của hợp kim ở các nhiệt độ đó. Nếu không có sự biến đổi pha nào xảy ra trong khoảng nhiệt độ đang xét thì hệ số được xác định theo công thức:

sẽ có cùng giá trị như thể khoảng thời gian nhỏ. Đối với hợp kim cứng như nhiệt độ và

Thuận tiện là lấy 0 ° và 100 ° tương ứng, và các phép đo sẽ cho các vùng pha ở nhiệt độ dập tắt. Tuy nhiên, nếu các phép đo được thực hiện ở nhiệt độ cao, khoảng thời gian phải nhỏ hơn nhiều so với 100 ° nếu ranh giới pha có thể nằm ở đâu đó giữa các nhiệt độ

Cơm. 158. (xem quét) Hệ số dẫn điện và nhiệt độ của điện trở trong hệ bạc ma thuật (Tamman)

Ưu điểm lớn của phương pháp này là hệ số a phụ thuộc vào điện trở tương đối của mẫu ở hai nhiệt độ, do đó không bị ảnh hưởng bởi các lỗ rỗng và các khuyết tật luyện kim khác của mẫu. Đường cong hệ số dẫn điện và nhiệt độ

điện trở trong một số hệ thống hợp kim lặp lại với nhau. Cơm. 158 được lấy từ công trình ban đầu của Tamman (các đường cong liên quan đến hợp kim bạc-magiê); nghiên cứu sau đó cho thấy rằng vùng của dung dịch rắn giảm khi nhiệt độ giảm và cấu trúc thượng tầng tồn tại trong vùng của pha. Một số ranh giới pha khác cũng đã thay đổi gần đây, do đó, biểu đồ được hiển thị trong Hình. 158 chỉ quan tâm đến lịch sử và không thể được sử dụng cho các phép đo chính xác.

Nồng độ điện tử tự do n trong một vật dẫn kim loại khi tăng nhiệt độ thực tế không đổi, nhưng tốc độ chuyển động nhiệt trung bình của chúng tăng lên. Rung động của các nút của mạng tinh thể cũng tăng lên. Lượng tử của dao động đàn hồi của môi trường thường được gọi là phonon. Các dao động nhiệt nhỏ của mạng tinh thể có thể được coi là một tập hợp các phonon. Khi nhiệt độ tăng, biên độ dao động nhiệt của các nguyên tử tăng lên, tức là tiết diện của khối cầu thể tích chiếm bởi nguyên tử dao động tăng lên.

Do đó, khi nhiệt độ tăng lên, ngày càng nhiều chướng ngại vật xuất hiện trên đường di chuyển của điện tử dưới tác động của điện trường. Điều này dẫn đến thực tế là đường đi tự do trung bình của electron λ giảm, độ linh động của electron giảm và kết quả là độ dẫn điện riêng của kim loại giảm và điện trở suất tăng (Hình 3.3). Sự thay đổi điện trở suất của một vật dẫn khi nhiệt độ của nó thay đổi 3K, được gọi là giá trị của điện trở suất của vật dẫn này ở một nhiệt độ nhất định, được gọi là hệ số nhiệt độ của điện trở suất TK ρ hoặc Hệ số nhiệt độ của điện trở suất được đo bằng K -3. Hệ số nhiệt độ của điện trở suất của kim loại là dương. Như sau từ định nghĩa trên, biểu thức vi phân cho TK ρ giống như:

Theo kết luận của thuyết điện tử về kim loại, các giá trị của kim loại nguyên chất ở trạng thái rắn phải gần với hệ số nhiệt độ (TK) của sự nở ra của khí lý tưởng, tức là 3: 273 = 0,0037. Trên thực tế, đối với hầu hết các kim loại, ≈ 0,004 Một số kim loại có giá trị cao hơn, bao gồm kim loại sắt từ - sắt, niken và coban.

Lưu ý rằng đối với mỗi nhiệt độ có một giá trị của hệ số nhiệt độ TK ρ. Trong thực tế, đối với một dải nhiệt độ nhất định, giá trị trung bình được sử dụng TK ρ hoặc:

ở đâu ρ3 Và ρ2- điện trở riêng của vật liệu làm dây dẫn ở nhiệt độ T3 Và T2 tương ứng (với T2> T3); có một cái gọi là hệ số nhiệt độ trung bình của điện trở suất của vật liệu này trong phạm vi nhiệt độ từ T3 trước T2.

