Удельное сопротивление никелина: Таблица удельных сопротивлений проводников. Таблица удельных сопротивлений металлов.

Содержание

Урок физики «Расчет сопротивления проводника. Удельное сопротивление проводника». 8-й класс

1. Актуализация: повторение пройденного материала

1) Ответить на вопросы и записать правильные ответы:

– Что такое электрическое сопротивление – ____________________________________________________________________________________
– В чём причина сопротивления?______________________________________________________________________________________________
– Какой буквой обозначается сопротивление _______________________________________________
– В каких единица измеряется сопротивление ______________________________________________
– Сформулируйте закон Ома и запишите ____________________________________________________________________________________
– Выразите из закона Ома сопротивление ________________
– Скажите, зависит ли сопротивление от напряжения и силы тока? _____________________________________________________________

2) Решить задачу:

Сила тока в спирали электрической лампы 0,5 А при напряжении на её концах 1 В. Определите сопротивление спирали?
________________________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________________

2. Изучение нового материала

– Мы выяснили, что R не зависит от U и I. Попробуем вместе определить

задачи нашего урока.

Сегодня на уроке ты узнаешь:

От каких _________________  зависит сопротивление проводника?
Как   _______________________ сопротивление проводника?
Какое практическое ______________________________ имеет сопротивление?

Зарисуйте схему цепи, представленной на магнитной доске. (собирается электрическая цепь, состоящая из источника тока, реостата, вольтметра, амперметра, ключа и трёх разных проводников, которые поочерёдно подключаются в цепь)

3. Экспериментальная часть

Проведем опыт. (Приборы заблаговременно устанавливают и соединяют.)
В собранной установке включают поочередно в электрическую цепь различные проводники и результаты измерений записывают   в таблицу:

Посчитайте и заполните колонку сопротивления по формуле R=U/I

1) Исследуем зависимость R от S: (проводники разной площади поперечного сечения)

№ опыта

Наименование проводника

l, м

S,мм2

I, A

U, B

R, Ом

1. нихром одинаковая меньше      
  нихром одинаковая больше      

Делаем вывод: При увеличении площади поперечного сечения проводника, сопротивление _____________________________________________________ .

Какой вид зависимости?________________________________________________________

2) Исследуем зависимость R от l: (проводники разной длины)

№ опыта

Наименование проводника

l,м

S,мм2

I, A

U, B

R, Ом

1.
нихром
меньше одинаковая      
  нихром больше одинаковая      

Делаем вывод: При увеличении длины проводника, сопротивление _________________________

Какой вид зависимости?_____________________________________________________________

3) Исследуем зависимость R от материала (вещества): (проводники из разного материала)

№ опыта Наименование проводника

L,м

S,мм2

I, A U, B R, Ом
3. нихром одинаковая одинаковая      
  медь одинаковая одинаковая      

4) Делаем вывод: R зависит от ______________.

5) Сделайте обобщение, проанализировав предыдущие выводы:

Сопротивление проводника прямо пропорционально ______________, обратно пропорционально _______________________________ и зависит от материала.

R = ρ • L/S

Где ρ – коэффициент, характеризующий электрические свойства вещества, из которого изготовлен проводник. Этот коэффициент называется удельным сопротивлением вещества.
L – длина проводника,

S – площадь поперечного сечения проводника

               ρ = R • S/L

               [ ρ ] = Ом•м

Удобнее выражать так: 

               [ ρ ] = Ом•мм2

Чему будут равны L и S?

L= R • S/ρ          S = ρL/R

6) Откройте учебник на странице 105 Таблицу 8.

Найдём в таблице:

Удельное сопротивление меди = 0,017 Ом•мм2/м, это значит, что удельное сопротивление проводника из меди длиной 1 метр и площадью поперечного сечения 1 мм

2 = 0,017 Ом.

Удельное сопротивление никелина 0,4 Ом•мм2/м. Что это значит? (записать самостоятельно)

____________________________________________________________________________________
Какое вещество будет лучшим проводником, с большим удельным сопротивлением или с меньшим?

Выпишите из таблицы вещества,  являющиеся хорошими проводниками ______________________________, являющиеся хорошими диэлектриками ___________________________________________________________________________________

4. Практическое применение: (прочитать)

Вещества с наименьшим удельным сопротивлением хорошо проводят электрический ток. Их используют в качестве электропроводки, из них изготавливают провода.

В электронагревательных приборах: чайниках, утюгах, обогревателях и т. д. Для нагревательных элементов удобно использовать вещества с большим удельным сопротивлением, например, нихром.

Существуют вещества, которые обладают очень большим удельным сопротивление. Из-за этого они не проводят электрический ток. Такие вещества используют в качестве диэлектриков или изоляторов. Назовите и запишите их

____________________________________________________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________

                   

5. Демонстрация таблиц «физика человека» на экране (электрические параметры)

Удельное сопротивление тканей тела, Ом*м:

мышцы…………………………. 1,5
кровь. ………………………… 1,8
верхний слой кожи (сухой)……….. 3,3-105

кость (без  надкостницы)………… 2-106

Сопротивление тела человека от конца одной
руки до конца другой(при сухой
неповрежденной коже рук), кОм…………. 15

Сила тока через тело человека,
считающаяся безопасной,   мА………….. до 1

Сила   тока через тело человека,
приводящая к серьезным поражениям
организма,  мА………………………. 100

Безопасное электрическое напряжение
(сырое помещение),         В…………… 12

Безопасное электрическое напряжение
(сухое   помещение),       В…………… 36

6. Закрепление изученного

Задача 1

Каково сопротивление медного провода длиной 1 метр площадью поперечного сечения 1 мм2?

Задача 2

Имеются две медные проволоки одинаковой длины. У одной площадь поперечного сечения 1 мм2, а у другой – 5 мм2. У какой проволоки сопротивление меньше и во сколько раз?

Задача3

При устройстве молниеотвода использовали железный провод сечением 35 мм2 и длиной 25 м. Определите его сопротивление.

Задача 4

Ртуть заполняет стеклянную трубку с внутренним сечением 1 мм2 и имеет сопротивление 2Ом. Вычислите длину столбика ртути в трубке.

7. Домашнее задание: §45,46 учебника; вопросы упр. 20(2,3,4) письменно. Подготовка к  л.р. №5.

Сопротивление проводов. Расчет удельного сопротивления металлов, в частности, меди

Электрический ток I в любом веществе создается движением заряженных частиц в определенном направлении за счет приложения внешней энергии (разности потенциалов U). Каждое вещество обладает индивидуальными свойствами, по-разному влияющими на прохождение тока в нем. Эти свойства оцениваются электрическим сопротивлением R.

Георг Ом эмпирическим путем определил факторы, влияющие на величину электрического сопротивления вещества, вывел от напряжения и тока, которая названа его именем. Единица измерения сопротивления в международной системе СИ названа его именем. 1 Ом — это величина сопротивления, замеренного при температуре 0 О С у однородного ртутного столба длиной 106,3 см с площадью поперечного сечения в 1 мм 2 .


Определение

Чтобы оценить и применять на практике материалы для изготовления электротехнических устройств, введен термин «удельное сопротивление проводника» . Добавленное прилагательное «удельное» указывает на фактор использования эталонной величины объема, принятой для рассматриваемого вещества. Это позволяет оценивать электрические параметры разных материалов.

При этом учитывают, что сопротивление проводника возрастает при увеличении его длины и уменьшении поперечного сечения. В системе СИ используется объем однородного проводника с длиной 1 метр и поперечным сечением 1м 2 . В технических расчетах применяется устаревшая, но удобная внесистемная единица объема, состоящая из длины 1 метр и площади 1мм 2 . Формула удельного сопротивления ρ представлена на рисунке.


Для определения электрических свойств веществ, введена еще одна характеристика — удельная проводимость б. Она обратно пропорциональна значению удельного сопротивления, определяет способность материала проводить электрический ток: б =1/ρ.

Как удельное сопротивление зависит от температуры

На величину проводимости материала влияет его температура. Разные группы веществ ведут себя не одинаково при нагреве или охлаждении. Это свойство учитывают в электрических проводах, работающих на открытом воздухе в жару и холод.


Материал и удельное сопротивление провода подбираются с учетом условий его эксплуатации.

Возрастание сопротивления проводников прохождению тока при нагреве объясняется тем, что с повышением температуры металла в нем увеличивается интенсивность передвижения атомов и носителей электрических зарядов во всех направлениях, что создает лишние препятствия для движения заряженных частиц в одну сторону, снижает величину их потока.

Если уменьшать температуру металла, то условия для прохождения тока улучшаются. При охлаждении до критической температуры во многих металлах проявляется явление сверхпроводимости, когда их электрическое сопротивление практически равно нулю. Это свойство широко используется в мощных электромагнитах.

Влияние температуры на проводимость металла используется электротехнической промышленностью при изготовлении обыкновенных ламп накаливания. Их при прохождении тока нагревается до такого состояния, что излучает световой поток. В обычных условиях удельное сопротивление нихрома составляет около 1,05÷1,4 (ом ∙мм 2)/м.

При включении лампочки под напряжение через нить проходит большой ток, который очень быстро разогревает металл. Одновременно возрастает сопротивление электрической цепи, ограничивающее первоначальный ток до номинального значения, необходимого для получения освещения. Таким способом осуществляется простое регулирование силы тока через нихромовую спираль, отпадает необходимость применения сложной пускорегулирующей аппаратуры, используемой в светодиодных и люминесцентных источниках.

