Quando si progettano circuiti elettrici, è importante scegliere il materiale e la sezione trasversale dei cavi corretti. Molto spesso, per questi scopi viene utilizzato il rame, che ha una resistenza inferiore.

Da cosa dipende la resistenza di un metallo?

La corrente elettrica è il movimento diretto di particelle cariche. Nei metalli questi sono elettroni liberi. Si muovono tra gli atomi del reticolo cristallino. La resistenza al loro movimento dipende dal metallo o dalla lega, nonché dalla sua temperatura: man mano che aumenta, aumenta la resistenza del filo alla corrente elettrica.

L'eccezione sono le leghe speciali utilizzate negli strumenti di misura. Da essi vengono realizzati resistori che non modificano i loro parametri al variare della temperatura. Inoltre, per collegare le termocoppie vengono utilizzati fili a due fili, la resistenza di una delle quali aumenta all'aumentare della temperatura e l'altra diminuisce. Di conseguenza, i parametri del cavo non cambiano.

Resistività di vari metalli

Metalli diversi hanno proprietà diverse e vengono utilizzati per scopi diversi.

Rame e alluminio

I fili più comuni sono il rame e l'alluminio. Il rame ha una resistenza elettrica inferiore a quella del filo di alluminio e i cavi realizzati con esso hanno una sezione trasversale inferiore. È più resistente, il che consente di rendere i cavi più sottili, flessibili e multi-core. Inoltre, il rame viene saldato con saldature di stagno.

Ma l’alluminio ha un vantaggio: è molto più economico. Pertanto, viene utilizzato per l'avvolgimento di trasformatori e la posa di cavi, durante il cui funzionamento non si verificano curve, movimenti o vibrazioni.

Altri metalli

• Oro. Ha la resistenza elettrica più bassa, ma a causa del suo prezzo viene utilizzato solo in alcuni luoghi nella tecnologia militare e spaziale;
• Argento. Ha un rapporto qualità/prezzo migliore dell'oro, ma viene utilizzato anche in misura limitata, principalmente per la fabbricazione di contatti e connettori - non si ossida;
• Nicromo (una lega di nichel e cromo) e fechral (ferro, cromo e alluminio). Hanno un punto di fusione elevato. La resistenza del nichelcromo e del filo di nichelcromo è abbastanza grande da realizzare riscaldatori e fili di resistenza;
• Tungsteno. Ha un'elevata resistività ed è molto refrattario: 3422 gradi. Viene utilizzato per realizzare filamenti nelle lampadine;
• Costantana. Una lega di rame, nichel e manganese che non cambia le sue proprietà con i cambiamenti di temperatura. Utilizzato per la fabbricazione di resistori negli strumenti di misura;
• Compensativo. Con queste leghe sono realizzati i cavi per il collegamento di termocoppie e altri sensori. All’aumentare della temperatura, la resistenza elettrica di un conduttore aumenta e dell’altro diminuisce. Di conseguenza, il valore complessivo rimane invariato.

Interessante. Negli anni '50 furono progettati trasformatori per sottostazioni ad alta tensione con avvolgimenti in argento. Considerando le perdite ridotte, ciò è stato vantaggioso. Ma a causa dell’aumento del prezzo dell’argento sul mercato mondiale, questi progetti non sono stati attuati.

Scelta delle sezioni dei cavi

Nel calcolare la sezione trasversale del conduttore, vengono presi in considerazione il riscaldamento e la caduta di tensione nei cavi lunghi. Puoi calcolare la resistenza del filo utilizzando tabelle speciali o utilizzando calcolatori online.

La sezione trasversale calcolata per le perdite può essere maggiore o minore di quella calcolata per il riscaldamento. Ciò dipende dalla lunghezza del cavo. Per la guarnizione viene selezionato un valore maggiore.

Scelta della sezione del conduttore in base al riscaldamento ammissibile

Quando la corrente elettrica scorre attraverso il cavo, si riscalda. Questo riscaldamento può sciogliere l'isolamento, il che porterà alla sua distruzione e al cortocircuito dei cavi adiacenti tra loro o alle parti strutturali messe a terra.

Importante! Distruzione dell'isolamento e cortocircuito. (cortocircuito) potrebbe provocare un incendio.

Per evitare tale situazione, la sezione del cavo deve corrispondere alla corrente di carico, al tipo di isolamento e alle condizioni di installazione. I cavi posati aperti o con isolamento resistente al calore possono trasportare più corrente dei cavi posati attraverso condotti rivestiti in vinile o gomma.

Selezione della sezione trasversale in base alla perdita di tensione

Quando la corrente elettrica scorre attraverso il cavo, la tensione vicino al carico diminuisce. Ciò è dovuto al fatto che, sebbene la resistenza di un piccolo pezzo di filo e la caduta di tensione su di esso siano piccole, su una lunga lunghezza può raggiungere un valore significativo.

Ad esempio, la resistività del filo di rame è 0,017 Ohm mm²/m. Ma in un cavo unipolare lungo 100 m con una sezione di 10 mm² sarà 0,17 Ohm. Con una corrente di 80 A (consentita per il riscaldamento), la caduta di tensione in una rete a 220 V sarà di 27 V (100 m di filo di fase e 100 m di filo neutro con una caduta di 13 V in ciascun conduttore). Pertanto, con una caduta di tensione consentita del 2% o 5 V, la sezione trasversale del cavo non deve essere inferiore a 66 mm² o al valore standard successivo maggiore - 75 mm².