Một trong những kim loại được yêu cầu nhiều nhất trong các ngành công nghiệp là đồng. Nó được sử dụng rộng rãi nhất trong điện và điện tử. Thông thường nó được sử dụng trong sản xuất cuộn dây cho động cơ điện và máy biến áp. Lý do chính để sử dụng vật liệu đặc biệt này là đồng có điện trở suất thấp nhất hiện có. Cho đến khi một vật liệu mới có giá trị thấp hơn của chỉ số này xuất hiện, có thể nói rằng sẽ không có vật liệu thay thế cho đồng được an toàn.

Đặc điểm chung của đồng

Nói về đồng, phải nói rằng ngay từ buổi bình minh của kỷ nguyên điện, nó đã bắt đầu được sử dụng trong sản xuất kỹ thuật điện. Nó được sử dụng phần lớn do các đặc tính độc đáo mà hợp kim này sở hữu. Bản thân nó là một vật liệu có đặc tính dẻo cao và độ dẻo tốt.

Cùng với tính dẫn nhiệt của đồng, một trong những ưu điểm quan trọng nhất của nó là độ dẫn điện cao. Đó là do tính chất này mà đồng và được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy điện trong đó nó hoạt động như một chất dẫn điện vạn năng. Vật liệu có giá trị nhất là đồng điện phân, có độ tinh khiết cao - 99,95%. Nhờ vật liệu này, người ta có thể sản xuất dây cáp.

Ưu điểm của việc sử dụng đồng điện phân

Việc sử dụng đồng điện phân cho phép bạn đạt được những điều sau:

• Cung cấp độ dẫn điện cao;
• Đạt được khả năng đẻ xuất sắc;
• Cung cấp độ dẻo cao.

Các ứng dụng

Các sản phẩm cáp được làm từ đồng điện phân được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau. Nó thường được sử dụng trong các lĩnh vực sau:

• công nghiệp điện;
• thiết bị điện;
• công nghiệp ô tô;
• sản xuất thiết bị máy tính.

Điện trở suất là gì?

Để hiểu đồng là gì và các đặc tính của nó, cần phải hiểu thông số chính của kim loại này - điện trở suất. Nó cần được biết và sử dụng khi thực hiện các phép tính.

Điện trở suất thường được hiểu là một đại lượng vật lý, được đặc trưng cho khả năng dẫn dòng điện của kim loại.

Cũng cần biết giá trị này để tính toán chính xác điện trở Nhạc trưởng. Khi tính toán, họ cũng chú trọng đến kích thước hình học của nó. Khi tính toán, hãy sử dụng công thức sau:

Công thức này được nhiều người biết đến. Sử dụng nó, bạn có thể dễ dàng tính toán điện trở của cáp đồng, chỉ tập trung vào các đặc tính của mạng điện. Nó cho phép bạn tính toán điện năng được sử dụng không hiệu quả để làm nóng lõi cáp. Bên cạnh đó, một công thức tương tự cho phép bạn thực hiện các tính toán điện trở bất kỳ cáp nào. Không quan trọng vật liệu nào được sử dụng để làm cáp - đồng, nhôm hoặc một số hợp kim khác.

Một thông số như điện trở suất được đo bằng Ohm * mm2 / m. Chỉ số này cho hệ thống dây đồng đặt trong căn hộ là 0,0175 Ohm * mm2 / m. Nếu bạn cố gắng tìm kiếm một chất thay thế cho đồng - một vật liệu có thể được sử dụng thay thế, thì bạc là phù hợp duy nhất, có điện trở suất là 0,016 Ohm * mm2 / m. Tuy nhiên, khi lựa chọn một vật liệu, cần phải chú ý không chỉ đến điện trở suất, mà còn cả tính dẫn điện ngược. Giá trị này được đo bằng Siemens (cm).

Siemens \ u003d 1 / Ohm.

Đối với đồng có trọng lượng bất kỳ, thông số thành phần này là 58.100.000 S / m. Đối với bạc, độ dẫn điện ngược của nó là 62.500.000 S / m.

Trong thế giới công nghệ cao của chúng ta, khi mọi gia đình đều có một số lượng lớn các thiết bị điện và hệ thống lắp đặt, giá trị của một vật liệu như đồng đơn giản là vô giá. Cái này vật liệu được sử dụng để làm dây không có mà không có phòng là hoàn thành. Nếu đồng không tồn tại, thì con người sẽ phải sử dụng dây điện làm từ các vật liệu có sẵn khác, chẳng hạn như nhôm. Tuy nhiên, trong trường hợp này, người ta sẽ phải đối mặt với một vấn đề. Vấn đề là vật liệu này có độ dẫn điện thấp hơn nhiều so với chất dẫn điện bằng đồng.

