Teplotný koeficient odporu je číselne rovnaký. Teplotný koeficient odporu

Popis

Od začiatku elektronizácie je známe, že meď so svojimi jedinečnými vlastnosťami je vhodná na použitie. Meď je kujný a tvárny materiál s vynikajúcou elektrickou vodivosťou. Spolu s použitím smaltovaných drôtov používa Elektrisola vysoko čistú (99,95%) elektrolytickú meď (Cu-ETP), ktorá nám umožňuje vyrábať ultrajemné drôty s hrúbkou až 10 mikrónov. Predávame smaltované drôty s priemerom od 0,010mm do 0,500mm s akoukoľvek smaltovanou izoláciou. Okrem smaltovaných drôtov vyrába ELEKTRISOLA aj holé drôty.

Vlastnosti

• Zvýšená elektrická vodivosť
• Dobrá schopnosť cínovania
• Vysoká ťažnosť

Aplikácia

• Komponenty pre elektrotechnický priemysel
• Automobilový priemysel
• Elektrické spotrebiče
• Spotrebný materiál
• Výroba počítačov

Typické hodnoty

Výpočet odporu

Odolnosť materiálu vodiča (napríklad medené drôty)

Odpor R dĺžka medeného drôtu l možno vypočítať pomocou nasledujúceho vzorca

Ak
R- odpor materiálu vodiča (ohmy)
l- dĺžka drôtu v metroch
ρ - elektrický odpor materiálu
A- plocha prierezu
π - matematické číslo
d- menovitý priemer drôtu v milimetroch

Elektrický odpor ρ

Elektrický odpor popisuje, do akej miery materiál odoláva elektrickému prúdu. Nízky odpor naznačuje, že materiál ľahko prenáša elektrický náboj. Meď má elektrický odpor 0,0171 Ohm mm²/m; tento odpor je jedným z najlepších vodičov elektrického prúdu (po čistom striebre).

Vodivosť γ

Elektrická vodivosť alebo merná vodivosť je materiálna miera schopnosti viesť elektrický prúd. Vodivosť je opakom elektrického odporu. Žíhaný medený drôt má minimálnu vodivosť 58 S*m/mm², čo zodpovedá 100 % IACS (International Annealed Copper Standard), súčasná typická veľkosť cievky je 58,5-59 S*m/mm²

Teplotný koeficient elektrického odporu

Elektrický odpor závisí od teploty drôtu. Tento vzťah medzi odporom a teplotou vyjadruje koeficient tepelného odporu α . Na výpočet odporu stočeného produktu alebo drôtu pri teplote T môžete použiť nasledujúci vzorec:

Kde
α - teplotný koeficient odporu
R T- odolnosť navinutého výrobku pri teplote T
R 20 - odolnosť stočeného produktu pri teplote 20°C

Jedným z najpopulárnejších kovov v priemysle je meď. Väčšina široké využitie vyštudovala elektrotechniku ​​a elektroniku. Najčastejšie sa používa pri výrobe vinutí pre elektromotory a transformátory. Hlavným dôvodom použitia tohto konkrétneho materiálu je, že meď má najnižší elektrický odpor zo všetkých materiálov, ktoré sú v súčasnosti dostupné. Kým sa neobjaví nový materiál pri nižšej hodnote tohto ukazovateľa môžeme s istotou povedať, že za meď nebude náhrada.

Všeobecné vlastnosti medi

Keď už hovoríme o medi, treba povedať, že na úsvite elektrickej éry sa začala používať pri výrobe elektrických zariadení. Začali ho používať z veľkej časti kvôli jedinečné vlastnosti, ktoré táto zliatina má. Sám o sebe je to materiál, ktorý sa vyznačuje vysokými vlastnosťami z hľadiska ťažnosti a dobrej kujnosti.

Spolu s tepelnou vodivosťou medi je jednou z jej najdôležitejších výhod jej vysoká elektrická vodivosť. Je to vďaka tejto vlastnosti, že meď a sa rozšíril v elektrárňach, v ktorom pôsobí ako univerzálny vodič. Najcennejším materiálom je elektrolytická meď, ktorá má vysoký stupeň čistoty 99,95 %. Vďaka tomuto materiálu je možné vyrábať káble.

Výhody použitia elektrolytickej medi

Použitie elektrolytickej medi vám umožňuje dosiahnuť nasledovné:

• Zabezpečte vysokú elektrickú vodivosť;
• Dosiahnite vynikajúcu schopnosť stylingu;
• Poskytovať vysoký stupeň plasticity.

Oblasti použitia

Káblové výrobky vyrobené z elektrolytickej medi sa široko používajú v rôznych priemyselných odvetviach. Najčastejšie sa používa v nasledujúcich oblastiach:

• elektrotechnický priemysel;
• elektrické spotrebiče;
• automobilový priemysel;
• výroba výpočtovej techniky.

Aký je odpor?

Aby sme pochopili, čo je meď a jej vlastnosti, je potrebné pochopiť hlavný parameter tohto kovu - odpor. Mal by byť známy a používaný pri vykonávaní výpočtov.

Špecifický odpor sa zvyčajne chápe ako fyzikálne množstvo, ktorá je charakterizovaná ako schopnosť kovu viesť elektrický prúd.

Na to je potrebné poznať aj túto hodnotu správne vypočítať elektrický odpor vodič. Pri výpočtoch sa riadia aj jeho geometrickými rozmermi. Pri výpočtoch použite nasledujúci vzorec:

Tento vzorec je mnohým známy. Pomocou neho môžete ľahko vypočítať odpor medeného kábla so zameraním iba na vlastnosti elektrickej siete. Umožňuje vám vypočítať výkon, ktorý sa neefektívne vynakladá na ohrev jadra kábla. okrem toho podobný vzorec vám umožňuje vypočítať odpor akýkoľvek kábel. Nezáleží na tom, aký materiál bol použitý na výrobu kábla - meď, hliník alebo iná zliatina.

