Удельное сопротивление проводников — меди, алюминия, стали

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.

Понятие электрического сопротивления

Зависимость между основными физическими величинами электрической цепи – сопротивлением, напряжением, силой тока открыл немецкий физик Георг Симон Ом.

Электросопротивление проводника это величина, характеризующая его противостояние электрическому току. Иными словами, часть электронов под действием электрического тока на проводник покидает свое место в кристаллической решетке и направляется к положительному полюсу проводника. Часть электронов остается в решетке, продолжая вращаться вокруг атома ядра. Данные электроны и атомы образуют электросопротивление, препятствующее продвижению высвободившихся частиц.

Вышеописанный процесс применим ко всем металлам, но сопротивление в них происходит по-разному. Это связано с разностью размеров, форм, материала, из которого состоит проводник. Соответственно размеры кристаллической решетки имеют неодинаковую форму у разных материалов, следовательно, электросопротивление продвижению по ним тока происходит не одинаково.

Из данного понятия вытекает определение удельного сопротивления вещества, что является индивидуальным показателем для каждого металла в отдельности. Удельное электрическое сопротивление (УЭС) это физическая величина, обозначающаяся греческой буквой ρ и характеризующаяся способностью металла воспрепятствовать прохождению электричества через него.

Медь – основной материал для проводников

УЭС вещества рассчитывается по формуле, где одним из важных показателей является температурный коэффициент электросопротивления. Таблица содержит значения УЭС трех известных металлов в диапазоне температур от 0 до 100°C.

Если взять показатель УЭС железа, как одного из доступных материалов, равного 0,1 Ом, то для 1 Ом понадобится 10 метров. Самым низким электросопротивлением обладает серебро, для его показателя 1 Ом выйдет 66,7 метров. Значительная разница, но серебро является дорогостоящим металлом, использование которого повсеместно нецелесообразно. Следующим по показателям идет медь, где на 1 Ом необходимо 57,14 метров. В связи с доступностью, стоимостью по сравнению с серебром, медь является одним из популярных материалов для использования ее в электрических сетях. Низкое удельное сопротивление медного провода или сопротивление медной проволоки дает возможность использовать медный проводник во многих отраслях науки, техники, а также в промышленном и бытовом назначении.

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.

Константан

Сплав 60 % меди и 40 % никеля. Константан имеет удельное сопротивление 0,5 Ом × мм² / м, плотность 8,9 кг/дм³, прочность на разрыв 40 – 50 кг/мм².

Константан применяется для изготовления реостатов и электронагревательных сопротивлений, если их рабочая температура не превышает 400 – 450 °С.

Константан в сочетании с медью имеет высокую термо-ЭДС и поэтому не может быть применен для изготовления эталонных сопротивлений к точным приборам, так как эта дополнительная ЭДС будет искажать показания приборов. Это свойство константана используется при изготовлении термопар для измерения температур порядка несколько сотен градусов.

Сплав для реостатов или для сопротивлений должен быть дешевым, иметь большое удельное сопротивление и малый температурный коэффициент сопротивления. Для этих целей применяют сплавы на медной основе, например константан, никелин и другие.

Для удешевления материала никель в реостатных сплавах заменен цинком и железом. Сплавы, применяемые для электронагревательных приборов и печей, должны хорошо обрабатываться, быть механически прочными, дешевыми, иметь высокое удельное сопротивление и длительное время работать при высокой температуре без окисления.

При нагреве металла на его поверхности образуется оксидная пленка, которая должна предотвратить дальнейшее разрушение металла. Металлы – медь, железо и кобальт – имеют пористую оксидную пленку, поэтому при нагревании они быстро разрушаются. Такие металлы, как никель, хром и алюминий, покрываются при нагреве плотной оксидной пленкой, поэтому жароупорные сплавы делают на основе этих металлов.

Температурный коэффициент сопротивления

Kitam1n » 31 июл 2012, 16:03

Нужен ликбез, помогите растолковать.
Имеется керамический резистор 10W х 12 Ом. Как мне рассчитать как изменится его сопротивление при нагреве допустим с 20 до 60 градусов? И существенно ли это изменение вообще?

В ДС указано:
Resistance Temp. Coeff. : -30°C

150°C — ± 200PPM / °C

Что такое 200PPM? Или это не тот параметр который вообще мне нужен?