Se la sezione del riscaldamento viene calcolata in base alla corrente di esercizio del motore elettrico e nella zona dall'interruttore automatico di ingresso all'apparecchio, allora il calcolo delle perdite deve essere effettuato in base alla corrente di avviamento, tenendo conto dell'intera lunghezza del i cavi: dalla linea principale alla macchina elettrica.

La resistenza di un filo di rame è un valore che influenza la scelta dei cavi e dei fili per l'avvolgimento delle bobine nella progettazione di circuiti elettrici, nonché di motori elettrici e trasformatori. Sapere come calcolare la resistenza del conduttore e le formule necessarie ti aiuterà a progettare correttamente il cablaggio elettrico ed evitare situazioni di emergenza.

video

Quando un circuito elettrico è chiuso, ai cui terminali è presente una differenza di potenziale, si verifica una tensione. Gli elettroni liberi, sotto l'influenza delle forze del campo elettrico, si muovono lungo il conduttore. Nel loro movimento gli elettroni si scontrano con gli atomi del conduttore e forniscono loro la loro energia cinetica. La velocità del movimento degli elettroni cambia continuamente: quando gli elettroni entrano in collisione con atomi, molecole e altri elettroni, diminuisce, quindi sotto l'influenza di un campo elettrico aumenta e diminuisce di nuovo durante una nuova collisione. Di conseguenza, nel conduttore viene stabilito un flusso uniforme di elettroni a una velocità di diverse frazioni di centimetro al secondo. Di conseguenza, gli elettroni che passano attraverso un conduttore incontrano sempre resistenza al loro movimento da quel lato. Quando la corrente elettrica passa attraverso un conduttore, quest'ultimo si riscalda.

Resistenza elettrica

La resistenza elettrica di un conduttore, che si indica con una lettera latina R, è la proprietà di un corpo o di un mezzo di convertire l'energia elettrica in energia termica quando viene attraversato da una corrente elettrica.

Nei diagrammi la resistenza elettrica è indicata come in Figura 1, UN.

Viene chiamata resistenza elettrica variabile, che serve a cambiare la corrente in un circuito reostato. Nei diagrammi, i reostati sono designati come mostrato nella Figura 1, B. In generale, un reostato è costituito da un filo di una resistenza o dell'altra, avvolto su una base isolante. Il cursore o la leva del reostato viene posizionato in una determinata posizione, a seguito della quale viene introdotta nel circuito la resistenza richiesta.

Un lungo conduttore con una piccola sezione trasversale crea una grande resistenza alla corrente. I conduttori corti con una sezione trasversale ampia offrono poca resistenza alla corrente.

Se prendi due conduttori di materiali diversi, ma della stessa lunghezza e sezione trasversale, i conduttori condurranno la corrente in modo diverso. Ciò dimostra che la resistenza di un conduttore dipende dal materiale del conduttore stesso.

Anche la temperatura del conduttore influisce sulla sua resistenza. All'aumentare della temperatura aumenta la resistenza dei metalli e diminuisce la resistenza dei liquidi e del carbone. Solo alcune leghe metalliche speciali (manganina, costantana, nichel e altre) difficilmente cambiano la loro resistenza con l'aumento della temperatura.

Quindi vediamo che la resistenza elettrica di un conduttore dipende: 1) dalla lunghezza del conduttore, 2) dalla sezione trasversale del conduttore, 3) dal materiale del conduttore, 4) dalla temperatura del conduttore.

L'unità di resistenza è un ohm. Om è spesso rappresentato dalla lettera maiuscola greca Ω (omega). Pertanto, invece di scrivere “La resistenza del conduttore è 15 ohm”, potete semplicemente scrivere: R= 15 Ω.
1.000 ohm si chiamano 1 kiloohm(1kOhm o 1kΩ),
1.000.000 di ohm si chiama 1 megaohm(1mOhm o 1MΩ).

Quando si confronta la resistenza di conduttori di materiali diversi, è necessario prendere una certa lunghezza e sezione trasversale per ciascun campione. Allora saremo in grado di giudicare quale materiale conduce meglio o peggio la corrente elettrica.

Video 1. Resistenza del conduttore

Resistività elettrica

Viene chiamata la resistenza in ohm di un conduttore lungo 1 m, con una sezione trasversale di 1 mm² resistività ed è indicato con la lettera greca ρ (ro).

La tabella 1 mostra le resistività di alcuni conduttori.

Tabella 1

Resistività di vari conduttori

La tabella mostra che un filo di ferro con una lunghezza di 1 me una sezione di 1 mm² ha una resistenza di 0,13 Ohm. Per ottenere 1 Ohm di resistenza è necessario prendere 7,7 m di tale filo. L'argento ha la resistività più bassa. La resistenza di 1 Ohm può essere ottenuta prendendo 62,5 m di filo d'argento con una sezione di 1 mm². L'argento è il miglior conduttore, ma il costo dell'argento esclude la possibilità del suo utilizzo di massa. Dopo l'argento nella tabella viene il rame: 1 m di filo di rame con una sezione di 1 mm² ha una resistenza di 0,0175 Ohm. Per ottenere una resistenza di 1 ohm, devi prendere 57 m di tale filo.

Il rame chimicamente puro, ottenuto mediante raffinazione, ha trovato ampio utilizzo nell'ingegneria elettrica per la fabbricazione di fili, cavi, avvolgimenti di macchine e dispositivi elettrici. Il ferro è anche ampiamente utilizzato come conduttore.