Parameter, ako je elektrický odpor, sa meria v Ohm*mm2/m. Tento indikátor pre medené vedenie položené v byte je 0,0175 Ohm*mm2/m. Ak sa pokúsite hľadať alternatívu k medi - materiál, ktorý by sa dal použiť namiesto toho len striebro možno považovať za jediné vhodné, ktorého odpor je 0,016 Ohm*mm2/m. Pri výbere materiálu je však potrebné dbať nielen na rezistivitu, ale aj na spätnú vodivosť. Táto hodnota sa meria v Siemens (Cm).

Siemens = 1/ Ohm.

Pre meď akejkoľvek hmotnosti je tento parameter zloženia 58 100 000 S/m. Čo sa týka striebra, jeho spätná vodivosť je 62 500 000 S/m.

V našom svete špičkových technológií, keď má každý domov veľké množstvo elektrické zariadenia a inštalácie, hodnota takého materiálu, akým je meď, je jednoducho neoceniteľná. Toto materiál použitý na výrobu elektroinštalácie, bez ktorej sa nezaobíde žiadna miestnosť. Ak by meď neexistovala, potom by človek musel používať drôty vyrobené z iných dostupných materiálov, ako je hliník. V tomto prípade by však človek musel čeliť jednému problému. Ide o to, že tento materiál má oveľa nižšiu vodivosť ako medené vodiče.

Odpor

Použitie materiálov s nízkou elektrickou a tepelnou vodivosťou akejkoľvek hmotnosti vedie k veľkým stratám elektrickej energie. A to ovplyvňuje stratu energie na použitom zariadení. Väčšina odborníkov nazýva meď ako hlavný materiál na výrobu izolovaných drôtov. Je to hlavný materiál, z ktorého sa vyrábajú jednotlivé prvky zariadení poháňaných elektrickým prúdom.

• Dosky inštalované v počítačoch sú vybavené leptanými medenými stopami.
• Meď sa tiež používa na výrobu širokej škály komponentov používaných v elektronických zariadeniach.
• V transformátoroch a elektromotoroch je reprezentovaný vinutím, ktoré je vyrobené z tohto materiálu.

Niet pochýb o tom, že s ďalším rozvojom technologického pokroku dôjde k rozšíreniu rozsahu použitia tohto materiálu. Hoci okrem medi existujú aj iné materiály, dizajnéri stále používajú meď pri vytváraní zariadení a rôznych inštalácií. hlavný dôvod dopyt po tomto materiáli je v dobrej elektrickej a tepelnej vodivosti tento kov, ktorý poskytuje pri izbovej teplote.

Teplotný koeficient odporu

Všetky kovy s akoukoľvek tepelnou vodivosťou majú vlastnosť klesajúcej vodivosti so zvyšujúcou sa teplotou. S klesajúcou teplotou sa zvyšuje vodivosť. Za obzvlášť zaujímavú odborníci označujú vlastnosť klesajúceho odporu s klesajúcou teplotou. V tomto prípade, keď teplota v miestnosti klesne na určitú hodnotu, vodič môže stratiť elektrický odpor a presunie sa do triedy supravodičov.

Na určenie hodnoty odporu konkrétneho vodiča určitej hmotnosti pri izbovej teplote existuje kritický koeficient odporu. Je to hodnota, ktorá ukazuje zmenu odporu časti obvodu pri zmene teploty o jeden Kelvin. Na výpočet elektrického odporu medeného vodiča v určitom časovom období použite nasledujúci vzorec:

ΔR = α*R*ΔT, kde α je teplotný koeficient elektrického odporu.

Záver

Meď je materiál, ktorý je široko používaný v elektronike. Používa sa nielen vo vinutiach a obvodoch, ale aj ako kov na výrobu káblových výrobkov. Aby stroje a zariadenia fungovali efektívne, je to nevyhnutné správne vypočítajte odpor vedenia, položený v byte. Existuje na to istý vzorec. Keď to viete, môžete urobiť výpočet, ktorý vám umožní zistiť optimálnu veľkosť prierezu kábla. V tomto prípade je možné vyhnúť sa strate výkonu zariadenia a zabezpečiť jeho efektívne využitie.

Koncentrácia voľných elektrónov n v kovovom vodiči s rastúcou teplotou zostáva prakticky nezmenená, ale ich priemerná rýchlosť tepelného pohybu sa zvyšuje. Zvyšujú sa aj vibrácie uzlov kryštálovej mriežky. Kvantum elastických vibrácií média sa zvyčajne nazýva fonón. Malé tepelné vibrácie kryštálovej mriežky možno považovať za súbor fonónov. S rastúcou teplotou sa zväčšujú amplitúdy tepelných vibrácií atómov, t.j. zväčšuje sa prierez guľového objemu, ktorý zaberá vibrujúci atóm.

So zvyšujúcou sa teplotou sa teda v dráhe elektrónového driftu pod vplyvom elektrického poľa objavuje stále viac prekážok. To má za následok pokles priemerná dĺžka voľná dráha elektrónov λ, pohyblivosť elektrónov klesá a v dôsledku toho sa znižuje vodivosť kovov a zvyšuje sa rezistivita (obr. 3.3). Zmena merného odporu vodiča pri zmene jeho teploty o 3 K, vo vzťahu k hodnote merného odporu tohto vodiča pri danej teplote, sa nazýva teplotný koeficient merného odporu. TK ρ alebo . Teplotný koeficient odporu sa meria v K -3. Teplotný koeficient odporu kovov je kladný. Ako vyplýva z definície uvedenej vyššie, diferenciálny výraz pre TK ρ má tvar:

(3.9)

Podľa záverov elektrónovej teórie kovov by sa hodnoty čistých kovov v pevnom stave mali blížiť teplotnému koeficientu (TK) rozťažnosti ideálnych plynov, t.j. 3: 273 = 0,0037. V skutočnosti pre väčšinu kovov ≈ 0,004 Zvýšené hodnoty Možné u niektorých kovov, vrátane feromagnetických kovov železa, niklu a kobaltu.

Všimnite si, že pre každú teplotu existuje teplotný koeficient TK ρ. V praxi sa pre určitý teplotný rozsah používa priemerná hodnota TK ρ alebo:

, (3.10)

Kde ρ3 A ρ2- rezistivita materiálu vodiča pri teplotách T3 A T2 v tomto poradí (v tomto prípade T2 > T3); existuje tzv priemerný teplotný koeficient odporu tohto materiálu v teplotnom rozsahu od T3 predtým T2.