Есть некое оборудование у которого наружу выведен этот резистор. Он греется так что пальцы не удержать. Само оборудование в последнее время начало дурить.
Я купил новый такой же и поставил — ничего не изменилось.
Тогда я поставил их оба параллельно (получилось 20W х 6 Ом) — оборудование стало работать практически идеально.
Прежде чем покупать другой резистор на другое сопротивление и другую мощность, а стоят они заразы много и одной штукой может все не ограничиться, хочу разобраться в чем дело, то ли улучшения произошли из за того что я уменьшил сопротивление, то ли потому что увеличилась мощность, нагрев уменьшился и сопротивление стало стабильнее, теперь рука терпит.

Резистор типа такого:

Re: Температурный коэффициент сопротивления

Kitam1n » 01 авг 2012, 09:50

Re: Температурный коэффициент сопротивления

Zeus » 01 авг 2012, 10:00

Re: Температурный коэффициент сопротивления

boez » 01 авг 2012, 10:51

150°C — ± 200PPM / °C

Что такое 200PPM? Или это не тот параметр который вообще мне нужен?

Тот. ppm = parts per million. Т.е. при изменении на 1 градус сопротивление поменяется на указанное кол-во миллионных долей от номинала. Знак +- говорит о том. что хрен угадаешь в какую сторону, в т.ч. может и не поменяться вообще

Естественно, в твоем случае ТКС ни при чем, его влияние — мизер. Ты уменьшил сопротивление вдвое, да еще и увеличил вдвое допустимую рассеиваемую мощность, понятное дело резистору полегчало. Тут весь вопрос — куда это сопротивление в данном устройстве подключено и что делает, как на него влияет. Возможно, теперь больше рассеивается где-то внутри устройства

Re: Температурный коэффициент сопротивления

Kitam1n » 01 авг 2012, 11:22

Спасибо!
У меня стойкое ощущение, проверенное долгим опытным путем, что при нагреве этого резистора аппарат начинает дурить. Сейчас когда я увеличил мощность в двое «дурение» стало проявляться позже и реже. Но если нагрев не влияет на характеристики резистора то мне не понятно положительное изменение после увеличения мощности.
Насколько я понял это сопротивление является нагрузочным и стоит в разрыв с соленоидом. Т.к. соленоид имеет собственное сопротивление всего в несколько Ом (информация разниться но что-то около 1,5-3 Ом).

Читайте также  Микроволновка крутит но не греет

Re: Температурный коэффициент сопротивления

legion » 01 авг 2012, 11:48

Re: Температурный коэффициент сопротивления

к561ЛА7 » 05 авг 2012, 21:44

Re: Температурный коэффициент сопротивления

Kitam1n » 06 авг 2012, 09:08

Re: Температурный коэффициент сопротивления

к561ЛА7 » 06 авг 2012, 23:05

Медный теплообменник: традиции и технологии

Использование меди с её экстраординарной теплопроводностью позволяет отказаться от схемы теплообменника в виде оребрённой трубы в пользу более простой и надёжной конструкции. Её принцип позаимствован у традиционного самовара, у которого дымогарная труба проходит через ёмкость для воды.

«С 1948 года, когда изобретатель Морис Фриске выпустил первый французский газовый котёл HYDROMOTRIX, медный трубчатый теплообменник стал визитной карточкой продукции нашей компании, — рассказывает Роман Гладких, технический директор FRISQUET, лидера французского рынка отопительного оборудования. — Его схема принципиально отличается от столь распространённых трубчатых теплообменников с оребрением. Основой теплообменника является медное котловое тело большой ёмкости, внутри которого проходят трубки для отведения дымовых газов. В них стоят турбуляторы (рассекатели) из нержавеющей стали, которые снижают скорость дымовых газов для повышения теплоотдачи».

В результате получается массивный теплообменник цилиндрической формы, на производство которого расходуется 25 кг чистой меди. Для сравнения: стальные аналоги с оребрением сопоставимой мощности весят до 5 кг. Такой теплообменник работает без температурных шоков в более мягких и щадящих режимах, чем тонкая трубка с оребрением.

Описанная конструкция теплообменника имеет целый ряд важных последствий. Благодаря стойкости к коррозии и пластичности меди срок службы этого узла превышает 20 лет. Диаметр каждой дымогарной трубки составляет 30 мм, что делает их гораздо менее подверженными накоплению копоти. За один отопительный сезон сужение просвета у теплообменников с оребрением может достигать 40 % (против 3% у трубчатых). Основываясь на данных, накопленных в европейских странах за несколько десятилетий эксплуатации медных трубчатых теплообменников, можно сделать вывод, что они имеют в среднем вдвое больший срок службы по сравнению со стальными аналогами с оребрением.