Как используется удельное сопротивление материалов в технике

Цветные благородные металлы обладают лучшими свойствами электрической проводимости. Поэтому ответственные контакты в электротехнических устройствах выполняют из серебра. Но это увеличивает конечную стоимость всего изделия. Наиболее приемлемый вариант — использование более дешевых металлов. Например, удельное сопротивление меди, равное 0,0175 (ом ∙мм 2)/м, вполне подходит для таких целей.

Благородные металлы — золото, серебро, платина, палладий, иридий, родий, рутений и осмий, получившие название главным образом благодаря высокой химической стойкости и красивому внешнему виду в ювелирных изделиях. Кроме того, золото, серебро и платина обладают высокой пластичностью, а металлы платиновой группы — тугоплавкостью и, как и золото, химической инертностью. Эти достоинства благородных металлов сочетаются.

Медные сплавы, обладающие хорошей проводимостью, используются для изготовления шунтов, ограничивающих протекание больших токов через измерительную головку мощных амперметров.

Удельное сопротивление алюминия 0,026÷0,029 (ом ∙мм 2)/м чуть выше, чем у меди, но производство и стоимость этого металла ниже. К тому он же легче. Это объясняет его широкое применение в энергетике для изготовления проводов, работающих на открытом воздухе, и жил кабелей.

Удельное сопротивление железа 0,13 (ом ∙мм 2)/м также допускает его применение для передачи электрического тока, но при этом возникают бо́льшие потери мощности. Стальные сплавы обладают повышенной прочностью. Поэтому в алюминиевые воздушные провода высоковольтных линий электропередач вплетают стальные нити, которые предназначены для противостояния нагрузкам, действующим на разрыв.

Особенно актуально это при образовании наледи на проводах или сильных порывах ветра.

Часть сплавов, например, константин и никелин обладают термостабильными резистивными характеристиками в определенном диапазоне. У никелина удельное электрическое сопротивление практически не меняется от 0 до 100 градусов по Цельсию. Поэтому спирали для реостатов изготавливают из никелина.

В измерительных приборах широко применяется свойство строгого изменения значений удельного сопротивления платины от ее температуры. Если через платиновый проводник пропускать электрический ток от стабилизированного источника напряжения и вычислять значение сопротивления, то оно будет указывать температуру платины. Это позволяет градуировать шкалу в градусах, соответствующих значениям Омам. Этот способ позволяет измерять температуру с точностью до долей градусов.


Иногда для решения практических задач требуется узнать полное или удельное сопротивление кабеля . Для этого в справочниках на кабельную продукцию приводятся значения индуктивного и активного сопротивления одной жилы для каждого значения поперечного сечения. С их помощью рассчитываются допустимые нагрузки, выделяемая теплота, определяются допустимые условия эксплуатации и подбираются эффективные защиты.

На удельную проводимость металлов оказывает влияние способ их обработки. Использование давления для пластической деформации нарушает структуру кристаллической решетки, увеличивает число дефектов и повышает сопротивление. Для его уменьшения применяют рекристаллизационный отжиг.

Растяжения или сжатия металлов вызывают в них упругую деформацию, от которой уменьшаются амплитуды тепловых колебаний электронов, а сопротивление несколько снижается.

При проектировании систем заземления необходимо учитывать . Оно имеет отличия в определении от вышеперечисленного метода и измеряется в единицах системы СИ — Ом∙метр. С его помощью оценивают качество растекания электрического тока внутри земли.



На удельную проводимость грунта влияют многие факторы, включая влажность почвы, плотность, размеры ее частиц, температуру, концентрацию солей, кислот и щелочей.

Электрический ток возникает в результате замыкания цепи с разностью потенциалов на зажимах. Силы поля воздействуют на свободные электроны и они перемещаются по проводнику. В процессе этого путешествия, электроны встречаются с атомами и передают им часть своей накопившейся энергии. В результате этого их скорость уменьшается. Но, из-за воздействия электрического поля, она снова набирает обороты. Таким образом, электроны постоянно испытывают на себе сопротивление, именно поэтому электрический ток нагревается.

Свойство вещества, превращать электроэнергию в тепло во время воздействия тока, и является электрическим сопротивлением и обозначается, как R, его измерительной единицей является Ом. Величина сопротивления зависит, главным образом от способности различных материалов проводить ток.
Впервые, о сопротивляемости заявил немецкий исследователь Г. Ом.

Для того, чтобы узнать зависимость силы тока от сопротивления, известный физик провел множество экспериментов. Для опытов он использовал различные проводники и получал различные показатели.
Первое, что определил Г. Ом — это то, что удельное сопротивление зависит от длинны проводника. То есть, если увеличивалась длинна проводника, сопротивление тоже увеличивалось. В результате, эта связь была определена, как прямо пропорциональная.

Вторая зависимость — это площадь поперечного сечения. Её можно было определить путем поперечного среза проводника. Площадь той фигуры, что образовалась на срезе и есть площадь поперечного сечения. Здесь связь получилась обратно пропорциональная. То есть чем больше была площадь поперечного сечения, тем меньше становилось сопротивление проводника.

И третья, важная величина, от которой зависит сопротивление, это материал. В результате того, что Ом использовал в опытах различные материалы, он обнаружил различные свойства сопротивляемости. Все эти опыты и показатели были сведены в таблицу из которой видно, различное значение удельной сопротивляемости у различных веществ.

Известно, что самые лучшие проводники — металлы. А какие из металлов лучшие проводники? В таблице показано, что наименьшей сопротивляемостью обладают медь и серебро. Медь используется чаще из-за меньшей стоимости, а серебро применяют в наиболее важных и ответственных приборах.

Вещества с высоким удельным сопротивлением в таблице, плохо проводят электрический ток, а значит могут быть прекрасными изоляционными материалами. Вещества обладающие этим свойством в наибольшей степени, это фарфор и эбонит.

Вообще, удельное электрическое сопротивление является очень важным фактором, ведь, определив его показатель, мы можем узнать из какого вещества сделан проводник. Для этого необходимо измерить площадь сечения, узнать силу тока с помощью вольтметра и амперметра, а также измерить напряжение. Таким образом мы узнаем значение удельного сопротивления и, с помощью таблицы легко выйдем на вещество. Получается, что удельное сопротивление — это в роде отпечатков пальцев вещества. Кроме этого, удельное сопротивление важно при планировании длинных электрических цепей: нам необходимо знать этот показатель, чтобы соблюдать баланс между длинной и площадью.

Есть формула, определяющая, что сопротивление равно 1 ОМ, если при напряжении 1В, его сила тока равняется 1А. То есть, сопротивление единичной площади и единичной длинны, сделанного из определенного вещества и есть удельное сопротивление.

Надо отметить также, что показатель удельного сопротивления напрямую зависит от частоты вещества. То есть от того имеет ли он примеси. Та, добавление всего одного процента марганца увеличивает сопротивляемость самого проводящего вещества — меди, в три раза.

Эта таблица демонстрирует величину удельного электрического сопротивления некоторых веществ.



Материалы с высокой проводимостью

Медь
Как мы уже говорили медь чаще всего применяется в качестве проводника. Это объясняется не только её низкой сопротивляемостью. Медь имеет такие преимущества, как высокая прочность, стойкость к коррозии, легкость в использовании и хорошая обрабатываемость. Хорошими марками меди считается М0 и М1. В них количество примесей не превышает 0,1%.

Высокая стоимость металла и его преобладающая в последнее время дефицитность побуждает производителей применять в качестве проводника алюминий. Также, используются сплавы меди с различными металлами.
Алюминий
Этот металл значительно легче меди, но алюминий обладает большими значениями теплоемкости и температуры плавления. В связи с этим для того, что довести его до расплавленного состояния требуется больше энергии, чем меди. Тем не менее нужно учитывать факт дефицитности меди.
В производстве электротехнических изделий применяется, как правило, алюминий марки А1. Он содержит не более 0,5% примесей. А металл наивысшей частоты — это алюминий марки АВ0000.
Железо
Дешевизна и доступность железа омрачается его высокой удельной сопротивляемостью. Кроме того, она быстро подвергается коррозии. По этой причине стальные проводники часто покрывают цинком. Широко используется так называемый биметалл — это сталь покрытая для защиты медью.
Натрий
Натрий, тоже доступный и перспективный материал, но его сопротивляемость почти в три раза больше меди. Кроме того, металлический натрий обладает высокой химической активностью, что обязывает покрывать такой проводник герметичной защитой. Она же должна защищать проводник от механических повреждений, так как натрий очень мягкий и достаточно непрочный материал.

Сверхпроводимость
В таблице ниже, указано удельное сопротивление веществ при температуре 20 градусов. Указание температуры неслучайно, ведь удельное сопротивление напрямую зависит от этого показателя. Это объясняется тем, что при нагревании, повышается и скорость атомов, а значит вероятность встречи их с электронами тоже увеличится.


Интересно, что происходит с сопротивляемостью в условиях охлаждения. Впервые поведение атомов при очень низких температурах заметил Г. Камерлинг-Оннес в 1911 году. Он охладил ртутную проволоку до 4К и обнаружил падение её сопротивляемости до нуля. Изменение показателя удельной сопротивляемости у некоторых сплавов и металлов в условиях низкой температуры, физик назвал сверхпроводимостью.

