Cos'è la resistenza elettrica?
La corrente elettrica I in qualsiasi sostanza è creata dal movimento di particelle cariche in una certa direzione a causa dell'applicazione di energia esterna (differenza di potenziale U). Ogni sostanza ha proprietà individuali che influenzano il flusso di corrente in essa in modi diversi. Queste proprietà sono valutate dalla resistenza elettrica R.
Georg Ohm determinò empiricamente i fattori che influenzano l'entità della resistenza elettrica di una data sostanza formula della sua dipendenza di tensione e corrente che da lui prende il nome. L'unità di resistenza SI prende il nome da lui. 1 ohm è il valore di resistenza misurato a 0°C per una colonna omogenea di mercurio lunga 106,3 cm con sezione trasversale di 1 mm2.
Definizione
Per valutare e applicare nella pratica i materiali per la produzione di dispositivi elettrici, è stato introdotto il termine «Resistenza del conduttore»... L'aggettivo aggiunto "specifico" indica il coefficiente d'uso del valore di riferimento del volume accettato per la sostanza in questione. Ciò consente di valutare i parametri elettrici di diversi materiali.
In questo caso si tiene conto del fatto che la resistenza del filo aumenta con un aumento della sua lunghezza e una diminuzione della sua sezione trasversale. Il sistema SI utilizza il volume di un filo omogeneo lungo 1 metro e 1 m2 di sezione trasversale... Nei calcoli tecnici viene utilizzata un'unità di volume obsoleta ma conveniente all'esterno del sistema, costituita da una lunghezza di 1 metro e un'area di 1 mm.2... La formula per la resistenza ρ è mostrata in figura.
Per determinare le proprietà elettriche delle sostanze, viene introdotta un'altra caratteristica: la conducibilità specifica b. È inversamente proporzionale al valore di resistenza, determina la capacità del materiale di condurre corrente elettrica: b = 1 / p.
Come la resistenza dipende dalla temperatura
La conducibilità di un materiale è influenzata dalla sua temperatura. Diversi gruppi di sostanze non si comportano allo stesso modo quando vengono riscaldati o raffreddati. Questa proprietà viene presa in considerazione per i cavi elettrici che operano all'aperto in climi caldi e freddi.
Il materiale e la resistenza specifica del conduttore sono selezionati tenendo conto delle condizioni del suo funzionamento.
L'aumento della resistenza dei fili al passaggio di corrente durante il riscaldamento è spiegato dal fatto che all'aumentare della temperatura del metallo in esso contenuto, aumenta l'intensità del movimento degli atomi e dei portatori di cariche elettriche in tutte le direzioni, il che crea inutili ostacoli al movimento di particelle cariche in una direzione e riduce il valore del loro flusso.
Se la temperatura del metallo diminuisce, le condizioni per il passaggio della corrente migliorano.Quando vengono raffreddati a una temperatura critica, il fenomeno della superconduttività appare in molti metalli, quando la loro resistenza elettrica è praticamente nulla. Questa proprietà è ampiamente utilizzata negli elettromagneti ad alta potenza.
L'effetto della temperatura sulla conduttività dei metalli viene utilizzato dall'industria elettrica nella produzione di normali lampade a incandescenza. Il loro filo di nicromo quando la corrente è passata, si riscalda a uno stato tale da emettere un flusso luminoso. In condizioni normali, la resistenza del nicromo è di circa 1,05 ÷ 1,4 (ohm ∙ mm2) / m.
Quando la lampadina viene accesa sotto tensione, una grande corrente passa attraverso il filamento, che riscalda molto rapidamente il metallo, allo stesso tempo aumenta la resistenza del circuito elettrico, limitando la corrente di avviamento al valore nominale necessario per ottenere l'illuminazione . In questo modo si effettua una semplice regolazione dell'intensità di corrente per mezzo di una spirale in nicromo, non c'è bisogno di utilizzare complessi reattori usati nelle sorgenti LED e fluorescenti.