V tomto prípade, keď sa teplota mení v úzkom rozmedzí od T3 predtým T2 akceptovať po častiach lineárnu aproximáciu závislosti ρ(T):

(3.11)

Referenčné knihy o elektrických materiáloch zvyčajne uvádzajú hodnoty pri 20 0 C.

Obr.3.1 Závislosť rezistivity ρ kovové vodiče v závislosti od teploty T. Skok ρ (vetva 5) zodpovedá teplote topenia T PL.

Obr.3.2. Závislosť odporu medi od teploty. Skok zodpovedá teplote topenia medi 1083 0 C.

Ako vyplýva zo vzorca (3.33), rezistivita vodičov závisí lineárne od teploty (vetva 4 na obr. 3.3), s výnimkou nízkych teplôt a teplôt nad bodom topenia. T>T PL.

Keď sa teplota blíži k 0 0 K, ideálny kovový vodič má merný odpor ρ má tendenciu k 0 (vetva 3). Pre technicky čisté vodiče (s veľmi malým množstvom nečistôt) na malej ploche niekoľkých kelvinov je hodnota ρ prestáva závisieť od teploty a stáva sa konštantným (vetva 2). Nazýva sa to „zvyškový“ odpor ρ OST. Rozsah ρ OST určené iba nečistotami. Čím čistejší kov, tým menej ρ OST .

V blízkosti absolútnej nuly je možná ďalšia závislosť ρ na teplote, konkrétne pri určitej teplote T S odpor ρ prudko klesne takmer na nulu (vetva 3). Tento stav sa nazýva supravodivosť a vodiče s touto vlastnosťou sa nazývajú supravodiče. Fenomén supravodivosti bude diskutovaný nižšie v 3.3.

Príklad 3 6. Teplotný koeficient odporu medi pri izbovej teplote je 4,3 30-3 -3 K. Určte, koľkokrát sa zmení dráha bez elektrónov, keď sa medený vodič zahreje z 300 na 3000 K.

Riešenie. Stredná voľná dráha elektrónov je nepriamo úmerná odporu. Preto, o koľkokrát sa zvýši odpor medi pri zahrievaní, o koľkokrát sa zníži dráha bez elektrónov. Odpor meď sa niekoľkonásobne zvýši. V dôsledku toho sa dráha bez elektrónov zníži 3-krát.

Zmena rezistivity kovov počas tavenia.

Keď kovy prechádzajú z pevnej látky na kvapalinu, väčšina z nich zaznamenáva zvýšenie odporu ρ 3.3 (vetva 5). Tabuľka 3.2 ukazuje hodnoty ukazujúce relatívnu zmenu odporu rôznych kovov počas tavenia. Rezistivita sa pri tavení zvyšuje u tých kovov (Hg, Au, Zn, Sn, Na), ktoré pri tavení zväčšujú svoj objem, t.j. znížiť hustotu. Niektoré kovy, ako napríklad gálium (Ga) a bizmut (Bi), však redukujú ρ 0,58 a 0,43 krát. U väčšiny kovov v roztavenom stave sa rezistivita zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou (vetva 6 na obr. 3.3), s čím súvisí zväčšenie ich objemu a zníženie hustoty.

Tabuľka 3.2. Relatívna zmena odporu rôznych kovov počas tavenia.

Zmena odporu kovov pri deformácii.

Zmeniť ρ počas elastických deformácií kovových vodičov sa vysvetľuje zmenou amplitúdy vibrácií uzlov kovovej kryštálovej mriežky. Pri natiahnutí sa tieto amplitúdy zväčšujú a pri stlačení klesajú. Zvýšenie amplitúdy kmitov uzlov vedie k zníženiu mobility nosičov náboja a v dôsledku toho k zvýšeniu ρ.

Zníženie amplitúdy kmitania naopak vedie k zníženiu ρ. Avšak aj výrazná plastická deformácia spravidla zvyšuje merný odpor kovov v dôsledku skreslenia kryštálovej mriežky o nie viac ako 4-6%. Výnimkou je volfrám (W), ρ ktorá pri výraznej kompresii narastá o desiatky percent. V súvislosti s vyššie uvedeným je možné využiť plastickú deformáciu a z nej vyplývajúce vytvrdzovanie na zvýšenie pevnosti materiálov vodičov bez toho, aby boli ohrozené ich elektrické vlastnosti. Počas rekryštalizácie môže byť rezistivita opäť znížená na pôvodnú hodnotu.

Špecifická odolnosť zliatin.

Ako už bolo naznačené, nečistoty narúšajú správnu štruktúru kovov, čo vedie k zvýšeniu ich rezistivity. Obrázok 3.3 ukazuje závislosť odporu ρ a vodivosti γ koncentrácia medi N rôzne nečistoty v zlomkoch percent. Zdôrazňujeme, že akékoľvek legovanie vedie k zvýšeniu elektrického odporu legovaného kovu v porovnaní s legovaným. To platí aj pre prípady, keď kov s nižším ρ. Napríklad pri legovaní medi so striebrom ρ zliatin medi a striebra bude viac ako ρ meď, napriek tomu, že ρ menej striebra ako ρ meď, ako je zrejmé z obr. 3.3.

Obr.3.3. Závislosť na odpore ρ a vodivosť γ medi z obsahu nečistôt.

Výrazný nárast ρ pozorované, keď sú dva kovy tavené, ak sa navzájom tvoria tuhý roztok, v ktorej atómy jedného kovu vstupujú do kryštálovej mriežky druhého kovu. Krivka ρ má maximum zodpovedajúce určitému špecifickému pomeru medzi obsahom zložiek v zliatine. Taká zmena ρ o obsahu zliatinových zložiek možno vysvetliť tým, že vzhľadom na jeho viac komplexná štruktúra V porovnaní s čistými kovmi sa zliatina už nedá porovnávať s klasickým kovom.