Сверхпроводники переходят в состояние сверхпроводимости при охлаждении, и, при этом их оптические и структурные характеристики не меняются. Главное открытие состоит в том, что электрические и магнитные свойства металлов в сверхпроводящем состоянии сильно отличаются от их же свойств в обычном состоянии, а также от свойств других металлов, которые при понижении температуры не могут переходить в это состояние.
Применение сверхпроводников осуществляется, главным образом, в получении сверхсильного магнитного поля, сила которого достигает 107 А/м. Также разрабатываются системы сверхпроводящих линий электропередач.

Похожие материалы.

Содержание:

В электротехнике одними из главных элементов электрических цепей являются провода. Их задача состоит в том, чтобы с минимальными потерями пропустить электрический ток. Экспериментальным путем уже давно определено, что для минимизации потерь электроэнергии провода лучше всего изготавливать из серебра. Именно этот металл обеспечивает свойства проводника с минимальным сопротивлением в омах. Но поскольку этот благородный металл дорог, в промышленности его применение весьма ограничено.

А главными металлами для проводов стали алюминий и медь. К сожалению, сопротивление железа как проводника электричества слишком велико для того, чтобы из него получился хороший провод. Несмотря на более низкую стоимость, оно применяется только как несущая основа проводов линий электропередачи.

Такие разные сопротивления

Сопротивление измеряется в омах. Но для проводов эта величина получается очень маленькой. Если попытаться провести замер тестером в режиме измерения сопротивления, получить правильный результат будет сложно. Причем, какой бы провод мы ни взяли, результат на табло прибора будет мало отличаться. Но это не значит, что на самом деле электросопротивление этих проводов будет одинаково влиять на потери электроэнергии. Чтобы в этом убедиться, надо проанализировать формулу, по которой делается расчет сопротивления:

В этой формуле используются такие величины, как:

Получается, что сопротивление определяет сопротивление. Существует сопротивление, вычисляемое по формуле с использованием другого сопротивления. Это удельное электрическое сопротивление ρ (греческая буква ро) как раз и обуславливает преимущество того или иного металла как электрического проводника:

Поэтому, если применить медь, железо, серебро или какой-либо иной материал для изготовления одинаковых проводов или проводников специальной конструкции, главную роль в его электротехнических свойствах будет играть именно материал.

Но на самом деле ситуация с сопротивлением сложнее, чем просто вычисления по формулам, приведенным выше. Эти формулы не учитывают температуру и форму поперечника проводника. А при увеличении температуры удельное сопротивление меди, как и любого другого металла, становится больше. Весьма наглядным примером этого может быть лампочка накаливания. Можно замерить тестером сопротивление ее спирали. Затем, измерив силу тока в цепи с этой лампой, по закону Ома вычислить ее сопротивление в состоянии свечения. Результат получится значительно больше, нежели при измерении сопротивления тестером.

Так же и медь не даст ожидаемой эффективности при токе большой силы, если пренебречь формой поперечного сечения проводника. Скин-эффект, который проявляется прямо пропорционально увеличению силы тока, делает неэффективными проводники с круглым поперечным сечением, даже если используется серебро или медь. По этой причине сопротивление круглого медного провода при токе большой силы может оказаться более высоким, чем у плоского провода из алюминия.

Причем, даже если их площади поперечников одинаковы. При переменном токе скин-эффект также проявляется, увеличиваясь по мере роста частоты тока. Скин-эффект означает стремление тока течь ближе к поверхности проводника. По этой причине в некоторых случаях выгоднее использовать покрытие проводов серебром. Даже незначительное уменьшение удельного сопротивления поверхности посеребренного медного проводника существенно уменьшает потери сигнала.

Обобщение представления об удельном сопротивлении

Как и в любом другом случае, который связан с отображением размерностей, удельное сопротивление выражается в разных системах единиц. В СИ (Международная система единиц) используется ом м, но допустимо использование также и Ом*кВ мм/м (это внесистемная единица измерения удельного сопротивления). Но в реальном проводнике величина удельного сопротивления непостоянна. Поскольку все материалы характеризуются определенной чистотой, которая может изменяться от точки к точке, необходимо было создать соответствующее представление о сопротивлении в реальном материале. Таким проявлением стал закон Ома в дифференциальной форме:

Этот закон, скорее всего, не будет применяться для расчетов в быту. Но в ходе проектирования различных электронных компонентов, например, резисторов, кристаллических элементов он непременно используется. Поскольку позволяет выполнить расчеты, исходя из данной точки, для которой существует плотность тока и напряженность электрического поля. И соответствующее удельное сопротивление. Формула применяется для неоднородных изотропных, а также анизотропных веществ (кристаллов, разряда в газе и т.п.).

Как получают чистую медь

Для того чтобы максимально уменьшить потери в проводах и жилах кабелей из меди, она должна быть особо чистой. Это достигается специальными технологическими процессами:

  • на основе электронно-лучевой, а так же зонной плавки;
  • многократной электролизной очисткой.

Как нам известно из закона Ома, ток на участке цепи находится в следующей зависимости: I=U/R . Закон был выведен в результате серии экспериментов немецким физиком Георгом Омом в XIX веке. Он заметил закономерность: сила тока на каком-либо участке цепи прямо зависит от напряжения, которое к этому участку приложено, и обратно — от его сопротивления.

Позже было установлено, что сопротивление участка зависит от его геометрических характеристик следующим образом: R=ρl/S ,

где l- длина проводника, S — площадь его поперечного сечения, а ρ — некий коэффициент пропорциональности.

Таким образом, сопротивление определяется геометрией проводника, а также таким параметром, как удельное сопротивление (далее — у. с.) — так назвали этот коэффициент. Если взять два проводника с одинаковым сечением и длиной и поставить их в цепь по очереди, то, измеряя силу тока и сопротивление, можно увидеть, что в двух случаях эти показатели будут разными. Таким образом, удельное электрическое сопротивление — это характеристика материала, из которого сделан проводник, а если быть еще более точным, то вещества.

Проводимость и сопротивление

У.с. показывает способность вещества препятствовать прохождению тока. Но в физике есть и обратная величина — проводимость. Она показывает способность проводить электрический ток. Выглядит она так:

σ=1/ρ, где ρ — это и есть удельное сопротивление вещества.

Если говорить о проводимости, то она определяется характеристиками носителей зарядов в этом веществе. Так, в металлах есть свободные электроны. На внешней оболочке их не больше трех, и атому выгоднее их «отдать», что и происходит при химических реакциях с веществами из правой части таблицы Менделеева. В ситуации же, когда мы располагаем чистым металлом, он имеет кристаллическую структуру, в которой эти наружные электроны общие. Они-то и переносят заряд, если приложить к металлу электрическое поле.

В растворах носителями заряда являются ионы.

Если говорить о таких веществах, как кремний, то по своим свойствам он является полупроводником и работает несколько по иному принципу, но об этом позже. А пока разберемся, чем же отличаются такие классы веществ, как:

  1. Проводники;
  2. Полупроводники;
  3. Диэлектрики.

Проводники и диэлектрики

Есть вещества, которые ток почти не проводят. Они называются диэлектриками. Такие вещества способны поляризоваться в электрическом поле, то есть их молекулы могут поворачиваться в этом поле в зависимости от того, как распределены в них электроны . Но поскольку электроны эти не являются свободными, а служат для связи между атомами, ток они не проводят.

Проводимость диэлектриков почти нулевая, хотя идеальных среди них нет (это такая же абстракция, как абсолютно черное тело или идеальный газ).

Условной границей понятия «проводник» является ρ

Между этими двумя классами существуют вещества, называемые полупроводниками. Но выделение их в отдельную группу веществ связано не столько с их промежуточным состоянием в линейке «проводимость — сопротивление», сколько с особенностями этой проводимости в различных условиях.

Зависимость от факторов внешней среды

Проводимость — не совсем постоянная величина. Данные в таблицах, откуда берут ρ для расчетов, существуют для нормальных условий среды, то есть для температуры 20 градусов. В реальности для работы цепи сложно подобрать такие идеальные условия; фактически у.с. (а стало быть, и проводимость) зависят от следующих факторов:

  1. температура;
  2. давление;
  3. наличие магнитных полей;
  4. свет;
  5. агрегатное состояние.

Разные вещества имеют свой график изменения этого параметра в разных условиях. Так, ферромагнетики (железо и никель) увеличивают его при совпадении направления тока с направлением силовых линий магнитного поля. Что касается температуры, то зависимость здесь почти линейная (существует даже понятие температурного коэффициента сопротивления, и это тоже табличная величина). Но направление этой зависимости различно: у металлов оно повышается с повышением температуры, а у редкоземельных элементов и растворов электролитов увеличивается — и это в пределах одного агрегатного состояния.

У полупроводников зависимость от температуры не линейная, а гиперболическая и обратная: при повышении температуры их проводимость увеличивается. Это качественно отличает проводники от полупроводников. Вот так выглядит зависимость ρ от температуры у проводников:

Здесь представлены удельное сопротивление меди, платины и железа. Немного другой график у некоторых металлов, например, ртути — при понижении температуры до 4 К она теряет его почти полностью (такое явление называется сверхпроводимостью).