La resistenza del conduttore può essere determinata dalla formula:

Dove R– resistenza del conduttore in ohm; ρ – resistenza specifica del conduttore; l– lunghezza del conduttore in m; S– sezione del conduttore in mm².

Esempio 1. Determinare la resistenza di 200 m di filo di ferro con una sezione di 5 mm².

Esempio 2. Calcolare la resistenza di 2 km di filo di alluminio con sezione di 2,5 mm².

Dalla formula della resistenza puoi facilmente determinare la lunghezza, la resistività e la sezione trasversale del conduttore.

Esempio 3. Per un ricevitore radio, è necessario avvolgere una resistenza da 30 Ohm in filo di nichel con una sezione trasversale di 0,21 mm². Determinare la lunghezza del cavo richiesta.

Esempio 4. Determina la sezione trasversale di 20 m di filo di nicromo se la sua resistenza è di 25 Ohm.

Esempio 5. Un filo con una sezione di 0,5 mm² e una lunghezza di 40 m ha una resistenza di 16 Ohm. Determina il materiale del filo.

Il materiale del conduttore caratterizza la sua resistività.

Secondo la tabella delle resistività, troviamo che ha tale resistenza.

È stato affermato sopra che la resistenza dei conduttori dipende dalla temperatura. Facciamo il seguente esperimento. Avvolgiamo diversi metri di filo metallico sottile sotto forma di spirale e colleghiamo questa spirale al circuito della batteria. Per misurare la corrente, colleghiamo un amperometro al circuito. Quando la bobina viene riscaldata nella fiamma del bruciatore, noterai che le letture dell'amperometro diminuiranno. Ciò dimostra che la resistenza di un filo metallico aumenta con il riscaldamento.

Per alcuni metalli, se riscaldati di 100°, la resistenza aumenta del 40–50%. Ci sono leghe che cambiano leggermente la loro resistenza con il riscaldamento. Alcune leghe speciali non mostrano praticamente alcun cambiamento nella resistenza al variare della temperatura. La resistenza aumenta con l'aumentare della temperatura; la resistenza degli elettroliti (conduttori liquidi), del carbone e di alcuni solidi, al contrario, diminuisce.

La capacità dei metalli di modificare la propria resistenza al variare della temperatura viene utilizzata per costruire termometri a resistenza. Questo termometro è un filo di platino avvolto su un telaio di mica. Posizionando ad esempio un termometro in un forno e misurando la resistenza del filo di platino prima e dopo il riscaldamento, è possibile determinare la temperatura nel forno.

Si chiama la variazione della resistenza di un conduttore quando viene riscaldato per 1 ohm di resistenza iniziale e per 1° di temperatura coefficiente di resistenza alla temperatura ed è indicato con la lettera α.

Se a temperatura T 0 la resistenza del conduttore è R 0 e a temperatura T equivale r t, quindi il coefficiente di temperatura della resistenza

Nota. Il calcolo utilizzando questa formula può essere effettuato solo in un determinato intervallo di temperature (fino a circa 200°C).

Presentiamo i valori del coefficiente di temperatura della resistenza α per alcuni metalli (Tabella 2).

Tavolo 2

Valori dei coefficienti di temperatura per alcuni metalli

Dalla formula per il coefficiente di temperatura della resistenza determiniamo r t:

r t = R 0 .

Esempio 6. Determina la resistenza di un filo di ferro riscaldato a 200°C se la sua resistenza a 0°C era 100 Ohm.

r t = R 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 ohm.

Esempio 7. Un termometro a resistenza realizzato con filo di platino aveva una resistenza di 20 ohm in una stanza a 15°C. Si metteva il termometro nel forno e dopo qualche tempo se ne misurava la resistenza. Risultò essere pari a 29,6 Ohm. Determina la temperatura nel forno.

Conduttività elettrica

Finora abbiamo considerato la resistenza di un conduttore come l'ostacolo che il conduttore fornisce alla corrente elettrica. Tuttavia, la corrente scorre attraverso il conduttore. Pertanto, oltre alla resistenza (ostacolo), il conduttore ha anche la capacità di condurre corrente elettrica, cioè conduttività.

Maggiore è la resistenza di un conduttore, minore è la sua conduttività, peggiore è la conduzione della corrente elettrica e, al contrario, minore è la resistenza del conduttore, maggiore è la conduttività, più facile è che la corrente passi attraverso il conduttore. Pertanto, la resistenza e la conduttività di un conduttore sono quantità reciproche.

Dalla matematica è noto che l'inverso di 5 è 1/5 e, viceversa, l'inverso di 1/7 è 7. Pertanto, se la resistenza di un conduttore è indicata con la lettera R, allora la conduttività è definita come 1/ R. La conduttività è solitamente indicata con la lettera g.

La conduttività elettrica si misura in (1/Ohm) o in Siemens.

Esempio 8. La resistenza del conduttore è di 20 ohm. Determinarne la conduttività.

Se R= 20 Ohm, quindi

Esempio 9. La conduttività del conduttore è 0,1 (1/Ohm). Determina la sua resistenza

Se g = 0,1 (1/Ohm), allora R= 1 / 0,1 = 10 (Ohm)

La resistenza elettrica è la caratteristica principale dei materiali conduttori. A seconda del campo di applicazione del conduttore, il valore della sua resistenza può svolgere un ruolo sia positivo che negativo nel funzionamento dell'impianto elettrico. Inoltre, l'applicazione specifica del conduttore può richiedere la presa in considerazione di caratteristiche aggiuntive, la cui influenza in un caso particolare non può essere trascurata.