Zmena mernej vodivosti zliatiny γ je v tomto prípade spôsobená nielen zmenou pohyblivosti nosičov, ale v niektorých prípadoch aj čiastočným zvýšením koncentrácie nosičov so zvyšujúcou sa teplotou. Zliatina, v ktorej je pokles pohyblivosti so zvyšujúcou sa teplotou kompenzovaný zvýšením koncentrácie nosiča, bude mať nulový teplotný koeficient odporu. Ako príklad je na obr. 3.4 znázornená závislosť merného odporu zliatiny medi a niklu od zloženia zliatiny.

Tepelná kapacita, tepelná vodivosť a teplo topenia vodičov.

Tepelná kapacita charakterizuje schopnosť látky absorbovať teplo Q pri zahriatí. Tepelná kapacita S akéhokoľvek fyzického tela sa nazýva množstvo rovná sume tepelná energia absorbovaná týmto telesom pri jeho zahriatí o 3K bez zmeny jeho fázového stavu. Tepelná kapacita sa meria v J/K. Tepelná kapacita kovových materiálov sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou. Preto tepelná kapacita S určený s nekonečne malou zmenou jeho stavu:

Obr.3.4. Závislosť merného odporu zliatin medi a niklu od zloženia (v hmotnostných percentách).

Pomer tepelnej kapacity S k telesnej hmotnosti m volal Špecifická tepelná kapacita s:

Špecifická tepelná kapacita sa meria v J/(kg? K). Hodnoty mernej tepelnej kapacity kovov sú uvedené v tabuľke. 3.3. Ako je možné vidieť z tabuľky 3.3, žiaruvzdorné materiály sa vyznačujú tým nízke hodnotyŠpecifická tepelná kapacita. Takže napríklad pre volfrám (W) s= 238 a pre molybdén (Mo) s= 264 J/(kg? K). Naopak, vyznačujú sa nízkotaviteľné materiály vysoká hodnotaŠpecifická tepelná kapacita. Napríklad hliník (Al) s= 922 a pre horčík (Mg) s= 3040 J/(kg? K). Meď má mernú tepelnú kapacitu c = 385 J/(kg? K). Pre kovové zliatiny špecifické teplo je v rozmedzí 300-2000 J/(kg? K). C je dôležitá vlastnosť kovu.

Tepelná vodivosť nazývaný prenos tepelnej energie Q v nerovnomerne zohriatom médiu v dôsledku tepelného pohybu a interakcie jeho častíc. K prenosu tepla v akomkoľvek prostredí alebo akomkoľvek telese dochádza z teplejších častí do studených. V dôsledku prestupu tepla sa vyrovnáva teplota prostredia alebo telesa. V kovoch sa tepelná energia prenáša vodivými elektrónmi. Počet voľných elektrónov na jednotku objemu kovu je veľmi veľký. Preto je tepelná vodivosť kovov spravidla oveľa väčšia ako tepelná vodivosť dielektrík. Čím menej nečistôt kovy obsahujú, tým vyššia je ich tepelná vodivosť. S pribúdajúcimi nečistotami sa znižuje ich tepelná vodivosť.

Ako je známe, proces prenosu tepla je opísaný Fourierovým zákonom:

. (3.14)

Tu je hustota tepelného toku, teda množstvo tepla prechádzajúceho pozdĺž súradnice X cez jednotku plochy prierezu za jednotku času, J/m 2?s,

Teplotný gradient pozdĺž súradnice X, K/m,

Súčiniteľ úmernosti, nazývaný súčiniteľ tepelnej vodivosti (predtým označovaný), W/K?m.

Pojem tepelná vodivosť teda zodpovedá dvom pojmom: ide o proces prenosu tepla a koeficient úmernosti, ktorý tento proces charakterizuje.

Voľné elektróny v kove teda určujú jeho elektrickú aj tepelnú vodivosť. Čím vyššia je elektrická vodivosť kovu γ, tým väčšia by mala byť jeho tepelná vodivosť. So zvyšujúcou sa teplotou, keď pohyblivosť elektrónov v kove a tým aj jeho merná vodivosť γ klesá, by sa mal pomer /γ tepelnej vodivosti kovu k jeho špecifickej vodivosti zvyšovať. Matematicky je to vyjadrené Wiedemann-Franz-Lorenzov zákon

/γ = L 0 T, (3.15)

Kde T- termodynamická teplota, K,

L 0 - Lorentzovo číslo, rovné

L 0 = . (3.16)

Nahradením hodnôt Boltzmannovej konštanty do tohto výrazu k= J/K a náboj elektrónu e= 3,602 -30 -39 Cl dostaneme L 0 = /

Wiedemann-Franz-Lorentzov zákon je splnený v teplotnom rozsahu blízkom normálu alebo mierne zvýšeným pre väčšinu kovov (s výnimkou mangánu a berýlia). Podľa tohto zákona majú kovy, ktoré majú vysokú elektrickú vodivosť, aj vysokú tepelnú vodivosť.

Teplota a teplo topenia. Teplo absorbované pevným kryštalickým telesom pri jeho prechode z jednej fázy do druhej sa nazýva teplo fázového prechodu. Konkrétne sa nazýva teplo absorbované kryštalickou pevnou látkou pri jej prechode z pevnej látky na kvapalinu teplo fúzie a teplota, pri ktorej dochádza k topeniu (pri konštantnom tlaku), sa nazýva bod topenia a označujú T PL.. Množstvo tepla, ktoré je potrebné dodať jednotkovej hmotnosti tuhej látky kryštalické telo pri teplote T PL previesť ho do tekutého stavu je tzv špecifické teplo topenia r PL a meria sa v MJ/kg alebo kJ/kg. Hodnoty špecifického tepla topenia pre množstvo kovov sú uvedené v tabuľke 3.3.

Tabuľka.3. 3. Špecifické teplo topenia niektorých kovov.

Podľa teploty tavenia sa rozlišujú žiaruvzdorné kovy, ktoré majú teplotu tavenia vyššiu ako má železo, t.j. vyššie ako 3539 0 C a nízkotaviteľné s teplotou topenia nižšou ako 500 0 C. Teplotný rozsah od 500 0 C do 3539 0 C sa vzťahuje na priemerné hodnoty teploty topenia.