А для полупроводников эта зависимость будет примерно такая:

При переходе в жидкое состояние ρ металла увеличивается, а вот дальше все они ведут себя по-разному. Например, у расплавленного висмута оно ниже, чем при комнатной температуре, а у меди — в 10 раз выше нормального. Никель выходит из линейного графика еще при 400 градусах, после чего ρ падает.

Зато у вольфрама температурная зависимость настолько высока, что это становится причиной перегорания ламп накаливания. При включении ток нагревает спираль, и ее сопротивление увеличивается в несколько раз.

Также у. с. сплавов зависит от технологии их производства. Так, если мы имеем дело с простой механической смесью, то сопротивление такого вещества можно посчитать по среднему, а вот оно же у сплава замещения (это когда два и более элемента складываются в одну кристаллическую решетку) будет иным, как правило, куда большим. Например, нихром, из которого делают спирали для электроплиток, имеет такую цифру этого параметра, что этот проводник при включении в цепь греется до красноты (из-за чего, собственно, и используется).

Вот характеристика ρ углеродистых сталей:

Как видно, при приближении к температуре плавления оно стабилизируется.

Удельное сопротивление различных проводников

Как бы то ни было, а при расчетах используется ρ именно в нормальных условиях. Приведем таблицу, по которой можно сравнить эту характеристику у разных металлов:

Как видно из таблицы, лучший проводник — это серебро. И только его стоимость мешает массово применять его в производстве кабеля. У.с. алюминия тоже небольшое, но меньше, чем у золота. Из таблицы становится понятно, почему проводка в домах либо медная, либо алюминиевая.

В таблицу не включен никель, у которого, как мы уже сказали, немного необычный график зависимости у. с. от температуры. Удельное сопротивление никеля после повышения температуры до 400 градусов начинает не расти, а падать. Интересно он ведет себя и в других сплавах замещения. Вот так ведет себя сплав меди и никеля в зависимости от процентного соотношения того и другого:

А этот интересный график показывает сопротивление сплавов Цинк — магний:

В качестве материалов для изготовления реостатов используют высокоомные сплавы, вот их характеристики:

Это сложные сплавы, состоящие из железа, алюминия, хрома, марганца, никеля.-7 Ом · м.

Разница между у. с. различных проводников определяет и их применение. Так, медь и алюминий массово применяются при производстве кабеля, а золото и серебро — в качестве контактов в ряде радиотехнических изделий. Высокоомные проводники нашли свое место среди производителей электроприборов (точнее, они и создавались для этого).

Изменчивость этого параметра в зависимости от условий внешней среды легла в основу таких приборов, как датчики магнитного поля, терморезисторы, тензодатчики, фоторезисторы.

Что такое удельное сопротивление вещества? Чтобы ответить простыми словами на этот вопрос, нужно вспомнить курс физики и представить физическое воплощение этого определения. Через вещество пропускается электрический ток, а оно, в свою очередь, препятствует с какой-то силой прохождению тока.

Понятие удельного сопротивления вещества

Именно эта величина, которая показывает насколько сильно препятствует вещество току и есть удельное сопротивление (латинская буква «ро»). В международной системе единиц сопротивление выражается в Омах , умноженных на метр. Формула для вычисления звучит так: «Сопротивление умножается на площадь поперечного сечения и делится на длину проводника».

Возникает вопрос: «Почему при нахождении удельного сопротивления используется еще одно сопротивление?». Ответ прост, есть две разных величины — удельное сопротивление и сопротивление. Второе показывает насколько вещество способно препятствовать прохождению через него тока, а первое показывает практически то же самое, только речь идет уже не о веществе в общем смысле, а о проводнике с конкретной длиной и площадью сечения, которые выполнены из этого вещества.

Обратная величина, которая характеризует способность вещества пропускать электричество именуется удельной электрической проводимостью и формула по которой вычисляется удельная сопротивляемость напрямую связана с удельной проводимостью.

Применение меди

Понятие удельного сопротивления широко применяется в вычисление проводимости электрического тока различными металлами. На основе этих вычислений принимаются решения о целесообразности применения того или иного металла для изготовления электрических проводников, которые используются в строительстве, приборостроении и других областях.

Таблица сопротивления металлов

Существуют определенные таблицы? в которых сведены воедино имеющиеся сведения о пропускании и сопротивлении металлов, как правило, эти таблицы рассчитаны для определенных условий.

В частности, широко известна таблица сопротивления металлических монокристаллов при температуре двадцать градусов по Цельсию, а также таблица сопротивления металлов и сплавов.

Этими таблицами пользуются для вычисления различных данных в так называемых идеальных условиях, чтобы вычислить значения для конкретных целей нужно пользоваться формулами.

Медь. Ее характеристики и свойства

Описание вещества и свойства

Медь — это металл, который очень давно был открыт человечеством и также давно применяется для различных технических целей. Медь очень ковкий и пластичный металл с высокой электрической проводимостью, это делает ее очень популярной для изготовления различных проводов и проводников.

Физические свойства меди:

  • температура плавления — 1084 градусов по Цельсию;
  • температура кипения — 2560 градусов по Цельсию;
  • плотность при 20 градусах — 8890 килограмм деленный на кубический метр;
  • удельная теплоемкость при постоянном давлении и температуре 20 градусов — 385 кДж/Дж*кг
  • удельное электрическое сопротивление — 0,01724;

Марки меди

Данный металл можно разделить на несколько групп или марок, каждая из которых имеет свои свойства и свое применение в промышленности:

  1. Марки М00, М0, М1 — отлично подходят для производства кабелей и проводников, при ее переплавке исключается перенасыщение кислородом.
  2. Марки М2 и М3 — дешевые варианты, которые предназначены для мелкого проката и удовлетворяют большинству технических и промышленных задач небольшого масштаба.
  3. Марки М1, М1ф, М1р, М2р, М3р — это дорогие марки меди, которые изготавливаются для конкретного потребителя со специфическими требованиями и запросами.

Между собой марки отличаются по нескольким параметрам:

Влияние примесей на свойства меди

Примеси могут влиять на механические, технические и эксплуатационные свойства продукции.

В заключение следует подчеркнуть, что медь — это уникальный металл с уникальными свойствами. Она применяется в автомобилестроении, изготовлении элементов для электроиндустрии, электроприборов, предметов потребления, часов, компьютеров и многого другого. Со своим низким удельным сопротивлением данный металл является отличным материалом для изготовления проводников и прочих электрических приборов. Этим свойством медь обгоняет только серебро, но из-за более высокой стоимости оно не нашло такого же применения в электроиндустрии.

Никелин — Энциклопедия по машиностроению XXL

Реостатные сплавы должны иметь высокое удельное электросопротивление, малый температурный коэффициент электросопротивления, высокую жаростойкость и стойкость против истирания. К реостатным сплавам относятся константаны, никелины и высокомарганцовистые сплавы. Химический состав и электрические свойства этих сплавов приведены в табл. 30.  [c.244]
Константан имеет достаточно хорошие электрические свойства, но в процессе эксплуатации он не должен нагреваться выше 4О0 С. В связи с тем, что константан имеет относительно высокую термо-э. д. с. в паре с медью, его применяют для термопар, работающ,их при средних температурах. Никелин используют для изготовления пусковых реостатов. Наилучшими электрическими свойствами обладают высокомарганцовистые сплавы, их можно применять даже в качестве прецизионных сплавов высокого электросопротивления.  [c.245]

Более высокими коррозионными свойствами обладают сплавы меди бронзы, латуни, сплавы с никелем, мельхиор, никелин и др.). Скорость коррозии меди и оловянистой бронзы в зазорах почти на два порядка ниже, чем на поверхности со свободным доступом электролита, латунь корродирует в зазорах сильнее, чем в объеме электролита.  [c.72]

Сплавы Си и Zn называют латунями (при содержании Zn не более 10% сплав называется томпаком если, кроме цинка, имеются и другие элементы, то сплав называется бронзой). Мельхиор, константам, никелин представляют собой различные сплавы Си и Ni. Сплавы Си с каждым из остальных упомянутых в тексте элементов называются бронзами (алюминиевая бронза, марганцевая бронза и т. п.). При большом количестве марганца в сплаве с медью сплав на. зывается манганином.  [c.322]

Для данных целей широко применяют медно-никелевые сплавы — манганин (наиболее прецизионный сплав), константан, нейзильбер, никелин и др. — см. стр. 89.  [c.40]

Удельный вес 604 Никелин — Свойства 462 Никель 386  [c.720]

Алюминий Бронза Вольфрам Г рафит. Железо. Константан Латунь. Манганин Медь. . Никелин Никель. Нихром. Олово. . Платина. Ртуть. . Свинец Серебро. Фехраль Хромаль Цинк. . Чугун. .  [c.507]

Для работы при 400—500° С применяются сплавы на медной основе — никелин, константан и манганин оНи представляют собой сплавы меди с никелем, цинком и марганцем.  [c.411]

А) Неверно. Металлическим блеском различной степени интенсивности обладают некоторые минералы, например фафит, пирротин, пирит, никелин, арсенопирит.  [c.16]

Алюминий, Сталь. .. Медь. .. Свинец. . Никелин. . Нихром.. Уголь. . . Константан Манганин  [c.12]