I conduttori sono metalli puri e loro leghe. In un metallo, gli atomi fissati in un’unica struttura “forte” hanno elettroni liberi (il cosiddetto “gas di elettroni”). Sono queste particelle che in questo caso sono i portatori di carica. Gli elettroni sono in movimento costante e casuale da un atomo all'altro. Quando appare un campo elettrico (collegando una sorgente di tensione alle estremità del metallo), il movimento degli elettroni nel conduttore diventa ordinato. Gli elettroni in movimento incontrano ostacoli sul loro percorso causati dalle peculiarità della struttura molecolare del conduttore. Quando entrano in collisione con una struttura, i portatori di carica perdono la loro energia, cedendola al conduttore (riscaldandolo). Quanti più ostacoli crea una struttura conduttiva per caricare i portatori, tanto maggiore è la resistenza.

All’aumentare della sezione trasversale della struttura conduttrice per un numero di elettroni, il “canale di trasmissione” diventerà più ampio e la resistenza diminuirà. Di conseguenza, all'aumentare della lunghezza del cavo, ci saranno più ostacoli di questo tipo e la resistenza aumenterà.

Pertanto, la formula di base per il calcolo della resistenza comprende la lunghezza del filo, l'area della sezione trasversale e un determinato coefficiente che mette in relazione queste caratteristiche dimensionali con i valori elettrici di tensione e corrente (1). Questo coefficiente è chiamato resistività.
R=r*L/S (1)

Resistività

La resistività è invariata ed è una proprietà della sostanza di cui è costituito il conduttore. Le unità di misura sono ohm*m. Spesso il valore di resistività è espresso in ohm*mmq/m. Ciò è dovuto al fatto che la sezione trasversale dei cavi più comunemente utilizzati è relativamente piccola e si misura in mm2. Facciamo un semplice esempio.

Compito n. 1. Lunghezza filo di rame L = 20 m, sezione S = 1,5 mm. mq. Calcolare la resistenza del filo.
Soluzione: resistività del filo di rame r = 0,018 ohm*mm. mq/mq. Sostituendo i valori nella formula (1) otteniamo R=0,24 ohm.
Quando si calcola la resistenza del sistema di alimentazione, la resistenza di un filo deve essere moltiplicata per il numero di fili.
Se al posto del rame si utilizza alluminio con una resistività maggiore (r = 0,028 ohm * mmq / m), la resistenza dei fili aumenterà di conseguenza. Per l'esempio sopra, la resistenza sarà R = 0,373 ohm (55% in più). Rame e alluminio sono i materiali principali per i fili. Esistono metalli con resistività inferiore al rame, come l'argento. Tuttavia il suo utilizzo è limitato a causa del suo evidente costo elevato. La tabella seguente mostra la resistenza e altre caratteristiche di base dei materiali conduttori.
Tabella: caratteristiche principali dei conduttori

Perdite di calore dei fili

Se, utilizzando il cavo dell'esempio precedente, un carico di 2,2 kW è collegato a una rete monofase da 220 V, attraverso il filo scorrerà la corrente I = P / U o I = 2200/220 = 10 A. Formula per calcolo delle perdite di potenza nel conduttore:
Ppr=(I^2)*R (2)
Esempio n. 2. Calcolare le perdite attive durante la trasmissione di una potenza di 2,2 kW in una rete con una tensione di 220 V per il cavo menzionato.
Soluzione: sostituendo i valori di corrente e resistenza del filo nella formula (2), otteniamo Ppr=(10^2)*(2*0,24)=48 W.
Pertanto, quando si trasmette energia dalla rete al carico, le perdite nei cavi saranno leggermente superiori al 2%. Questa energia viene convertita in calore rilasciato dal conduttore nell'ambiente. In base alle condizioni di riscaldamento del conduttore (in base al valore corrente), viene selezionata la sua sezione trasversale, guidata da tabelle speciali.
Ad esempio, per il conduttore sopra indicato, la corrente massima è 19 A o 4,1 kW in una rete a 220 V.

Per ridurre le perdite attive nelle linee elettriche, viene utilizzata una tensione maggiore. Allo stesso tempo, la corrente nei fili diminuisce, le perdite diminuiscono.

Effetto della temperatura

Un aumento della temperatura porta ad un aumento delle vibrazioni del reticolo cristallino metallico. Di conseguenza, gli elettroni incontrano più ostacoli, il che porta ad un aumento della resistenza. L'entità della "sensibilità" della resistenza del metallo all'aumento della temperatura è chiamata coefficiente di temperatura α. La formula per calcolare la temperatura è la seguente
R=Rí*, (3)
dove Rн – resistenza del filo in condizioni normali (alla temperatura t°н); t° è la temperatura del conduttore.
Tipicamente t°n = 20° C. Il valore di α è indicato anche per la temperatura t°n.
Compito 4. Calcola la resistenza di un filo di rame ad una temperatura t° = 90° C. α rame = 0,0043, Rн = 0,24 Ohm (compito 1).
Soluzione: sostituendo i valori nella formula (3) otteniamo R = 0,312 Ohm. La resistenza del filo riscaldato analizzato è maggiore del 30% rispetto alla sua resistenza a temperatura ambiente.