Com'è la resistenza dei materiali utilizzati in ingegneria
I metalli preziosi non ferrosi hanno le migliori proprietà di conduttività elettrica. Pertanto, i contatti critici nei dispositivi elettrici sono realizzati in argento. Ma questo aumenta il prezzo finale dell'intero prodotto. L'opzione più accettabile è usare metalli più economici. Ad esempio, la resistenza del rame pari a 0,0175 (ohm ∙ mm2) / m è abbastanza adatta a tali scopi.
Metalli nobili - oro, argento, platino, palladio, iridio, rodio, rutenio e osmio, chiamati principalmente per la loro elevata resistenza chimica e il bell'aspetto in gioielleria.Inoltre, l'oro, l'argento e il platino hanno un'elevata plasticità e i metalli del gruppo del platino sono refrattari e, come l'oro, sono chimicamente inerti. Questi vantaggi dei metalli preziosi si combinano.
Le leghe di rame con buona conduttività vengono utilizzate per realizzare shunt che limitano il flusso di grandi correnti attraverso la testa di misura di potenti amperometri.
La resistenza dell'alluminio 0,026 ÷ 0,029 (ohm ∙ mm2)/m è leggermente superiore a quella del rame, ma la produzione e il prezzo di questo metallo è inferiore. È anche più leggero. Questo spiega il suo ampio utilizzo nell'elettricità per la produzione di fili esterni e anime di cavi.
La resistenza del ferro 0,13 (ohm ∙ mm2)/m ne consente anche l'utilizzo per la trasmissione di corrente elettrica, ma ciò comporta maggiori perdite di potenza. Le leghe di acciaio hanno una maggiore resistenza. Pertanto, i trefoli di acciaio vengono intrecciati nei conduttori aerei in alluminio delle linee elettriche ad alta tensione progettate per resistere ai carichi di rottura.
Ciò è particolarmente vero quando si forma ghiaccio sui fili o forti raffiche di vento.
Alcune leghe, ad esempio la costantina e la nichelina, hanno caratteristiche resistive termicamente stabili entro un certo intervallo. La resistenza elettrica di Nickeline praticamente non cambia da 0 a 100 gradi Celsius. Pertanto, le bobine del reostato sono realizzate in nichel.
Negli strumenti di misura è ampiamente utilizzata la proprietà di una rigida variazione dei valori di resistenza del platino rispetto alla sua temperatura. Se una corrente elettrica da una sorgente di tensione stabilizzata viene fatta passare attraverso un filo di platino e viene calcolato il valore di resistenza, indicherà la temperatura del platino.Ciò consente di graduare la scala in gradi corrispondenti ai valori in ohm. Questo metodo consente di misurare la temperatura con una precisione di frazioni di grado.
A volte, per risolvere problemi pratici, è necessario conoscere la resistenza generale o specifica del cavo... A tale scopo, le directory dei prodotti del cavo forniscono i valori della resistenza induttiva e attiva di un singolo conduttore per ogni valore del sezione trasversale. Sono utilizzati per calcolare i carichi consentiti, il calore generato, determinare le condizioni operative consentite e scegliere una protezione efficace.
La conduttività specifica dei metalli è influenzata dal modo in cui vengono lavorati. L'uso della pressione per la deformazione plastica interrompe la struttura del reticolo cristallino, aumenta il numero di difetti e aumenta la resistenza. Per ridurlo, viene utilizzata la ricottura di ricristallizzazione.
Lo stiramento o la compressione dei metalli provoca in essi una deformazione elastica, da cui diminuiscono le ampiezze delle vibrazioni termiche degli elettroni e la resistenza diminuisce leggermente.
Quando si progettano i sistemi di messa a terra, è necessario tenerne conto resistenza del suolo… Differisce per definizione dal metodo precedente ed è misurato in unità SI — Ohm. Metro. Con il suo aiuto viene valutata la qualità della distribuzione della corrente elettrica all'interno del terreno.
Dipendenza della resistenza del suolo dall'umidità e dalla temperatura del suolo:
La conduttività del suolo è influenzata da molti fattori, tra cui l'umidità del suolo, la densità, la dimensione delle particelle, la temperatura, la concentrazione di sali, acidi e basi.