Асбест Никелин, константан Сплавы N1—Сг 300  [c.369]


Провода, шнуры и кабели. Классификация проводников. Проводники из меди, алюминия, бронзы и сплавов высокого сопротивления (никелина, константана, нихрома и др.) их свойства и применение.  [c.507]

Свойство проводниковых материалов. Проводники иэ меди, алюминия и сплавов высокого сопротивления (никелин, константан, нихром и др.).  [c.519]

Сопротивления служат для плавного включения и остановки электродвигателей с фазным ротором. Они представляют собой набор элементов, которые изготовлены из материалов, имеющих большое удельное сопротивление (например, никелин, константан), укрепляют элементы на изолирован ых стержнях. Набор элементов сопротивлений устанавливают в специальные ящики, которые располагают на машине так, чтобы была исключена возможность их механического повреждения, а также попадания на них влаги.  [c.128]

Более высокими прочностными свойствами, чем сама медь, обладают ее сплавы, главным образом бронзы, латуни и сплавы с никелем (мельхиор, никелин и др- Бронза — сплав меди с оловом, алюминием, кремнием и другими элементами. Бронзы делят а) по составу — на простые и сложные б) по структуре — на однофазные и двух- или многофазные в) по способу изготовления деталей — на литейные и деформируемые.  [c.49]

Для нанесения покрытия на проволоку удобно работать па конвейерной установке, которая позволяет наносить покрытие на проволоку большой длины. Проволока должна обладать малым коэффициентом удлинения (латунь, сталь, никелин, фосфористая и бериллиевая бронза). Оптимальная толщина покрытия на проволоке 6—8 мк. В качестве анодов можно применять сплав никеля с кобальтом, желательно, чтобы содержание кобальта в анодах было выше 70% или же использовать чистый кобальт, периодически корректируя ганну по никелю.  [c.46]

Для реостатных сплавов прп.меняют медные сплавы — никелин, канстан-тан, манганин, являющиеся сплавами меди с никелем, цинком н марганцем.  [c.554]

Медь и никель неограниченно растворимы в твердом состоянии. Медноникелевые сплавы с 40—50% Ni обладают максимальным для этих сплавов электросопротивлением почти при нулевом значении температурного коэффициента электросопротивления (т. е. электросопротивление у этих сплавов практически не изменяется с температурой, рис. 40,5). Действительно, наиболее распространенные реостатные сплавы — консгантан (40% Ni) и никелин (45% Ni) — являются сплавами меди и никеля, когда электросопротивление принимает максимальяое значение, а температурный коэффициент — минИ мальное.  [c.554]

Нагартовка 84 Надежность 69 Наклеп 84 — фазовый 240 Никелин 554 Нимоник 473 Нитраллой 334 Нитроцементация 336 Нихром 473, 555 Нормализация 231  [c.645]

Свойства Константан (40% Ni. 60% Си) Никелин (30% N1, 2—3% Мп. остальное медь) Высокомар-ганцовистый сплав (67-69% МП. 20—25% Си, остальное никель)  [c.244]

Низколерированная сталь 15 Низкотемпературные часовые масла 312 Никель и сплавы 28—31, 88—90, 102—103 Никелевый купорос 288 Никелевый порошок 102 Никелин 40  [c.341]

Медноникелевые и медномарганцовые сплавы являются типичными реостатными сплавами. К этой группе относятся никелин, кон-стантан и манганин.  [c.497]

Для солей никеля характерно двухвалентное состояние простые соли трехвалентного никеля получены не были. Никель широко применяется для получения высококачественных легированных сталей, обладающих различными техническими свойствами (прочность, вязкость, жаростойкость, химическая инертность и др.). Никель входит в состав ценных технических сплавов, обладающих высокой прочностью и химической стойкостью (нейзильбер), высоким электрическим сопротивлением (нихром, никелин), малым температурным коэффициентом расширения (инвар, платинит), химической стойкостью (монель-металл). Широко применяется нанесение на металлические поверхности защитных или декоративных покрытий из никеля — никелирование. Гидрат окиси никеля используется в щелочных (железоникелевых и кадмиевоникелевых) аккумуляторах.  [c.386]


Приблизительно такими же св-вами обладает никелин (сплав меди с 30—35% Ni и 2—3% Мп). Известны также прецизион-  [c.193]

Более высокими прочностными свойствами, чекг сама медь, обладают ее сплавы-главным образом бронзы, латуни и сплавы с никелем (мельхиор, никелин и др.).  [c.113]


Удельное сопротивление никеля ом м. Удельное сопротивление меди

Содержание:

В электротехнике одними из главных элементов электрических цепей являются провода. Их задача состоит в том, чтобы с минимальными потерями пропустить электрический ток. Экспериментальным путем уже давно определено, что для минимизации потерь электроэнергии провода лучше всего изготавливать из серебра. Именно этот металл обеспечивает свойства проводника с минимальным сопротивлением в омах. Но поскольку этот благородный металл дорог, в промышленности его применение весьма ограничено.

А главными металлами для проводов стали алюминий и медь. К сожалению, сопротивление железа как проводника электричества слишком велико для того, чтобы из него получился хороший провод. Несмотря на более низкую стоимость, оно применяется только как несущая основа проводов линий электропередачи.

Такие разные сопротивления

Сопротивление измеряется в омах. Но для проводов эта величина получается очень маленькой. Если попытаться провести замер тестером в режиме измерения сопротивления, получить правильный результат будет сложно. Причем, какой бы провод мы ни взяли, результат на табло прибора будет мало отличаться. Но это не значит, что на самом деле электросопротивление этих проводов будет одинаково влиять на потери электроэнергии. Чтобы в этом убедиться, надо проанализировать формулу, по которой делается расчет сопротивления:

В этой формуле используются такие величины, как:

Получается, что сопротивление определяет сопротивление. Существует сопротивление, вычисляемое по формуле с использованием другого сопротивления. Это удельное электрическое сопротивление ρ (греческая буква ро) как раз и обуславливает преимущество того или иного металла как электрического проводника:

Поэтому, если применить медь, железо, серебро или какой-либо иной материал для изготовления одинаковых проводов или проводников специальной конструкции, главную роль в его электротехнических свойствах будет играть именно материал.

Но на самом деле ситуация с сопротивлением сложнее, чем просто вычисления по формулам, приведенным выше. Эти формулы не учитывают температуру и форму поперечника проводника. А при увеличении температуры удельное сопротивление меди, как и любого другого металла, становится больше. Весьма наглядным примером этого может быть лампочка накаливания. Можно замерить тестером сопротивление ее спирали. Затем, измерив силу тока в цепи с этой лампой, по закону Ома вычислить ее сопротивление в состоянии свечения. Результат получится значительно больше, нежели при измерении сопротивления тестером.

Так же и медь не даст ожидаемой эффективности при токе большой силы, если пренебречь формой поперечного сечения проводника. Скин-эффект, который проявляется прямо пропорционально увеличению силы тока, делает неэффективными проводники с круглым поперечным сечением, даже если используется серебро или медь. По этой причине сопротивление круглого медного провода при токе большой силы может оказаться более высоким, чем у плоского провода из алюминия.

Причем, даже если их площади поперечников одинаковы. При переменном токе скин-эффект также проявляется, увеличиваясь по мере роста частоты тока. Скин-эффект означает стремление тока течь ближе к поверхности проводника. По этой причине в некоторых случаях выгоднее использовать покрытие проводов серебром. Даже незначительное уменьшение удельного сопротивления поверхности посеребренного медного проводника существенно уменьшает потери сигнала.

Обобщение представления об удельном сопротивлении

Как и в любом другом случае, который связан с отображением размерностей, удельное сопротивление выражается в разных системах единиц. В СИ (Международная система единиц) используется ом м, но допустимо использование также и Ом*кВ мм/м (это внесистемная единица измерения удельного сопротивления). Но в реальном проводнике величина удельного сопротивления непостоянна. Поскольку все материалы характеризуются определенной чистотой, которая может изменяться от точки к точке, необходимо было создать соответствующее представление о сопротивлении в реальном материале. Таким проявлением стал закон Ома в дифференциальной форме:

Этот закон, скорее всего, не будет применяться для расчетов в быту. Но в ходе проектирования различных электронных компонентов, например, резисторов, кристаллических элементов он непременно используется. Поскольку позволяет выполнить расчеты, исходя из данной точки, для которой существует плотность тока и напряженность электрического поля. И соответствующее удельное сопротивление. Формула применяется для неоднородных изотропных, а также анизотропных веществ (кристаллов, разряда в газе и т.п.).

Как получают чистую медь

Для того чтобы максимально уменьшить потери в проводах и жилах кабелей из меди, она должна быть особо чистой. Это достигается специальными технологическими процессами:

  • на основе электронно-лучевой, а так же зонной плавки;
  • многократной электролизной очисткой.

При замыкании электрической цепи, на зажимах которой имеется разность потенциалов, возникает электрический ток. Свободные электроны под влиянием электрических сил поля перемещаются вдоль проводника. В своем движении электроны наталкиваются на атомы проводника и отдают им запас своей кинетической энергии. Скорость движения электронов непрерывно изменяется: при столкновении электронов с атомами, молекулами и другими электронами она уменьшается, потом под действием электрического поля увеличивается и снова уменьшается при новом столкновении. В результате этого в проводнике устанавливается равномерное движение потока электронов со скоростью нескольких долей сантиметра в секунду. Следовательно, электроны, проходя по проводнику, всегда встречают с его стороны сопротивление своему движению. При прохождении электрического тока через проводник последний нагревается.