Pracovná funkcia elektrónu opúšťajúceho kov.

Skúsenosti ukazujú, že voľné elektróny prakticky neopúšťajú kov pri bežných teplotách. Je to spôsobené tým, že v povrchová vrstva kovu, vzniká prídržné elektrické pole. Toto elektrické pole možno považovať za potenciálnu bariéru, ktorá bráni elektrónom uniknúť z kovu do okolitého vákua.

Zádržná potenciálna bariéra je vytvorená z dvoch dôvodov. Po prvé v dôsledku príťažlivých síl z prebytočného kladného náboja, ktorý v kove vznikol v dôsledku úniku elektrónov z kovu, a po druhé v dôsledku odpudivých síl z predtým emitovaných elektrónov, ktoré vytvorili elektrónový oblak blízko povrchu kovu. kov. Toto je elektrónový oblak spolu s vonkajšou vrstvou kladné ióny Mriežka tvorí dvojitú elektrickú vrstvu, ktorej elektrické pole je podobné poľu plochého kondenzátora. Hrúbka tejto vrstvy sa rovná niekoľkým medziatómovým vzdialenostiam (30 -30 -30 -9 m).

Nevytvára elektrické pole vo vonkajšom priestore, ale vytvára potenciálnu bariéru, ktorá zabraňuje úniku voľných elektrónov z kovu. Pracovná funkcia elektrónu opúšťajúceho kov je práca vykonaná na prekonanie potenciálnej bariéry na rozhraní kov-vákuum. Aby elektrón vyletel z kovu, musí mať určitú energiu dostatočnú na to, aby prekonal príťažlivé sily kladných nábojov v kove a odpudivé sily elektrónov predtým emitovaných z kovu. Táto energia sa označuje písmenom A a nazýva sa pracovná funkcia elektrónu opúšťajúceho kov. Pracovná funkcia je určená vzorcom:

Kde e- elektrónový náboj, K;

Výstupný potenciál, V.

Na základe vyššie uvedeného môžeme predpokladať, že celý objem kovu pre vodivé elektróny predstavuje potenciálovú jamu s plochým dnom, ktorej hĺbka sa rovná pracovnej funkcii A. Pracovná funkcia je vyjadrená v elektrónvoltoch (eV) . Hodnoty funkcie práce elektrónov pre kovy sú uvedené v tabuľke 3.3.

Ak dodáte elektrónom v kovu energiu dostatočnú na prekonanie pracovnej funkcie, niektoré elektróny môžu opustiť kov. Tento jav elektrónov emitujúcich kov sa nazýva elektronické emisie. Na získanie voľných elektrónov v elektronických zariadeniach existuje špeciálna kovová elektróda - katóda.

V závislosti od spôsobu prenosu energie na elektróny katódy sa rozlišujú tieto typy emisie elektrónov:

- termionický, v ktorom sa dodatočná energia dodáva elektrónom v dôsledku zahrievania katódy;

- fotoelektronické, v ktorých je povrch katódy vystavený elektromagnetickému žiareniu;

- sekundárna elektronika, ktorý je výsledkom bombardovania katódy prúdom elektrónov alebo iónov pohybujúcich sa vysokou rýchlosťou;

- elektrostatický, v ktorej silné elektrické pole na povrchu katódy vytvára sily, ktoré podporujú únik elektrónov za jej hranice.

Fenomén termionickej emisie sa využíva vo vákuových trubiciach, röntgenových trubiciach, elektrónových mikroskopoch atď.

Termoelektromotorická sila (termoemf).

Keď sa dva rôzne kovové vodiče A a B (alebo polovodiče) dostanú do kontaktu (obr. 3.5), a rozdiel kontaktného potenciálu, čo je spôsobené rozdielom v pracovnej funkcii elektrónov z rôznych kovov. Okrem toho sa môžu líšiť aj koncentrácie elektrónov v rôznych kovoch a zliatinách.

V tomto prípade sa elektróny z kovu A, kde je ich koncentrácia vyššia, presunú do kovu B, kde je ich koncentrácia nižšia. V dôsledku toho bude mať kov A kladný náboj a kov B záporný náboj. V súlade s elektronickou teóriou kovov je rozdiel kontaktného potenciálu alebo EMF medzi vodičmi A a B rovný (obr. 3.5):

(3.17)

Kde U A A U B— potenciály kontaktných kovov; n A A n B- koncentrácie elektrónov v kovoch A a B; k- Boltzmannova konštanta, e- elektrónový náboj, T- termodynamická teplota. Ak je koncentrácia elektrónov väčšia v kove B, potom potenciálny rozdiel zmení znamienko, pretože logaritmus čísla menšieho ako jedna bude záporný. Rozdiel kontaktného potenciálu možno merať experimentálne. Prvé takéto merania uskutočnil v roku 3797 taliansky fyzik A. Volta, ktorý tento jav objavil.

Obr.3.5. Vytvorenie rozdielu kontaktného potenciálu alebo EMF medzi dvoma rôznymi vodičmi A a B.

Je samozrejmé, že ak dva vodiče A a B tvoria uzavretý obvod (obr. 3.6) a teploty oboch kontaktov sú rovnaké, potom súčet potenciálových rozdielov alebo výsledné emf je nulový.

(3.18)

Ak jeden z kontaktov alebo, ako sa nazývajú, „spojenie“ dvoch kovov má teplotu T3, a druhý - teplota T2. V tomto prípade vzniká termo-EMF medzi križovatkami rovnými

(3.19)

Kde - konštantný termo-EMF koeficient pre daný pár vodičov, meraný v μV/K. Závisí to od absolútnej hodnoty teplôt „horúcich“ a „studených“ kontaktov, ako aj od povahy kontaktných materiálov. Ako je možné vidieť zo vzorca (3.39), termo-EMF by malo byť úmerné teplotnému rozdielu medzi spojmi.

Obr.3.6. Schéma termočlánku.

Závislosť termo-EMF od rozdielu teplôt na križovatke nemusí byť vždy striktne lineárna. Preto koeficient s T je potrebné upraviť podľa hodnôt teploty T 3 A T 2.