Effetto della frequenza

All'aumentare della frequenza della corrente nel conduttore, avviene il processo di spostamento delle cariche più vicino alla sua superficie. Come risultato dell'aumento della concentrazione delle cariche nello strato superficiale, aumenta anche la resistenza del filo. Questo processo è chiamato “effetto pelle” o effetto superficie. Coefficiente di pelle– l’effetto dipende anche dalla dimensione e dalla forma del filo. Nell'esempio precedente, ad una frequenza CA di 20 kHz, la resistenza del filo aumenterà di circa il 10%. Si noti che i componenti ad alta frequenza possono ricevere un segnale di corrente da molti moderni consumatori industriali e domestici (lampade a risparmio energetico, alimentatori a commutazione, convertitori di frequenza e così via).

Influenza dei conduttori vicini

Attorno a qualsiasi conduttore attraverso il quale scorre la corrente è presente un campo magnetico. Anche l'interazione dei campi dei conduttori vicini provoca perdite di energia ed è chiamata “effetto di prossimità”. Si noti inoltre che qualsiasi conduttore metallico ha un'induttanza creata dal nucleo conduttivo e una capacità creata dall'isolamento. Questi parametri sono caratterizzati anche dall'effetto di prossimità.

Tecnologie

Cavi ad alta tensione con resistenza zero

Questo tipo di filo è ampiamente utilizzato nei sistemi di accensione delle automobili. La resistenza dei cavi ad alta tensione è piuttosto bassa e ammonta a diverse frazioni di ohm per metro di lunghezza. Ricordiamo che una resistenza di questa portata non può essere misurata con un ohmmetro generico. Spesso i ponti di misura vengono utilizzati per misurare basse resistenze.
Strutturalmente, tali fili hanno un gran numero di nuclei di rame con isolamento a base di silicone, plastica o altri dielettrici. La particolarità dell'uso di tali fili non è solo il funzionamento ad alta tensione, ma anche il trasferimento di energia in un breve periodo di tempo (modalità a impulsi).

Cavo bimetallico

Il principale campo di applicazione dei cavi citati è la trasmissione di segnali ad alta frequenza. L'anima del filo è costituita da un tipo di metallo, la cui superficie è rivestita con un altro tipo di metallo. Poiché alle alte frequenze solo lo strato superficiale del conduttore è conduttivo, è possibile sostituire l'interno del filo. Ciò consente di risparmiare materiale costoso e di migliorare le caratteristiche meccaniche del filo. Esempi di tali fili: rame argentato, acciaio ramato.

Conclusione

La resistenza del filo è un valore che dipende da un gruppo di fattori: tipo di conduttore, temperatura, frequenza della corrente, parametri geometrici. L'importanza dell'influenza di questi parametri dipende dalle condizioni operative del filo. I criteri di ottimizzazione, a seconda dei compiti dei cavi, possono essere: riduzione delle perdite attive, miglioramento delle caratteristiche meccaniche, riduzione dei prezzi.

Concetto di resistenza elettrica e conducibilità

Qualsiasi corpo attraversato da corrente elettrica le oppone una certa resistenza.La proprietà di un materiale conduttore di impedire il passaggio della corrente elettrica si chiama resistenza elettrica.

La teoria elettronica spiega l'essenza della resistenza elettrica dei conduttori metallici. Gli elettroni liberi, quando si muovono lungo un conduttore, incontrano innumerevoli volte atomi e altri elettroni sul loro cammino e, interagendo con essi, perdono inevitabilmente parte della loro energia. Gli elettroni sperimentano una sorta di resistenza al loro movimento. Diversi conduttori metallici, aventi diverse strutture atomiche, offrono diversa resistenza alla corrente elettrica.

La stessa cosa spiega la resistenza dei liquidi conduttori e dei gas al passaggio della corrente elettrica. Tuttavia, non dobbiamo dimenticare che in queste sostanze non sono gli elettroni, ma le particelle cariche di molecole che incontrano resistenza durante il loro movimento.

La resistenza è denotata dalle lettere latine R o r.

L'unità di resistenza elettrica è l'ohm.

Ohm è la resistenza di una colonna di mercurio alta 106,3 cm e con sezione di 1 mm2 alla temperatura di 0° C.

Se, ad esempio, la resistenza elettrica di un conduttore è di 4 ohm, allora si scrive così: R = 4 ohm oppure r = 4 ohm.

Per misurare grandi resistenze, viene utilizzata un'unità chiamata megaohm.

Un megaohm equivale a un milione di ohm.

Maggiore è la resistenza di un conduttore, peggiore è la conduzione della corrente elettrica e, al contrario, minore è la resistenza del conduttore, più facile è che la corrente elettrica passi attraverso questo conduttore.

Di conseguenza, per caratterizzare un conduttore (dal punto di vista del passaggio della corrente elettrica attraverso di esso), si può considerare non solo la sua resistenza, ma anche il reciproco della resistenza, chiamato conduttività.

Conduttività elettricaè la capacità di un materiale di far passare la corrente elettrica attraverso se stesso.

Poiché la conduttività è il reciproco della resistenza, viene espressa come 1/R e la conduttività è indicata con la lettera latina g.

L'influenza del materiale conduttore, delle sue dimensioni e della temperatura ambiente sul valore della resistenza elettrica

La resistenza dei vari conduttori dipende dal materiale con cui sono realizzati. Per caratterizzare la resistenza elettrica di vari materiali è stato introdotto il concetto di cosiddetta resistività.

Resistivitàè la resistenza di un conduttore con una lunghezza di 1 me una sezione trasversale di 1 mm2. La resistività è indicata con la lettera p dell'alfabeto greco. Ogni materiale di cui è costituito un conduttore ha la propria resistività.