Электрическое сопротивление

Электрическим сопротивлением проводника, которое обозначается латинской буквой r , называется свойство тела или среды превращать электрическую энергию в тепловую при прохождении по нему электрического тока.

На схемах электрическое сопротивление обозначается так, как показано на рисунке 1, а .

Переменное электрическое сопротивление, служащее для изменения тока в цепи, называется реостатом . На схемах реостаты обозначаются как показано на рисунке 1, б . В общем виде реостат изготовляется из проволоки того или иного сопротивления, намотанной на изолирующем основании. Ползунок или рычаг реостата ставится в определенное положение, в результате чего в цепь вводится нужное сопротивление.

Длинный проводник малого поперечного сечения создает току большое сопротивление. Короткие проводники большого поперечного сечения оказывают току малое сопротивление.

Если взять два проводника из разного материала, но одинаковой длины и сечения, то проводники будут проводить ток по-разному. Это показывает, что сопротивление проводника зависит от материала самого проводника.

Температура проводника также оказывает влияние на его сопротивление. С повышением температуры сопротивление металлов увеличивается, а сопротивление жидкостей и угля уменьшается. Только некоторые специальные металлические сплавы (манганин, констаитан, никелин и другие) с увеличением температуры своего сопротивления почти не меняют.

Итак, мы видим, что электрическое сопротивление проводника зависит от: 1) длины проводника, 2) поперечного сечения проводника, 3) материала проводника, 4) температуры проводника.

За единицу сопротивления принят один Ом. Ом часто обозначается греческой прописной буквой Ω (омега). Поэтому вместо того чтобы писать «Сопротивление проводника равно 15 Ом», можно написать просто: r = 15 Ω.
1 000 Ом называется 1 килоом (1кОм, или 1кΩ),
1 000 000 Ом называется 1 мегаом (1мгОм, или 1МΩ).

При сравнении сопротивления проводников из различных материалов необходимо брать для каждого образца определенную длину и сечение. Тогда мы сможем судить о том, какой материал лучше или хуже проводит электрический ток.

Видео 1. Сопротивление проводников

Удельное электрическое сопротивление

Сопротивление в омах проводника длиной 1 м, сечением 1 мм² называется удельным сопротивлением и обозначается греческой буквой ρ (ро).

В таблице 1 даны удельные сопротивления некоторых проводников.

Таблица 1

Удельные сопротивления различных проводников

Из таблицы видно, что железная проволока длиной 1 м и сечением 1 мм² обладает сопротивлением 0,13 Ом. Чтобы получить 1 Ом сопротивления нужно взять 7,7 м такой проволоки. Наименьшим удельным сопротивлением обладает серебро. 1 Ом сопротивления можно получить, если взять 62,5 м серебряной проволоки сечением 1 мм². Серебро – лучший проводник, но стоимость серебра исключает возможность его массового применения. После серебра в таблице идет медь: 1 м медной проволоки сечением 1 мм² обладает сопротивлением 0,0175 Ом. Чтобы получить сопротивление в 1 Ом, нужно взять 57 м такой проволоки.

Химически чистая, полученная путем рафинирования, медь нашла себе повсеместное применение в электротехнике для изготовления проводов, кабелей, обмоток электрических машин и аппаратов. Широко применяют также в качестве проводников алюминий и железо.

Сопротивление проводника можно определить по формуле:

где r – сопротивление проводника в омах; ρ – удельное сопротивление проводника; l – длина проводника в м; S – сечение проводника в мм².

Пример 1. Определить сопротивление 200 м железной проволоки сечением 5 мм².

Пример 2. Вычислить сопротивление 2 км алюминиевой проволоки сечением 2,5 мм².

Из формулы сопротивления легко можно определить длину, удельное сопротивление и сечение проводника.

Пример 3. Для радиоприемника необходимо намотать сопротивление в 30 Ом из никелиновой проволоки сечением 0,21 мм². Определить необходимую длину проволоки.

Пример 4. Определить сечение 20 м нихромовой проволоки, если сопротивление ее равно 25 Ом.

Пример 5. Проволока сечением 0,5 мм² и длиной 40 м имеет сопротивление 16 Ом. Определить материал проволоки.

Материал проводника характеризует его удельное сопротивление.

По таблице удельных сопротивлений находим, что таким сопротивлением обладает свинец.

Выше было указано, что сопротивление проводников зависит от температуры. Проделаем следующий опыт. Намотаем в виде спирали несколько метров тонкой металлической проволоки и включим эту спираль в цепь аккумулятора. Для измерения тока в цепь включаем амперметр. При нагревании спирали в пламени горелки можно заметить, что показания амперметра будут уменьшаться. Это показывает, что с нагревом сопротивление металлической проволоки увеличивается.

У некоторых металлов при нагревании на 100° сопротивление увеличивается на 40 – 50 %. Имеются сплавы, которые незначительно меняют свое сопротивление с нагревом. Некоторые специальные сплавы практически не меняют сопротивления при изменении температуры. Сопротивление металлических проводников при повышении температуры увеличивается, сопротивление электролитов (жидких проводников), угля и некоторых твердых веществ, наоборот, уменьшается.

Способность металлов менять свое сопротивление с изменением температуры используется для устройства термометров сопротивления. Такой термометр представляет собой платиновую проволоку, намотанную на слюдяной каркас. Помещая термометр, например, в печь и измеряя сопротивление платиновой проволоки до и после нагрева, можно определить температуру в печи.

Изменение сопротивления проводника при его нагревании, приходящееся на 1 Ом первоначального сопротивления и на 1° температуры, называется температурным коэффициентом сопротивления и обозначается буквой α.

Если при температуре t 0 сопротивление проводника равно r 0 , а при температуре t равно r t , то температурный коэффициент сопротивления

Примечание. Расчет по этой формуле можно производить лишь в определенном интервале температур (примерно до 200°C).

Приводим значения температурного коэффициента сопротивления α для некоторых металлов (таблица 2).

Таблица 2

Значения температурного коэффициента для некоторых металлов

Из формулы температурного коэффициента сопротивления определим r t :

r t = r 0 .

Пример 6. Определить сопротивление железной проволоки, нагретой до 200°C, если сопротивление ее при 0°C было 100 Ом.

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

Пример 7. Термометр сопротивления, изготовленный из платиновой проволоки, в помещении с температурой 15°C имел сопротивление 20 Ом. Термометр поместили в печь и через некоторое время было измерено его сопротивление. Оно оказалось равным 29,6 Ом. Определить температуру в печи.

Электрическая проводимость

До сих пор мы рассматривали сопротивление проводника как препятствие, которое оказывает проводник электрическому току. Но все же ток по проводнику проходит. Следовательно, кроме сопротивления (препятствия), проводник обладает также способностью проводить электрический ток, то есть проводимостью.

Чем большим сопротивлением обладает проводник, тем меньшую он имеет проводимость, тем хуже он проводит электрический ток, и, наоборот, чем меньше сопротивление проводника, тем большей проводимостью он обладает, тем легче току пройти по проводнику. Поэтому сопротивление и проводимость проводника есть величины обратные.

Из математики известно, что число, обратное 5, есть 1/5 и, наоборот, число, обратное 1/7, есть 7. Следовательно, если сопротивление проводника обозначается буквой r , то проводимость определяется как 1/r . Обычно проводимость обозначается буквой g.

Электрическая проводимость измеряется в (1/Ом) или в сименсах.

Пример 8. Сопротивление проводника равно 20 Ом. Определить его проводимость.

Если r = 20 Ом, то

Пример 9. Проводимость проводника равна 0,1 (1/Ом). Определить его сопротивление,

Если g = 0,1 (1/Ом), то r = 1 / 0,1 = 10 (Ом)

Электрический ток I в любом веществе создается движением заряженных частиц в определенном направлении за счет приложения внешней энергии (разности потенциалов U). Каждое вещество обладает индивидуальными свойствами, по-разному влияющими на прохождение тока в нем. Эти свойства оцениваются электрическим сопротивлением R.

Георг Ом эмпирическим путем определил факторы, влияющие на величину электрического сопротивления вещества, вывел от напряжения и тока, которая названа его именем. Единица измерения сопротивления в международной системе СИ названа его именем. 1 Ом — это величина сопротивления, замеренного при температуре 0 О С у однородного ртутного столба длиной 106,3 см с площадью поперечного сечения в 1 мм 2 .


Определение

Чтобы оценить и применять на практике материалы для изготовления электротехнических устройств, введен термин «удельное сопротивление проводника» . Добавленное прилагательное «удельное» указывает на фактор использования эталонной величины объема, принятой для рассматриваемого вещества. Это позволяет оценивать электрические параметры разных материалов.

При этом учитывают, что сопротивление проводника возрастает при увеличении его длины и уменьшении поперечного сечения. В системе СИ используется объем однородного проводника с длиной 1 метр и поперечным сечением 1м 2 . В технических расчетах применяется устаревшая, но удобная внесистемная единица объема, состоящая из длины 1 метр и площади 1мм 2 . Формула удельного сопротивления ρ представлена на рисунке.