Systém dvoch od seba izolovaných drôtov, vyrobených z rôznych kovov alebo zliatin, spájkovaných na dvoch miestach, sa nazýva tzv. termočlánok. Používa sa na meranie teploty. Teplota jedného spoja (studeného) je zvyčajne známa a druhý spoj sa umiestni na miesto, ktorého teplotu chcú merať. K termočlánku je pripojený merací prístroj, napríklad milivoltmeter mV, odstupňované v stupňoch Celzia alebo Kelvinoch (obr. 3.6).

V niektorých prípadoch je na konce termočlánku pripojené ovládacie relé alebo cievka elektromagnetu (obr. 3.7). Keď sa dosiahne určitý teplotný rozdiel, pod vplyvom termoEMF, cez cievku relé P začne pretekať prúd, čo spôsobí, že relé bude fungovať alebo sa ventil otvorí pomocou solenoidu. Príklady najbežnejších termočlánkov, ich teplotné rozsahy a aplikácie sú uvedené nižšie na stranách 325-330.

	Obr.4

Obr.3.7. Schéma pripojenia termočlánku k relé v automatickom riadiacom obvode

Thermo-EMF môže byť v niektorých prípadoch užitočný, ale v iných škodlivý. Napríklad pri meraní teploty termočlánkami je to užitočné. Je škodlivý v meracích prístrojoch a referenčných odporoch. Tu sa snažia používať materiály a zliatiny s čo najnižším koeficientom termo-EMF v porovnaní s meďou.

Príklad 3.7. Termočlánok bol kalibrovaný pri teplote studeného spoja T 0 = 0 o C. Kalibračné údaje sú uvedené v tabuľke 3.4

Tabuľka 3.4

Kalibračné údaje termočlánku

T, o C
Thermo-EMF, mV	0,0	0,33	0,65	3,44	2,33	3,25	4.23	5,24	6,27	7,34	8,47	9,63

Tento termočlánok bol použitý na meranie teploty v peci. Teplota studeného konca termočlánku pri meraní bola 300 o C. Voltmeter pri meraní ukázal napätie 7,82 mV. Pomocou kalibračnej tabuľky určite teplotu v rúre.

Riešenie. Ak teplota studeného konca počas merania nezodpovedá kalibračným podmienkam, musí sa použiť zákon medziteplôt, ktorý je napísaný takto:

Teploty spojov sú uvedené v zátvorkách. Nájdené termo-EMF zodpovedá v súlade s kalibračnou tabuľkou teplote v peci T= 900 °C.

Teplotný koeficient lineárnej rozťažnosti vodičov(TCLR). Tento koeficient ukazuje relatívnu zmenu lineárnych rozmerov vodiča a najmä jeho dĺžky v závislosti od teploty:

Meria sa v K-3. Obrázok 3.8 ukazuje predĺženie tyčí dlhých 3 m, vyrobených z rôznych materiálov, so zvyšujúcou sa teplotou,

Obr.3.8. Závislosť predĺženia tyče dlhej 1 m od teploty materiálu.

Treba mať na pamäti, že ak je odpor vyrobený z drôtu, potom pri jeho zahrievaní sa dĺžka drôtu a jeho polomer zväčšujú úmerne k jeho teplote. Prierez sa zväčšuje úmerne so štvorcom lineárnych rozmerov, t.j. úmerné druhej mocnine polomeru. To znamená, že keď sa lineárne rozmery drôtu pri zahrievaní zväčšujú, odpor tohto drôtu klesá. Pri zahrievaní drôtu je teda hodnota jeho odporu ovplyvnená dvoma faktormi opačných smeroch: zvýšenie odporu ρ a zvýšenie prierezu drôtu.

Vzhľadom na vyššie uvedené bude teplotný koeficient elektrického odporu drôtu rovný:

Záťažové dilatačné škáry nebudú schopné kompenzovať takéto predĺženie. V tomto prípade sa naruší úprava kontaktnej siete, zvýši sa priehyb a nebudú splnené podmienky pre bežný odber prúdu. Za týchto podmienok nie je možné zabezpečiť vysokú rýchlosť vlakov a reálne bude hroziť porucha zberačov prúdu.

Aby sa zabránilo takémuto vývoju udalostí, teplota ohrevu drôtov by mala byť obmedzená na hodnotu prípustnú za podmienok na zabezpečenie normálnych prevádzkových podmienok pre tento návrh kontaktnej siete. Keď sa teplota zvýši nad túto hranicu prípustnú hodnotu Trakčné zaťaženie musí byť obmedzené.

Okrem toho by mala byť dĺžka kotevných častí obmedzená tak, aby dĺžka drôtu nepresiahla 800 m. V tomto prípade, keď sa teplota trolejového drôtu zvýši o 300 0 C, predĺženie nepresiahne 3,4 m, čo je celkom prijateľné za podmienok kompenzácie predĺženia trakčného zavesenia. Ak prijmeme minimálna teplota pre -40 0 C, potom by maximálna teplota trolejového drôtu nemala presiahnuť 60 0 C (v niektorých prevedeniach 50 0 C).

Pri vytváraní elektrických vákuových zariadení je potrebné voliť kovové vodiče tak, aby ich TCLE bol približne rovnaký ako u vákuového skla alebo vákuovej keramiky. V opačnom prípade môže dôjsť k tepelným šokom, ktoré vedú k zničeniu vákuových zariadení.

Mechanické vlastnosti vodičov charakterizované pevnosťou v ťahu a predĺžením pri pretrhnutí Δ l/l ako aj krehkosť a tvrdosť. Tieto vlastnosti závisia od mechanického a tepelného spracovania, ako aj od prítomnosti legujúcich činidiel a nečistôt vo vodičoch. Okrem toho pevnosť v ťahu závisí od teploty kovu a trvania ťahovej sily.

Ako je uvedené vyššie, na kompenzáciu lineárnej rozťažnosti trolejových drôtov sa ich napnutie vykonáva pomocou teplotných kompenzátorov so závažiami vytvárajúcimi napätie 30 kN (3 t). Toto napätie zabezpečuje normálne podmienky odberu prúdu. Čím väčšie napätie, tým pružnejšie bude zavesenie a lepšie podmienky aktuálna kolekcia Prípustné napätie však závisí od pevnosti v ťahu, ktorá sa s rastúcou teplotou znižuje.