Кроме того, именно медные трубчатые теплообменники позволяют достигать максимального КПД — 95 %, что приводит к значительной экономии энергоресурсов и снижению затрат на эксплуатации котла.

Уникальная конструкция с котловым телом большой ёмкости значительно расширяет функциональность отопительного оборудования. Так, в двухконтурных котлах FRISQUET вторичные теплообменники выполняются в виде медных змеевиков, расположенных внутри котлового тела. В результате все котлы этого производителя в стандартной комплектации позволяют подключать дополнительный бойлер или второй и третий отопительные контуры. Например, один отопительный контур может обеспечивать теплом настенные радиаторы (температура теплоносителя — до + 85 oС), а второй — системы теплых полов (+20–45 °С).

Из константана производят термоэлектроды, термоэлектрические преобразователи, компенсационные провода, а также нормальные эталоны сопротивления, которые применяются в электротехнике.111 Наиболее востребованным металлопрокатом из константана является проволока и лента марки МНМц 40-1,5 и полоса. В зависимости от типа и определяется основное назначение сплава.

Изготовление константановой проволоки для электротехнических целей проводится в соответствии с ГОСТ 5307-77, её диаметр находится в приделах от 0,02 до 5 мм. Данный металлопрокат, предназначенный для производства термоэлектродов термоэлектрических преобразователей, выпускается по ГОСТ 1790-77. Сплав такого типа применяется в изготовлении термопар, где он работает в паре:

  • хромель-константан (рабочий диапазон от -40 до 900°C);
  • железо-константан (рабочий диапазон представлен минусовыми температурами до -190 °C);
  • медь-константан (рабочий диапазон от -250 до 300°C).

Константановая проволока, предназначенная для использования в качестве удлиняющих проводов к термоэлектрическим преобразователям, производится в соответствии с ГОСТ 1791-67, её диаметр представлен рядом стандартных значений от 0,2 до 2,5 мм.

Константановая лента производится с учетом требований, наведенных в ГОСТ 5189-75. Её толщина может варьироваться от 0,1 до 2 мм. Ширина константановой ленты представлена рядом стандартных значений от 10 до 100 мм (шаг 10 мм), также, она может составлять 110, 125, 140, 150, 160, 170 и т.д. до 300 мм. Металлопрокат данного типа применяется в качестве элементов с высоким омическим сопротивлением, которые могут работать и при этом не терять своих эксплуатационных свойств, нагреваясь до 500 °C.

Характеристики резистора

Кроме предельного сопротивления, резисторы обладают рядом других физиотехнических показателей, которые имеют большое значение в его применении.

Среди основных параметров выделяются такие характеристики резистора, как сопротивление по номинальному значению и его возможное отклонение, рассеиваемая мощность, предельное рабочее напряжение, максимальная температура, температурный коэффициент сопротивления, частотный отклик и шумы. Рассмотрим некоторые из них.

Температурный коэффициент сопротивления ТКС

Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) определяет относительное изменение величины сопротивления резистора при изменении температуры окружающей среды на 1 ° по Цельсию. ТКС может быть как положительным, так и отрицательным. Если резистивная пленка имеет относительно большую толщину, то она обладает свойствами объемного тела, сопротивляемость которого с увеличением температуры становится больше. Если же резистивная пленка имеет относительно небольшую толщину, то она состоит как бы из небольших «островков», расположенных отдельно друг от друга, и сопротивление такой пленочной структуры с увеличением температурных значений становится меньше, так как взаимодействие между отдельными «островками» улучшается. Для непроволочных резисторов, применяемых в радиоэлектронике и телевизионной промышленности, температурный коэффициент сопротивления не больше ±0,04 — 0,2 %, у проволочных деталей -±0,003 — 0,2 %.