Для определения электрических свойств веществ, введена еще одна характеристика — удельная проводимость б. Она обратно пропорциональна значению удельного сопротивления, определяет способность материала проводить электрический ток: б =1/ρ.

Как удельное сопротивление зависит от температуры

На величину проводимости материала влияет его температура. Разные группы веществ ведут себя не одинаково при нагреве или охлаждении. Это свойство учитывают в электрических проводах, работающих на открытом воздухе в жару и холод.


Материал и удельное сопротивление провода подбираются с учетом условий его эксплуатации.

Возрастание сопротивления проводников прохождению тока при нагреве объясняется тем, что с повышением температуры металла в нем увеличивается интенсивность передвижения атомов и носителей электрических зарядов во всех направлениях, что создает лишние препятствия для движения заряженных частиц в одну сторону, снижает величину их потока.

Если уменьшать температуру металла, то условия для прохождения тока улучшаются. При охлаждении до критической температуры во многих металлах проявляется явление сверхпроводимости, когда их электрическое сопротивление практически равно нулю. Это свойство широко используется в мощных электромагнитах.

Влияние температуры на проводимость металла используется электротехнической промышленностью при изготовлении обыкновенных ламп накаливания. Их при прохождении тока нагревается до такого состояния, что излучает световой поток. В обычных условиях удельное сопротивление нихрома составляет около 1,05÷1,4 (ом ∙мм 2)/м.

При включении лампочки под напряжение через нить проходит большой ток, который очень быстро разогревает металл. Одновременно возрастает сопротивление электрической цепи, ограничивающее первоначальный ток до номинального значения, необходимого для получения освещения. Таким способом осуществляется простое регулирование силы тока через нихромовую спираль, отпадает необходимость применения сложной пускорегулирующей аппаратуры, используемой в светодиодных и люминесцентных источниках.

Как используется удельное сопротивление материалов в технике

Цветные благородные металлы обладают лучшими свойствами электрической проводимости. Поэтому ответственные контакты в электротехнических устройствах выполняют из серебра. Но это увеличивает конечную стоимость всего изделия. Наиболее приемлемый вариант — использование более дешевых металлов. Например, удельное сопротивление меди, равное 0,0175 (ом ∙мм 2)/м, вполне подходит для таких целей.

Благородные металлы — золото, серебро, платина, палладий, иридий, родий, рутений и осмий, получившие название главным образом благодаря высокой химической стойкости и красивому внешнему виду в ювелирных изделиях. Кроме того, золото, серебро и платина обладают высокой пластичностью, а металлы платиновой группы — тугоплавкостью и, как и золото, химической инертностью. Эти достоинства благородных металлов сочетаются.

Медные сплавы, обладающие хорошей проводимостью, используются для изготовления шунтов, ограничивающих протекание больших токов через измерительную головку мощных амперметров.

Удельное сопротивление алюминия 0,026÷0,029 (ом ∙мм 2)/м чуть выше, чем у меди, но производство и стоимость этого металла ниже. К тому он же легче. Это объясняет его широкое применение в энергетике для изготовления проводов, работающих на открытом воздухе, и жил кабелей.

Удельное сопротивление железа 0,13 (ом ∙мм 2)/м также допускает его применение для передачи электрического тока, но при этом возникают бо́льшие потери мощности. Стальные сплавы обладают повышенной прочностью. Поэтому в алюминиевые воздушные провода высоковольтных линий электропередач вплетают стальные нити, которые предназначены для противостояния нагрузкам, действующим на разрыв.

Особенно актуально это при образовании наледи на проводах или сильных порывах ветра.

Часть сплавов, например, константин и никелин обладают термостабильными резистивными характеристиками в определенном диапазоне. У никелина удельное электрическое сопротивление практически не меняется от 0 до 100 градусов по Цельсию. Поэтому спирали для реостатов изготавливают из никелина.

В измерительных приборах широко применяется свойство строгого изменения значений удельного сопротивления платины от ее температуры. Если через платиновый проводник пропускать электрический ток от стабилизированного источника напряжения и вычислять значение сопротивления, то оно будет указывать температуру платины. Это позволяет градуировать шкалу в градусах, соответствующих значениям Омам. Этот способ позволяет измерять температуру с точностью до долей градусов.


Иногда для решения практических задач требуется узнать полное или удельное сопротивление кабеля . Для этого в справочниках на кабельную продукцию приводятся значения индуктивного и активного сопротивления одной жилы для каждого значения поперечного сечения. С их помощью рассчитываются допустимые нагрузки, выделяемая теплота, определяются допустимые условия эксплуатации и подбираются эффективные защиты.

На удельную проводимость металлов оказывает влияние способ их обработки. Использование давления для пластической деформации нарушает структуру кристаллической решетки, увеличивает число дефектов и повышает сопротивление. Для его уменьшения применяют рекристаллизационный отжиг.

Растяжения или сжатия металлов вызывают в них упругую деформацию, от которой уменьшаются амплитуды тепловых колебаний электронов, а сопротивление несколько снижается.

При проектировании систем заземления необходимо учитывать . Оно имеет отличия в определении от вышеперечисленного метода и измеряется в единицах системы СИ — Ом∙метр. С его помощью оценивают качество растекания электрического тока внутри земли.



На удельную проводимость грунта влияют многие факторы, включая влажность почвы, плотность, размеры ее частиц, температуру, концентрацию солей, кислот и щелочей.

Поэтому важно знать параметры всех используемых элементов и материалов. И не только электрические, но и механические. И иметь в распоряжении какие-то удобные справочные материалы, позволяющие сравнивать характеристики разных материалов и выбирать для проектирования и работы именно то, что будет оптимальным в конкретной ситуации.
В линиях передачи энергии, где задачей ставится наиболее продуктивно, то есть с высоким КПД, довести энергию до потребителя, учитывается как экономика потерь, так и механика самих линий. От механики — то есть устройства и расположения проводников, изоляторов, опор, повышающих/понижающих трансформаторов, веса и прочности всех конструкций, включая провода, растянутые на больших расстояниях, а также от выбранных для выполнения каждого элемента конструкции материалов, зависит и конечная экономическая эффективность линии, ее работы и затрат на эксплуатацию. Кроме того, в линиях, передающих электроэнергию, более высоки требования на обеспечение безопасности как самих линий, так и всего окружающего, где они проходят. А это добавляет затрат как на обеспечение проводки электроэнергии, так и на дополнительный запас прочности всех конструкций.

Для сравнения данные обычно приводятся к единому, сопоставимому виду. Зачастую к таким характеристикам добавляется эпитет «удельный», а сами значения рассматриваются на неких унифицированных по физическим параметрам эталонах. Например, удельное электрическое сопротивление — это сопротивление (ом) проводника, выполненного из какого-то металла (меди, алюминия, стали, вольфрама, золота), имеющего единичную длину и единичное сечение в используемой системе единиц измерения (обычно в СИ). Кроме того, оговаривается температура, так как при нагревании сопротивление проводников может вести себя по-разному. За основу берутся нормальные средние условия эксплуатации — при 20 градусах Цельсия. А там, где важны свойства при изменении параметров среды (температуры, давления), вводятся коэффициенты и составляются дополнительные таблицы и графики зависимостей.

Виды удельного сопротивления

Так как сопротивление бывает:

  • активное — или омическое, резистивное, — происходящее от затрат электроэнергии на нагревание проводника (металла) при прохождении в нем электрического тока, и
  • реактивное — емкостное или индуктивное, — которое происходит от неизбежных потерь на создание всякими изменениями тока, проходящего через проводник электрических полей, то и удельное сопротивление проводника бывает двух разновидностей:
  1. Удельное электрическое сопротивление постоянному току (имеющее резистивный характер) и
  2. Удельное электрическое сопротивление переменному току (имеющее реактивный характер).

Здесь удельное сопротивление 2 типа является величиной комплексной, оно состоит из двух компонент ТП — активной и реактивной, так как резистивное сопротивление существует всегда при прохождении тока, независимо от его характера, а реактивное бывает только при любом изменении тока в цепях. В цепях постоянного тока реактивное сопротивление возникает только при переходных процессах, которые связаны с включением тока (изменение тока от 0 до номинала) или выключением (перепад от номинала до 0). И их учитывают обычно только при проектировании защиты от перегрузок.

В цепях же переменного тока явления, связанные с реактивными сопротивлениями, гораздо более многообразны. Они зависят не только от собственно прохождения тока через некоторое сечение, но и от формы проводника, причем зависимость не является линейной.

Дело в том, что переменный ток наводит электрическое поле как вокруг проводника, по которому протекает, так и в самом проводнике. И от этого поля возникают вихревые токи, которые дают эффект «выталкивания» собственно основного движения зарядов, из глубины всего сечения проводника на его поверхность, так называемый «скин-эффект» (от skin — кожа). Получается, вихревые токи как бы «воруют» у проводника его сечение. Ток течет в некотором слое, близком к поверхности, остальная толщина проводника остается неиспользуемой, она не уменьшает его сопротивление, и увеличивать толщину проводников просто нет смысла. Особенно на больших частотах. Поэтому для переменного тока измеряют сопротивления в таких сечениях проводников, где все его сечение можно считать приповерхностным. Такой провод называется тонким, его толщина равна удвоенной глубине этого поверхностного слоя, куда вихревые токи и вытесняют текущий в проводнике полезный основной ток.