Điện trở suất

Việc sử dụng các vật liệu có độ dẫn điện và dẫn nhiệt thấp với bất kỳ trọng lượng nào đều dẫn đến tổn thất điện năng lớn. NHƯNG nó ảnh hưởng đến mất điện trên thiết bị đang được sử dụng. Hầu hết các chuyên gia đề cập đến đồng là vật liệu chính để sản xuất dây cách điện. Nó là vật liệu chính để tạo ra các phần tử riêng lẻ của thiết bị chạy bằng dòng điện.

• Bo mạch được cài đặt trong máy tính được trang bị các rãnh đồng khắc.
• Đồng cũng được sử dụng để tạo ra nhiều loại nguyên tố được sử dụng trong các thiết bị điện tử.
• Trong máy biến áp và động cơ điện, nó được biểu diễn bằng một cuộn dây làm từ vật liệu này.

Không có nghi ngờ gì rằng việc mở rộng phạm vi của vật liệu này sẽ xảy ra với sự phát triển hơn nữa của tiến bộ kỹ thuật. Mặc dù, ngoài đồng, còn có các vật liệu khác, nhưng nhà thiết kế vẫn sử dụng đồng để tạo ra các thiết bị và lắp đặt khác nhau. Lý do chính cho nhu cầu về vật liệu này là dẫn điện và dẫn nhiệt tốt của kim loại này, mà nó cung cấp ở nhiệt độ phòng.

Hệ số nhiệt độ của điện trở

Tất cả các kim loại có tính dẫn nhiệt đều có đặc tính là độ dẫn điện giảm dần khi nhiệt độ tăng. Khi nhiệt độ giảm, độ dẫn điện tăng lên. Các nhà chuyên môn gọi đặc tính giảm điện trở khi nhiệt độ giảm là đặc biệt thú vị. Rốt cuộc, trong trường hợp này, khi nhiệt độ trong phòng giảm xuống một giá trị nhất định, dây dẫn có thể mất điện trở và nó sẽ chuyển vào lớp chất siêu dẫn.

Để xác định chỉ số điện trở của một vật dẫn cụ thể có khối lượng nhất định ở nhiệt độ phòng, cần có hệ số điện trở tới hạn. Đây là giá trị biểu thị sự thay đổi điện trở của một đoạn mạch với sự thay đổi nhiệt độ một Kelvin. Để thực hiện phép tính điện trở của dây dẫn đồng trong một khoảng thời gian nhất định, sử dụng công thức sau:

ΔR = α * R * ΔT, trong đó α là hệ số nhiệt độ của điện trở.

Phần kết luận

Đồng là một vật liệu được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực điện tử. Nó không chỉ được sử dụng trong cuộn dây và mạch điện mà còn được sử dụng như một kim loại để sản xuất các sản phẩm cáp. Để máy móc thiết bị hoạt động hiệu quả thì cần tính toán chính xác điện trở suất của dây dẫnđặt trong căn hộ. Có một công thức nhất định cho việc này. Biết được nó, bạn có thể thực hiện một phép tính cho phép bạn tìm ra kích thước tối ưu của tiết diện cáp. Trong trường hợp này, có thể tránh được tổn thất điện năng của thiết bị và đảm bảo hiệu quả sử dụng.

Các đặc điểm chính của vật liệu dẫn điện là:

1. Dẫn nhiệt;
2. Tiếp điểm hiệu điện thế và sức điện động nhiệt điện;
3. Độ bền kéo và độ giãn dài khi kéo.

ρ là giá trị đặc trưng cho khả năng chống lại dòng điện của vật liệu. Điện trở suất được biểu thị bằng công thức:

Đối với dây dẫn dài (dây dẫn, dây điện, lõi cáp, thanh cái) chiều dài dây dẫn l thường được biểu thị bằng mét, diện tích mặt cắt ngang S- tính bằng mm², điện trở dây dẫn r- tính bằng Ohm, sau đó là đơn vị của điện trở suất

Dữ liệu về điện trở suất của các dây dẫn kim loại khác nhau được đưa ra trong bài báo "Điện trở và độ dẫn điện".