Ad esempio, la resistività del rame è 0,017, ovvero un conduttore di rame lungo 1 m e con una sezione trasversale di 1 mm2 ha una resistenza di 0,017 ohm. La resistività dell'alluminio è 0,03, la resistività del ferro è 0,12, la resistività della costantana è 0,48, la resistività del nicromo è 1-1,1.

La resistenza di un conduttore è direttamente proporzionale alla sua lunghezza, ovvero quanto più lungo è il conduttore, tanto maggiore è la sua resistenza elettrica.

La resistenza di un conduttore è inversamente proporzionale alla sua sezione trasversale, cioè quanto più spesso è il conduttore, tanto minore è la sua resistenza e, viceversa, quanto più sottile è il conduttore, tanto maggiore è la sua resistenza.

Per comprendere meglio questa relazione, immaginiamo due coppie di vasi comunicanti, di cui una coppia di vasi ha un tubo di collegamento sottile e l'altra ne ha uno spesso. È chiaro che quando uno dei vasi (ciascuna coppia) è pieno d'acqua, il suo trasferimento all'altro vaso attraverso un tubo spesso avverrà molto più velocemente che attraverso un tubo sottile, cioè un tubo spesso avrà meno resistenza al flusso d'acqua. Allo stesso modo, è più facile che la corrente elettrica passi attraverso un conduttore spesso che attraverso uno sottile, cioè il primo le oppone meno resistenza del secondo.

La resistenza elettrica di un conduttore è uguale alla resistività del materiale di cui è composto il conduttore, moltiplicata per la lunghezza del conduttore e divisa per l'area della sezione trasversale del conduttore:

R = pl/S,

Dove - R è la resistenza del conduttore, ohm, l è la lunghezza del conduttore in m, S è la sezione trasversale del conduttore, mm 2.

Area della sezione trasversale di un conduttore rotondo calcolato con la formula:

S = Pi x d 2/4

Dov'è Pi - valore costante pari a 3,14; d è il diametro del conduttore.

Ed è così che viene determinata la lunghezza del conduttore:

l = S R / p ,

Questa formula permette di determinare la lunghezza del conduttore, la sua sezione e la resistività, se sono note le altre grandezze comprese nella formula.

Se è necessario determinare l'area della sezione trasversale del conduttore, la formula assume la seguente forma:

S = pl/R

Trasformando la stessa formula e risolvendo l'uguaglianza rispetto a p, troviamo la resistività del conduttore:

R = R S/l

L'ultima formula deve essere utilizzata nei casi in cui si conoscono la resistenza e le dimensioni del conduttore, ma il suo materiale è sconosciuto e per di più difficile da determinare dall'apparenza. Per fare ciò, è necessario determinare la resistività del conduttore e, utilizzando la tabella, trovare un materiale che abbia tale resistività.

Un altro motivo che influenza la resistenza dei conduttori è la temperatura.

È stato stabilito che con l'aumentare della temperatura aumenta la resistenza dei conduttori metallici e con la diminuzione della temperatura diminuisce. Questo aumento o diminuzione della resistenza per i conduttori di metallo puro è quasi lo stesso e in media è dello 0,4% per 1°C. La resistenza dei conduttori liquidi e del carbonio diminuisce con l'aumentare della temperatura.

La teoria elettronica della struttura della materia fornisce la seguente spiegazione per l'aumento della resistenza dei conduttori metallici con l'aumentare della temperatura. Quando riscaldato, il conduttore riceve energia termica, che viene inevitabilmente trasferita a tutti gli atomi della sostanza, a seguito della quale aumenta l'intensità del loro movimento. L'aumento del movimento degli atomi crea una maggiore resistenza al movimento direzionale degli elettroni liberi, motivo per cui aumenta la resistenza del conduttore. Quando la temperatura diminuisce, si creano condizioni migliori per il movimento direzionale degli elettroni e la resistenza del conduttore diminuisce. Questo spiega un fenomeno interessante: superconduttività dei metalli.

Superconduttività, cioè una diminuzione della resistenza dei metalli allo zero, avviene a un'enorme temperatura negativa - 273 ° C, chiamata zero assoluto. A una temperatura pari allo zero assoluto, gli atomi metallici sembrano congelarsi sul posto, senza interferire affatto con il movimento degli elettroni.

Qualsiasi corpo attraversato da corrente elettrica le oppone una certa resistenza. La proprietà di un materiale conduttore di impedire il passaggio della corrente elettrica si chiama resistenza elettrica.

Maggiore è la resistenza di un conduttore, peggiore è la conduzione della corrente elettrica e, al contrario, minore è la resistenza del conduttore, più facile è che la corrente elettrica passi attraverso questo conduttore.

La resistenza dei vari conduttori dipende dal materiale con cui sono realizzati. Per caratterizzare la resistenza elettrica di vari materiali è stato introdotto il concetto di cosiddetta resistività.

La resistenza specifica è la resistenza di un conduttore con una lunghezza di 1 me una sezione trasversale di 1 mm2. La resistività è indicata con la lettera p (rho) dell'alfabeto greco. Ogni materiale di cui è costituito un conduttore ha la propria resistività.

Ad esempio, la resistività del rame è 0,0175, ovvero un conduttore di rame con una lunghezza di 1 me una sezione di 1 mm2 ha una resistenza di 0,0175 ohm. La resistività dell'alluminio è 0,029, la resistività del ferro è 0,135, la resistività della costantana è 0,48 e la resistività del nicromo è 1-1,1.

La resistenza di un conduttore è direttamente proporzionale alla sua lunghezza, ovvero quanto più lungo è il conduttore, tanto maggiore è la sua resistenza elettrica.