Pre tvrdo ťahanú meď, z ktorej sa vyrábajú trolejové drôty, prudký pokles dočasná pevnosť v ťahu nastáva pri teplotách nad 200 0 C. Dočasná pevnosť v ťahu tiež klesá so zvyšujúcou sa dobou pôsobenia vysokej teploty. Čas do prasknutia kovu v závislosti od jeho absolútnej teploty T(K) a konštrukčné prvky a výrobná technológia sú určené vzorcom:

. (3.22)

Tu: C 3 a C 2 sú koeficienty tepelného odporu v závislosti od konštrukcie a vlastností kovov. Obrázok 3.9 ukazuje závislosť času do zničenia od teploty, vyjadrenú v stupňoch Celzia, pre drôty vyrobené z rôznych kovov.

Pri zvyšovaní napätia trolejového drôtu za účelom zvýšenia pružnosti závesu by sa teda mala brať do úvahy aj pevnosť trolejového drôtu v súlade s obr. 3.9.

Obr.3. 9. Závislosť času pred pretrhnutím kovu od teploty a typu drôtu. 1 - hliník a lanková oceľ-hliník; 2 - medený kontakt; 3 - lanková oceľ-medená bimetalická; 4 - bronzový tepelne odolný kontakt.

Počas zahrievania sa odpor kovu zvyšuje v dôsledku aktivácie Brownovho pohybu atómov. Niektoré zliatiny, ktoré majú vyšší merný odpor, sa s rastúcou teplotou prakticky nemenia (manganín, konštantán). Je to spôsobené špeciálnou štruktúrou zliatin a krátkou strednou voľnou dráhou elektrónov.

Zmena vodivosti

Teplotný koeficient odporu- odráža zmenu vodivosti pri zahrievaní alebo ochladzovaní materiálu. Ak je teplotný koeficient označený α, rezistivita pri 20 °C Ro, potom pri zahriatí materiálu na teplotu t° jeho rezistivita R1 = Ro (1 + (α(t1 - to))

Uveďme si príklad. Teplotný koeficient fechralu = 0,0001 / 1 stupeň a pre nichróm α = 0,0002 / 1 stupeň. To znamená, že zahriatie o 100 °C zvyšuje elektrický odpor fechralu o 1 % a nichrómu o 2 %.

Kus nichrómového drôtu 1 m

Prierez (mm)	Elektrický odpor t° 20 °C (ohm)	Elektrický odpor t° 100 °C (ohm)	Elektrický odpor t° 1000 °C (ohm)
0,3	15,71	16,05	19,1
0,5	5,6	5,612	5,72
0,7	2,89	2,95	3,4,7
0,9	1,7	1,734	2,04
1,0	1,4	1,428	1,68
1,5	0,62	0,632	0,742
2,0	0,35	0,357	0,42
2,5	0,22	0,224	0,264
3,0	0,16	0,163	0,192
4,0	0,087	0,0887	0,104
5,0	0,056	0,0673	0,079
6,0	0,039	0,0398	0,0468
7,0	0,029	0,0296	0,0348
8,0	0,022	0,0224	0,0264
9,0	0,017	0,01734	0,0204
10,0	0,014	0,01428	0,0168

Využíva sa vlastnosť vodičov meniť svoj odpor v závislosti od teploty termočlánky na meranie teploty hutníckych procesov, ako aj v sušiacich a vypaľovacích peciach.

Poskytovateľ

Dodávateľ "Auremo" - uznávaný odborník na trhu výrobkov z neželezných kovov a nehrdzavejúcej ocele - ponúka na nákup nichrómových, fechralových termočlánkov za prijateľnú cenu:. Veľký výber na sklade. Súlad s GOST a medzinárodnými normami kvality. Nichrome, fechral, ​​termočlánky sú vždy k dispozícii, cena je optimálna od dodávateľa. Pre veľkoodberateľov je cena zvýhodnená. Kontaktujte prosím telefónne čísla zo sekcie „Kontakty“, sme vždy otvorení návrhom. Pozývame vás na partnerskú spoluprácu.

Nakupujte za dobrú cenu

Dodávateľ "Auremo" ponúka kúpiť nichrom, fechral, ​​termočlánky za výhodných podmienok, cena je určená technologickými vlastnosťami výroby bez dodatočných nákladov. Webová stránka spoločnosti zobrazuje najnovšie informácie, je tu katalóg produktov a cenníky. Môžete si objednať produkty s neštandardnými parametrami. Cena objednávky závisí od objemu a dodatočných dodacích podmienok.

Odpor je aplikovaný koncept v elektrotechnike. Udáva, aký odpor na jednotku dĺžky má materiál jednotkového prierezu voči prúdu, ktorý ním prechádza - inými slovami, aký odpor má drôt s milimetrovým prierezom dlhý jeden meter. Tento koncept sa používa v rôznych elektrických výpočtoch.

Je dôležité pochopiť rozdiely medzi DC elektrickým odporom a AC elektrickým odporom. V prvom prípade je odpor spôsobený výlučne pôsobením jednosmerného prúdu na vodič. V druhom prípade striedavý prúd (môže mať akýkoľvek tvar: sínusový, obdĺžnikový, trojuholníkový alebo ľubovoľný) spôsobuje dodatočné vírivé pole vo vodiči, ktoré tiež vytvára odpor.

Fyzická reprezentácia

Pri technických výpočtoch zahŕňajúcich kladenie káblov rôznych priemerov sa parametre používajú na výpočet požadovanej dĺžky kábla a jeho elektrických charakteristík. Jedným z hlavných parametrov je odpor. Vzorec elektrického odporu:

ρ = R * S / l, kde:

• ρ je odpor materiálu;
• R je ohmický elektrický odpor konkrétneho vodiča;
• S - prierez;
• l - dĺžka.

Rozmer ρ sa meria v Ohm mm 2 /m, alebo v skratke podľa vzorca - Ohm m.