α là giá trị đặc trưng cho sự thay đổi điện trở của vật dẫn phụ thuộc vào nhiệt độ.
Giá trị trung bình của hệ số nhiệt độ của điện trở trong khoảng nhiệt độ t 2 ° - t 1 ° có thể được tìm thấy theo công thức:

Dữ liệu về hệ số nhiệt độ của điện trở của các vật liệu làm dây dẫn khác nhau được đưa ra trong bảng dưới đây.

Giá trị của hệ số nhiệt độ của điện trở của kim loại

Dẫn nhiệt

λ là giá trị đặc trưng cho lượng nhiệt truyền qua một đơn vị thời gian qua một lớp vật chất. Kích thước của độ dẫn nhiệt

Tính dẫn nhiệt có tầm quan trọng lớn trong tính toán nhiệt của máy móc, thiết bị, dây cáp và các thiết bị điện khác.

Giá trị độ dẫn nhiệt λ đối với một số vật liệu

Bạc Đồng Nhôm Thau Sắt thép Đồng Bê tông Gạch Cốc thủy tinh Amiăng Gỗ nút bần

350 - 360 340 180 - 200 90 - 100 40 - 50 30 - 40 0,7 - 1,2 0,5 - 1,2 0,6 - 0,9 0,13 - 0,18 0,1 - 0,15 0,04 - 0,08

Từ số liệu trên có thể thấy kim loại có tính dẫn nhiệt cao nhất. Vật liệu phi kim loại có độ dẫn nhiệt thấp hơn nhiều. Nó đạt đến giá trị đặc biệt thấp đối với vật liệu xốp, mà tôi sử dụng đặc biệt để cách nhiệt. Theo thuyết điện tử, kim loại dẫn nhiệt cao là do có các êlectron dẫn giống như êlectron dẫn điện.

Tiếp điểm hiệu điện thế và sức điện động nhiệt

Như đã chỉ ra trong bài "Vật dẫn kim loại", các ion kim loại dương nằm ở các nút của mạng tinh thể, hình thành nên khung của nó như ban đầu. Các electron tự do lấp đầy mạng tinh thể giống như một chất khí, đôi khi được gọi là "khí electron". Áp suất của êlectron khí trong kim loại tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối và số êlectron tự do trên một đơn vị thể tích, áp suất này phụ thuộc vào tính chất của kim loại. Khi hai kim loại khác nhau tiếp xúc với nhau, áp suất của khí electron sẽ cân bằng tại điểm tiếp xúc. Kết quả của sự khuếch tán electron, một kim loại giảm số lượng electron trở nên tích điện dương và một kim loại tăng số lượng electron trở nên tích điện âm. Một sự khác biệt tiềm ẩn xảy ra tại điểm tiếp xúc. Sự khác biệt này tỷ lệ với sự chênh lệch nhiệt độ giữa các kim loại và phụ thuộc vào loại của chúng. Trong mạch điện kín xuất hiện dòng nhiệt điện. Sức điện động (EMF) tạo ra dòng điện này được gọi là nhiệt điện động lực(nhiệt-EMF).

Hiện tượng chênh lệch điện thế tiếp xúc được ứng dụng trong công nghệ đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt điện. Khi đo dòng điện và điện áp thấp trong mạch tại các điểm nối của các kim loại khác nhau, sự chênh lệch điện thế lớn có thể xảy ra, điều này sẽ làm sai lệch kết quả đo. Trong trường hợp này cần lựa chọn vật liệu sao cho độ chính xác của phép đo cao.

Độ bền kéo và độ giãn dài khi kéo

Khi chọn dây, ngoài tiết diện, vật liệu làm dây, cách điện, cần tính đến độ bền cơ học của chúng. Điều này đặc biệt đúng đối với dây dẫn của đường dây điện trên không. Các dây đang bị căng. Dưới tác dụng của một lực tác dụng lên vật liệu, vật liệu sau sẽ dài ra. Nếu chúng ta biểu thị độ dài ban đầu l 1 và chiều dài cuối cùng l 2, sau đó là sự khác biệt l 1 - l 2 = ∆ l sẽ độ giãn dài tuyệt đối.

Thái độ

đã gọi kéo dài.

Lực phá vỡ vật liệu được gọi là tải trọng phá vỡ, và tỷ số của tải trọng này với diện tích mặt cắt ngang của vật liệu tại thời điểm hỏng được gọi là khả năng chống rách tạm thời và được biểu thị

Dữ liệu độ bền kéo cho các vật liệu khác nhau được đưa ra dưới đây.