La resistenza di un conduttore è inversamente proporzionale alla sua sezione trasversale, cioè quanto più spesso è il conduttore, tanto minore è la sua resistenza e, viceversa, quanto più sottile è il conduttore, tanto maggiore è la sua resistenza.

La resistenza del conduttore può essere determinata dalla formula:

dove r è la resistenza del conduttore in (Ohm); ρ—resistività del conduttore (Ohm*m); l è la lunghezza del conduttore in (m); S - sezione del conduttore in (mm2).

Esempio: Determinare la resistenza di 200 m di filo di rame con una sezione trasversale di 1,5 mm2.

Esempio: Determinare la resistenza di 200 m di filo di rame con una sezione trasversale di 2,5 mm2.

Isolamento

L'isolamento nell'ingegneria elettrica è un elemento di progettazione di apparecchiature che impedisce il passaggio di corrente elettrica attraverso di esso, ad esempio per proteggere le persone.

Per l'isolamento vengono utilizzati materiali con proprietà dielettriche: vetro, ceramica, numerosi polimeri, mica. Esiste anche l'isolamento dell'aria, in cui l'aria svolge il ruolo di isolante, e gli elementi strutturali fissano la configurazione spaziale dei conduttori isolati in modo da fornire i necessari traferri.

Le coperture isolanti possono essere prodotte:

• in gomma isolante elettrica;
• realizzato in polietilene;
• realizzato in polietilene reticolato ed espanso;
• dalla gomma siliconica;
• realizzato in composto plastico di cloruro di polivinile (PVC);
• realizzato in carta per cavi impregnata;
• realizzato in politetrafluoroetilene.

Isolamento in gomma

L'isolamento in gomma può essere utilizzato solo con una guaina per tubo in gomma (se disponibile). Poiché la gomma naturale è piuttosto costosa, quasi tutta la gomma utilizzata nell'industria dei cavi è artificiale. Aggiungere alla gomma:

• agenti vulcanizzanti (elementi che consentono la trasformazione dei legami lineari nella gomma in legami spaziali nell'isolamento, ad esempio lo zolfo);
• acceleratori di vulcanizzazione (ridurre il consumo di tempo);
• riempitivi (ridurre il prezzo del materiale senza ridurre significativamente le caratteristiche tecniche);
• ammorbidenti (aumentano le proprietà della plastica);
• antiossidanti (aggiunti ai gusci per la resistenza alle radiazioni solari);
• coloranti (per dare il colore desiderato).

La gomma consente di assegnare ampi raggi di curvatura ai prodotti via cavo, pertanto, insieme a un'anima a trefolo, viene utilizzata nei conduttori per connessioni mobili (cavi del marchio KG, KGESH, filo RPSh).
Specializzazione: utilizzati in cavi industriali generali per la connessione mobile dei consumatori.

Proprietà positive:

• basso costo della gomma artificiale;
• buona flessibilità;
• elevate caratteristiche di isolamento elettrico (6 volte superiori al valore della plastica PVC);
• praticamente non assorbe il vapore acqueo dall'aria.

Qualità negative:

• diminuzione della resistenza elettrica quando la temperatura sale a +80°C;
• esposizione alla radiazione solare (luce ossidazione) seguita da caratteristica fessurazione dello strato superficiale (in assenza di guscio);
• è necessario introdurre nella composizione sostanze speciali per ottenere una certa resistenza chimica;
• diffonde il fuoco.

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Calcolo della resistenza del filo. Calcolatore in linea.
Dipendenza della resistenza dal materiale del conduttore, dalla lunghezza, dal diametro o dalla sezione trasversale. Calcolo della sezione trasversale dei fili in base alla potenza del carico.

A prima vista, potrebbe sembrare che questo articolo provenga dalla sezione "Note per gli elettricisti".
Da un lato, perché no, dall'altro noi, ingegneri elettronici curiosi, a volte dobbiamo calcolare la resistenza dell'avvolgimento di un induttore o di un resistore al nicromo fatto in casa e, siamo onesti, un cavo acustico per alta- apparecchiature di riproduzione del suono di qualità.

La formula qui è abbastanza semplice R = p*l/S, dove l e S sono rispettivamente la lunghezza e l'area della sezione trasversale del conduttore e p è la resistività del materiale, quindi questi calcoli possono essere eseguiti in modo indipendente, armato di calcolatrice e di La minore, ha pensato che tutti i dati raccolti dovessero essere indirizzati al sistema SI.

Bene, per i ragazzi normali che hanno deciso di risparmiare tempo e di non innervosirsi per le sciocchezze, disegneremo una tabella semplice.

TABELLA PER IL CALCOLO DELLA RESISTENZA DEI CONDUTTORI

La pagina si è rivelata solitaria, quindi inserirò qui una tabella per coloro che vogliono dedicare il proprio tempo alla posa dei cavi elettrici, collegare una potente fonte di consumo energetico o semplicemente guardare negli occhi l'elettricista Vasily e, " sorseggiando dalla pentola", fai una domanda giusta: "Perché, esattamente? Forse ha deciso di rovinarmi Perché ho bisogno di quattro quadrati di rame senza ossigeno per due lampadine e un frigorifero?

E faremo questi calcoli non arbitrariamente e nemmeno secondo la saggezza popolare, secondo la quale "l'area della sezione trasversale richiesta del filo è uguale alla corrente massima divisa per 10", ma in stretta conformità con la normativa documenti del Ministero dell'Energia russo sulle regole per la costruzione di impianti elettrici.
Queste regole ignorano i cavi con sezione inferiore a 1,5 mm2. Inoltre li ignorerò, e anche quelli in alluminio, a causa della loro palese natura arcaica.
COSÌ.