Hodnota ρ pre tú istú látku je vždy rovnaká. Preto je to konštanta charakterizujúca materiál vodiča. Zvyčajne sa uvádza v adresároch. Na základe toho je už možné vypočítať technické veličiny.

Je dôležité povedať o špecifickej elektrickej vodivosti. Táto hodnota je prevrátená hodnota odporu materiálu a používa sa rovnako s ním. Nazýva sa aj elektrická vodivosť. Čím vyššia je táto hodnota, tým lepšie kov vedie prúd. Napríklad vodivosť medi je 58,14 m/(Ohm mm2). Alebo v jednotkách SI: 58 140 000 S/m. (Siemens na meter je jednotka SI elektrickej vodivosti).

O mernom odpore môžeme hovoriť iba v prítomnosti prvkov, ktoré vedú prúd, pretože dielektrika majú nekonečný alebo takmer nekonečný elektrický odpor. Naproti tomu kovy sú veľmi dobrými vodičmi prúdu. Elektrický odpor kovového vodiča môžete merať pomocou miliohmmetra, prípadne ešte presnejšieho mikroohmmetra. Hodnota sa meria medzi ich sondami aplikovanými na časť vodiča. Umožňujú vám skontrolovať obvody, zapojenie, vinutia motorov a generátorov.

Kovy sa líšia svojou schopnosťou viesť prúd. Odpor rôznych kovov je parameter, ktorý charakterizuje tento rozdiel. Údaje sú uvedené pri teplote materiálu 20 stupňov Celzia:

Parameter ρ ukazuje, aký odpor bude mať elektromerový vodič s prierezom 1 mm 2 . Čím vyššia je táto hodnota, tým väčší je elektrický odpor požadovaného drôtu určitej dĺžky. Najmenší ρ, ako je zrejmé zo zoznamu, je striebro; odpor jedného metra tohto materiálu sa bude rovnať iba 0,015 ohmov, ale je to príliš drahý kov na použitie v priemyselnom meradle. Nasleduje meď, ktorá je v prírode oveľa bežnejšia (nie je to drahý kov, ale neželezný kov). Preto je medené vedenie veľmi bežné.

Meď je nielen dobrým vodičom elektrického prúdu, ale aj veľmi ťažným materiálom. Vďaka tejto vlastnosti medené rozvody lepšie lícujú a sú odolné voči ohybu a rozťahovaniu.

Meď je na trhu veľmi žiadaná. Z tohto materiálu sa vyrába mnoho rôznych produktov:

• Obrovské množstvo dirigentov;
• Autodiely (napr. radiátory);
• Hodinové mechanizmy;
• Počítačové komponenty;
• Časti elektrických a elektronických zariadení.

Elektrický odpor medi je jedným z najlepších medzi prúdovo vodivými materiálmi, preto sa na jeho základe vytvára množstvo produktov elektrotechnického priemyslu. Okrem toho sa meď ľahko spájkuje, takže v amatérskych rádiách je veľmi rozšírená.

Vysoká tepelná vodivosť medi umožňuje jej použitie v chladiacich a vykurovacích zariadeniach a jej plasticita umožňuje vytvárať najmenšie časti a najtenšie vodiče.

Vodiče elektrického prúdu sú prvého a druhého druhu. Vodiče prvého druhu sú kovy. Vodiče druhého typu sú vodivé roztoky kvapalín. Prúd v prvom type je prenášaný elektrónmi a nosičmi prúdu vo vodičoch druhého typu sú ióny, nabité častice elektrolytickej kvapaliny.

O vodivosti materiálov môžeme hovoriť len v súvislosti s teplotou životné prostredie. S viac vysoká teplota vodiče prvého typu zvyšujú svoj elektrický odpor a druhý naopak znižujú. Podľa toho existuje teplotný koeficient odolnosti materiálov. Odpor medi Ohm m sa zvyšuje so zvyšujúcim sa zahrievaním. Teplotný koeficient α tiež závisí iba od materiálu; táto hodnota nemá žiadny rozmer a pre rôzne kovy a zliatiny sa rovná nasledujúcim ukazovateľom:

• Striebro - 0,0035;
• Železo - 0,0066;
• Platina - 0,0032;
• Meď - 0,0040;
• Volfrám - 0,0045;
• Ortuť - 0,0090;
• Konstantan - 0,000005;
• Nikelín - 0,0003;
• nichrom - 0,00016.

Stanovenie hodnoty elektrického odporu úseku vodiča pri zvýšená teplota R(t), vypočítané podľa vzorca:

R (t) = R (0) · , kde:

• R (0) - odpor pri počiatočnej teplote;
• α - teplotný koeficient;
• t - t (0) - teplotný rozdiel.

Napríklad, ak poznáte elektrický odpor medi pri 20 stupňoch Celzia, môžete vypočítať, čomu sa bude rovnať pri 170 stupňoch, to znamená pri zahriatí o 150 stupňov. Počiatočný odpor sa zvýši o faktor 1,6.

S rastúcou teplotou sa naopak vodivosť materiálov znižuje. Keďže ide o prevrátenú hodnotu elektrického odporu, zníži sa presne o rovnakú hodnotu. Napríklad elektrická vodivosť medi sa pri zahriatí materiálu o 150 stupňov zníži 1,6-krát.

Existujú zliatiny, ktoré prakticky nemenia svoj elektrický odpor pri zmene teploty. Ide napríklad o konštantán. Pri zmene teploty o sto stupňov sa jej odpor zvýši len o 0,5 %.

Zatiaľ čo vodivosť materiálov sa teplom zhoršuje, s klesajúcou teplotou sa zlepšuje. Súvisí to s fenoménom supravodivosti. Ak znížite teplotu vodiča pod -253 stupňov Celzia, jeho elektrický odpor sa prudko zníži: takmer na nulu. V tomto smere klesajú náklady na prenos elektrickej energie. Jediným problémom bolo chladenie vodičov na takéto teploty. Avšak kvôli nedávnym objavom vysokoteplotných supravodičov na báze oxidov medi sa materiály musia ochladiť na prijateľné hodnoty.