Рассеиваемая мощность резистора

Номинальная мощность рассеивания, или рассеиваемая мощность резистора показывает предельно значимую мощность, которую сопротивление может рассеивать при долговременной электрической нагрузке, атмосферном давлении и температуре в нормальных значениях. Непроволочные резисторы подоазделяются на мощность по номиналу от 0,05 до 10 Вт, а сопротивления проволочного типа от 0,2 до150 Вт. На электpосхемах рассеиваемая мощность резистора выделяется условно пунктиром на обозначении сопротивления для мощностей меньше 1 Вт и pимскими цифрами на обозначении сопротивления для мощности больше 1 Вт. Номинальная мощность рассеивания этих деталей должна быть на 20—30 % больше такого показателя, как рабочая рассеиваемая мощность резистора

Максимальное напряжение резистора

Предельное или максимальное напряжение резистора — это предельно возможное напряжение, подведенное к выводам сопротивления, которое не допускает превышения показателей техусловий (ТУ) на параметры электричества. По- другому, максимальное напряжение резистора – предельно допустимая величина, которая может быть приложена к резистору. Этот показатель выводится для обычных пределов работы детали и напрямую зависит от линейных размеров резистора, шага спиральной нарезки, температурных показателей, давления эксплуатационной среды и давления атмосферы. Чем выше температурные показатели и меньше давление атмосферы, тем больше шансов для пробоя теплового или электрического типа и выхода резистора из строя.

Максимальная температура резистора

Одной из характеристик резистора является такой показатель, как максимальная температура резистора, напрямую зависит от мощности детали. Получается, что при увеличении мощности, которая выделяется в сопротивлении, увеличивается температура резистора, что может привести к его поломке. Во избежание этого, необходимо уменьшить температуру резистора. Это можно достичь укрупнением габаритов сопротивления.. Для всех типов сопротивлений определена максимальная температура резистора, превышение которой чревато выходом детали из строя.

Читайте также  Чем растворить сырую резину

Температурный показатель сопротивления находится в прямой зависимости и от температуры окружающего воздуха. Если этот показатель достигает большого значения, то температурный показатель сопротивления может стать выше максимальной температуры резистора, что крайне нежелательно. Чтобы этого не случилось, нужно снизить мощность, которая выделяется в резисторе.

Частотный отклик резистора

Значение такой характеристики, как частотный отклик резистора, связано с определением значения максимального сопротивления и минимальной ёмкости. При прохождении тока высокой частоты сопротивление стремится к проявлению реактивных свойств в зависимости от конструктивного исполнения – доминируют либо емкостные, либо индуктивные значения.

Если в одно и то же время дискретно уменьшать и значение сопротивления и значение емкости, то можно вызвать быстрый демпфированный частотный отклик резистора, который позволит определить как максимальное сопротивление, так и минимальную емкость. При этих значениях не возникает колебаний и в то же время достигается мгновенная стабилизация выходного напряжения. Но в теории это рассматривается , как частный случай. На высоких частотах резистор начинает проявлять реактивные свойства в зависимости от конструктивного исполнения — либо преимущественно емкостные, либо индуктивные.

Основные типы резисторов

По физическому устройству резисторы бывают следующих типов:

  • углеродные пленочные
  • углеродные композиционные
  • металлооксидные
  • пленочные металлические
  • проволочные

Углеродные пленочные выпускают в виде керамического стержня, который покрыт специальной пленкой кристаллического углерода. Она в свою очередь и является резистивным элементом. Их номинальный диапазон сопротивления от двух до одного МОм, а максимальная мощность от 0,2 до 2 Вт.

Углеродные композиционные являются самыми дешевыми. Поэтому их стабильность не высока и их сопротивление, как правило, может меняться на пару процентов. Также при протекании тока, через такие резисторы могут возникать шумы. Такое обстоятельство имеет важное значение, особенно в медицинской электронной аппаратуре, так как там часто требуется большое усилие, но с малым уровнем шума

Металлооксидные являются вторым типом пленочных резисторов. В этих резисторах окончательное сопротивление получается за счет нанесения спиральной канавки на керамической основе. За счет этого увеличивается эффективная длина между концами резистора, а также сопротивление. Пленочные металлические используются в транзисторных выходных, так как они имеют сопротивление меньшее, чем 10 Ом, что для этого и необходимо. Эти резисторы рассеивают большую мощность при малых размерах. Это и является самым большим их достоинством. Также он имеет стабильность нагрузки, которая достигает не более ±3%, малый коэффициент сопротивления под напряжением, а также очень малый уровень шумов. Еще у него температурный коэффициент достигает от 0 до 600-10

Проволочные резисторы делаются из безиндуктивной или обычной обмотки. Они применяются тогда, когда нужна большая рассеиваемая мощность или высокая стабильность, так как другие резисторы не могут этого обеспечить. Они рассеивают мощность до 100 Вт, но их сопротивление ограничено до 50 кОм. Температура их поверхности при работе может достигать очень больших размеров, поэтому их нужно располагать так, чтобы могла обеспечиваться вентиляция воздуха и их охлаждение, потому что в противном случае они выйдут из строя.