Resistenza elettrica e conduttività

CALCOLO DELLA SEZIONE DEL FILO IN FUNZIONE DELLA POTENZA DEL CARICO

Le perdite nei conduttori sorgono a causa del valore diverso da zero della loro resistenza, che dipende dalla lunghezza del filo.
I valori di potenza di tali perdite rilasciate sotto forma di calore nell'ambiente circostante sono riportati in tabella.
Di conseguenza, la tensione raggiunge il consumatore di energia all'altra estremità del cavo in una forma leggermente ridotta, inferiore a quella alla fonte. La tabella mostra che, ad esempio, con una tensione di rete di 220 V e una lunghezza del cavo di 100 metri con una sezione di 1,5 mm2, la tensione con un carico che consuma 4 kW non sarà di 220, ma di 199 V.
È buono o cattivo?
Per alcuni dispositivi non importa, alcuni funzioneranno, ma a potenza ridotta, e altri si daranno fastidio e ti manderanno all'asciugacapelli insieme ai tuoi lunghi fili e ai tuoi tavoli intelligenti.
Pertanto, il Ministero dell’Energia è il Ministero dell’Energia e la testa non farà male in nessuna circostanza. Se la situazione si sviluppa in modo simile, esiste un percorso diretto per scegliere fili con una sezione trasversale maggiore.

L'intensità della corrente in un conduttore è direttamente proporzionale alla tensione ai suoi capi.

Resistenza del filo.

Ciò significa che all’aumentare della tensione aumenta anche la corrente. Tuttavia, con la stessa tensione, ma utilizzando conduttori diversi, l'intensità della corrente è diversa. Puoi dirlo diversamente. Se aumenti la tensione, anche se la forza attuale aumenterà, sarà diversa ovunque, a seconda delle proprietà del conduttore.

La relazione corrente/tensione per quel particolare conduttore rappresenta la resistenza di quel conduttore. È indicato con R e si trova con la formula R = U/I. Cioè, la resistenza è definita come il rapporto tra tensione e corrente. Maggiore è la corrente in un conduttore a una determinata tensione, minore è la sua resistenza. Maggiore è la tensione per una data corrente, maggiore è la resistenza del conduttore.

La formula può essere riscritta in relazione all'intensità della corrente: I = U/R (legge di Ohm). In questo caso è chiaro che maggiore è la resistenza, minore è la corrente.

Possiamo dire che la resistenza impedisce alla tensione di creare una grande corrente.

La resistenza stessa è una caratteristica del conduttore. Non dipende dalla tensione applicata. Se viene applicata una tensione elevata, la corrente cambierà, ma il rapporto U/I non cambierà, ovvero la resistenza non cambierà.

Da cosa dipende la resistenza di un conduttore? È l'invidia di

• lunghezza del conduttore,
• la sua area della sezione trasversale,
• la sostanza di cui è fatto il conduttore,
• temperatura.

Per collegare una sostanza e la sua resistenza si introduce il concetto di resistenza specifica di una sostanza. Mostra quale sarà la resistenza in una determinata sostanza se il conduttore da essa realizzato ha una lunghezza di 1 me una sezione trasversale di 1 m2. Conduttori della stessa lunghezza e spessore, costituiti da sostanze diverse, avranno resistenze diverse. Ciò è dovuto al fatto che ogni metallo (il più delle volte sono conduttori) ha il proprio reticolo cristallino, il proprio numero di elettroni liberi.

Minore è la resistività di una sostanza, migliore è il conduttore della corrente elettrica. Ad esempio, argento, rame e alluminio hanno una bassa resistività; molto di più per il ferro, il tungsteno; molto grande per varie leghe.

Più lungo è il conduttore, maggiore è la resistenza. Ciò diventa chiaro se si tiene conto del fatto che il movimento degli elettroni nei metalli è ostacolato dagli ioni che compongono il reticolo cristallino. Più ce ne sono, cioè più lungo è il conduttore, maggiore è la possibilità che l'elettrone rallenti il ​​suo percorso.

Tuttavia, aumentando l’area della sezione trasversale, la strada diventa più ampia. È più facile per gli elettroni fluire e non scontrarsi con i nodi del reticolo cristallino. Pertanto, più spesso è il conduttore, minore è la sua resistenza.

Pertanto, la resistenza è direttamente proporzionale alla resistività (ρ) e alla lunghezza (l) del conduttore e inversamente proporzionale all'area (S) della sua sezione trasversale. Otteniamo la formula di resistenza:

A prima vista, questa formula non riflette la dipendenza della resistenza del conduttore dalla sua temperatura. Tuttavia, la resistività di una sostanza viene misurata ad una certa temperatura (solitamente 20 °C). Pertanto, viene presa in considerazione la temperatura. Per i calcoli, le resistività sono prese da tabelle speciali.

Per i conduttori metallici, maggiore è la temperatura, maggiore è la resistenza. Ciò è dovuto al fatto che all'aumentare della temperatura, gli ioni del reticolo iniziano a vibrare più forte e interferiscono maggiormente con il movimento degli elettroni. Tuttavia, negli elettroliti (soluzioni in cui la carica è trasportata da ioni anziché da elettroni), la resistenza diminuisce con l'aumentare della temperatura. Qui ciò è dovuto al fatto che maggiore è la temperatura, maggiore è la dissociazione in ioni e questi si muovono più velocemente nella soluzione.