Giá trị của độ bền kéo đối với các kim loại khác nhau

Khi bị nung nóng, nó tăng lên do tốc độ chuyển động của các nguyên tử trong vật liệu làm dây dẫn tăng với nhiệt độ tăng. Ngược lại, điện trở riêng của chất điện phân và than giảm khi bị nung nóng, vì trong các vật liệu này, ngoài việc tăng tốc độ chuyển động của nguyên tử, phân tử thì số electron và ion tự do trên một đơn vị thể tích còn tăng lên.

Một số hợp kim, có nhiều hơn kim loại cấu thành, hầu như không thay đổi điện trở suất khi nung nóng (hằng số, manganin, v.v.). Điều này là do cấu trúc không đều của các hợp kim và thời gian tự do trung bình ngắn của các điện tử.

Giá trị thể hiện sự gia tăng tương đối của điện trở khi vật liệu được làm nóng 1 ° (hoặc giảm khi làm nguội 1 °) được gọi là.

Nếu hệ số nhiệt độ được ký hiệu là α, điện trở suất ở đến \ u003d 20 o đến ρ o, thì khi vật liệu được nung nóng đến nhiệt độ t1, điện trở suất p1 = ρ o + αρ o (t1 - to) = ρ o ( 1 + (α (t1-đến))

và theo đó R1 = Ro (1 + (α (t1 - to))

Hệ số nhiệt độ a đối với đồng, nhôm, vonfram là 0,004 1 / độ. Do đó, khi bị nung nóng thêm 100 °, điện trở của chúng tăng lên 40%. Đối với sắt α = 0,006 1 / độ, đối với đồng thau α = 0,002 1 / độ, đối với fechral α = 0,0001 1 / độ, đối với nichrome α = 0,0002 1 / độ, đối với hằng số α = 0,00001 1 / độ, đối với manganin α = 0,00004 1 / độ. Than và chất điện phân có hệ số nhiệt độ âm. Hệ số nhiệt độ của hầu hết các chất điện phân là khoảng 0,02 1 / độ.

Đặc tính của dây dẫn để thay đổi điện trở của chúng tùy thuộc vào nhiệt độ được sử dụng trong nhiệt kế điện trở. Bằng cách đo điện trở, nhiệt độ môi trường được xác định bằng tính toán. Constantan, manganin và các hợp kim khác có hệ số nhiệt độ rất nhỏ của điện trở được sử dụng để tạo ra các tấm chắn và điện trở bổ sung cho các dụng cụ đo.

Ví dụ 1. Điện trở Ro của một sợi dây sắt sẽ thay đổi như thế nào khi nó bị nung nóng đến 520 °? Hệ số nhiệt độ a của sắt là 0,006 1 / độ. Theo công thức R1 \ u003d Ro + Ro α (t1 - to) \ u003d Ro + Ro 0,006 (520 - 20) \ u003d 4Ro, tức là điện trở của một sợi dây sắt khi nó bị nung nóng thêm 520 ° thì sẽ tăng lên 4 lần.

Ví dụ 2. Dây nhôm ở nhiệt độ -20 ° có điện trở 5 ôm. Cần xác định điện trở của chúng ở nhiệt độ 30 °.

R2 = R1 - α R1(t2 - t1) \ u003d 5 + 0,004 x 5 (30 - (-20)) \ u003d 6 ohms.

Tính chất thay đổi điện trở của vật liệu khi bị nung nóng hoặc nguội được sử dụng để đo nhiệt độ. Cho nên, cách nhiệt, là dây làm bằng bạch kim hoặc niken nguyên chất, được nung chảy thành thạch anh, được sử dụng để đo nhiệt độ từ -200 đến + 600 °. Điện trở nhiệt bán dẫn có hệ số âm lớn được sử dụng để xác định chính xác nhiệt độ trong phạm vi hẹp hơn.

Điện trở nhiệt bán dẫn dùng để đo nhiệt độ được gọi là nhiệt điện trở.

Nhiệt điện trở có hệ số nhiệt điện trở âm cao, tức là khi bị nung nóng, điện trở của chúng giảm. được làm bằng vật liệu bán dẫn oxit (bị oxi hóa), bao gồm hỗn hợp của hai hoặc ba oxit kim loại. Phổ biến nhất là nhiệt điện trở đồng-mangan và coban-mangan. Loại thứ hai nhạy cảm hơn với nhiệt độ.