Разумеется, уменьшением толщины круглых в сечении проводов не исчерпывается эффективное проведение переменного тока. Проводник можно утончить, но при этом сделать его плоским в виде ленты, тогда сечение будет выше, чем у круглого провода, соответственно, и сопротивление ниже. Кроме того, простое увеличение площади поверхности даст эффект увеличения эффективного сечения. Того же можно добиться, используя многожильный провод вместо одножильного, к тому же, многожилка по гибкости превосходит одножилку, что часто тоже бывает ценно. С другой стороны, принимая во внимание скин-эффект в проводах, можно сделать провода композитными, выполнив сердцевину из металла, обладающего хорошими прочностными характеристиками, например, стали, но невысокими электрическими. При этом поверх стали делается алюминиевая оплетка, имеющая меньшее удельное сопротивление.

Кроме скин-эффекта на протекание переменного тока в проводниках влияет возбуждение вихревых токов в окружающих проводниках. Такие токи называются токами наводки, и они наводятся как в металлах, не играющих роль проводки (несущие элементы конструкций), так и в проводах всего проводящего комплекса — играющих роль проводов других фаз, нулевых, заземляющих.

Все перечисленные явления встречаются во всех конструкциях, связанных с электричеством, это еще более усиливает важность иметь в своем распоряжении сводные справочные сведения по самым разным материалам.

Удельное сопротивление для проводников измеряется очень чувствительными и точными приборами, так как для проводки и выбираются металлы, имеющие самое низкое сопротивление -порядка ом *10 -6 на метр длины и кв. мм. сечения. Для измерения же удельного сопротивления изоляции нужны приборы, наоборот, имеющие диапазоны очень больших значений сопротивления — обычно это мегомы. Понятно, что проводники обязаны хорошо проводить, а изоляторы хорошо изолировать.

Таблица

Таблица удельных сопротивлений проводников (металлов и сплавов)

Материал провод-ника

Состав (для сплавов)

Удельное сопротивление ρ мом × мм 2 / м

медь, цинк, олово, никель, свинец, марганец, железо и др.

Алюминий

Вольфрам

Молибден

медь, олово, алюминий, кремний, бериллий, свинец и др. (кроме цинка)

железо, углерод

медь, никель, цинк

Манганин

медь, никель, марганец

Константан

медь, никель, алюминий

никель, хром, железо, марганец

железо, хром, алюминий, кремний, марганец

Железо как проводник в электротехнике

Железо — самый распространенный в природе и технике металл (после водорода, который металлом тоже является). Он и самый дешевый, и имеет прекрасные прочностные характеристики, поэтому применяется повсюду как основа прочности различных конструкций.

В электротехнике в качестве проводника железо используется в виде стальных гибких проводов там, где нужна физическая прочность и гибкость, а нужное сопротивление может быть достигнуто за счет соответствующего сечения.

Имея таблицу удельных сопротивлений различных металлов и сплавов, можно посчитать сечения проводов, выполненных из разных проводников.

В качестве примера попробуем найти электрически эквивалентное сечение проводников из разных материалов: проволоки медной, вольфрамовой, никелиновой и железной. За исходную возьмем проволоку алюминиевую сечением 2,5 мм.

Нам нужно, чтобы на длине в 1 м сопротивление провода из всех этих металлов равнялось сопротивлению исходной. Сопротивление алюминия на 1 м длины и 2,5 мм сечения будет равно

Где R – сопротивление, ρ – удельное сопротивление металла из таблицы, S – площадь сечения, L – длина.

Подставив исходные значения, получим сопротивление метрового куска провода алюминия в омах.

После этого разрешим формулу относительно S

Будем подставлять значения из таблицы и получать площади сечений для разных металлов.

Так как удельное сопротивление в таблице измерено на проводе длиной в 1 м, в микроомах на 1 мм 2 сечения, то у нас и получилось оно в микроомах. Чтобы получить его в омах, нужно умножить значение на 10 -6 . Но число ом с 6 нулями после запятой нам получать совсем не обязательно, так как конечный результат все равно находим в мм 2 .

Как видим, сопротивление железа достаточно большое, проволока получается толстая.

Но существуют материалы, у которых оно еще больше, например, никелин или константан.

При замыкании электрической цепи, на зажимах которой имеется разность потенциалов, возникает электрический ток. Свободные электроны под влиянием электрических сил поля перемещаются вдоль проводника. В своем движении электроны наталкиваются на атомы проводника и отдают им запас своей кинетической энергии. Скорость движения электронов непрерывно изменяется: при столкновении электронов с атомами, молекулами и другими электронами она уменьшается, потом под действием электрического поля увеличивается и снова уменьшается при новом столкновении. В результате этого в проводнике устанавливается равномерное движение потока электронов со скоростью нескольких долей сантиметра в секунду. Следовательно, электроны, проходя по проводнику, всегда встречают с его стороны сопротивление своему движению. При прохождении электрического тока через проводник последний нагревается.

Электрическое сопротивление

Электрическим сопротивлением проводника, которое обозначается латинской буквой r , называется свойство тела или среды превращать электрическую энергию в тепловую при прохождении по нему электрического тока.

На схемах электрическое сопротивление обозначается так, как показано на рисунке 1, а .

Переменное электрическое сопротивление, служащее для изменения тока в цепи, называется реостатом . На схемах реостаты обозначаются как показано на рисунке 1, б . В общем виде реостат изготовляется из проволоки того или иного сопротивления, намотанной на изолирующем основании. Ползунок или рычаг реостата ставится в определенное положение, в результате чего в цепь вводится нужное сопротивление.

Длинный проводник малого поперечного сечения создает току большое сопротивление. Короткие проводники большого поперечного сечения оказывают току малое сопротивление.

Если взять два проводника из разного материала, но одинаковой длины и сечения, то проводники будут проводить ток по-разному. Это показывает, что сопротивление проводника зависит от материала самого проводника.

Температура проводника также оказывает влияние на его сопротивление. С повышением температуры сопротивление металлов увеличивается, а сопротивление жидкостей и угля уменьшается. Только некоторые специальные металлические сплавы (манганин, констаитан, никелин и другие) с увеличением температуры своего сопротивления почти не меняют.

Итак, мы видим, что электрическое сопротивление проводника зависит от: 1) длины проводника, 2) поперечного сечения проводника, 3) материала проводника, 4) температуры проводника.

За единицу сопротивления принят один Ом. Ом часто обозначается греческой прописной буквой Ω (омега). Поэтому вместо того чтобы писать «Сопротивление проводника равно 15 Ом», можно написать просто: r = 15 Ω.
1 000 Ом называется 1 килоом (1кОм, или 1кΩ),
1 000 000 Ом называется 1 мегаом (1мгОм, или 1МΩ).

При сравнении сопротивления проводников из различных материалов необходимо брать для каждого образца определенную длину и сечение. Тогда мы сможем судить о том, какой материал лучше или хуже проводит электрический ток.

Видео 1. Сопротивление проводников

Удельное электрическое сопротивление

Сопротивление в омах проводника длиной 1 м, сечением 1 мм² называется удельным сопротивлением и обозначается греческой буквой ρ (ро).

В таблице 1 даны удельные сопротивления некоторых проводников.

Таблица 1

Удельные сопротивления различных проводников

Из таблицы видно, что железная проволока длиной 1 м и сечением 1 мм² обладает сопротивлением 0,13 Ом. Чтобы получить 1 Ом сопротивления нужно взять 7,7 м такой проволоки. Наименьшим удельным сопротивлением обладает серебро. 1 Ом сопротивления можно получить, если взять 62,5 м серебряной проволоки сечением 1 мм². Серебро – лучший проводник, но стоимость серебра исключает возможность его массового применения. После серебра в таблице идет медь: 1 м медной проволоки сечением 1 мм² обладает сопротивлением 0,0175 Ом. Чтобы получить сопротивление в 1 Ом, нужно взять 57 м такой проволоки.

Химически чистая, полученная путем рафинирования, медь нашла себе повсеместное применение в электротехнике для изготовления проводов, кабелей, обмоток электрических машин и аппаратов. Широко применяют также в качестве проводников алюминий и железо.

Сопротивление проводника можно определить по формуле:

где r – сопротивление проводника в омах; ρ – удельное сопротивление проводника; l – длина проводника в м; S – сечение проводника в мм².

Пример 1. Определить сопротивление 200 м железной проволоки сечением 5 мм².

Пример 2. Вычислить сопротивление 2 км алюминиевой проволоки сечением 2,5 мм².

Из формулы сопротивления легко можно определить длину, удельное сопротивление и сечение проводника.

Пример 3. Для радиоприемника необходимо намотать сопротивление в 30 Ом из никелиновой проволоки сечением 0,21 мм². Определить необходимую длину проволоки.

Пример 4. Определить сечение 20 м нихромовой проволоки, если сопротивление ее равно 25 Ом.

Пример 5. Проволока сечением 0,5 мм² и длиной 40 м имеет сопротивление 16 Ом. Определить материал проволоки.

Материал проводника характеризует его удельное сопротивление.

По таблице удельных сопротивлений находим, что таким сопротивлением обладает свинец.

Выше было указано, что сопротивление проводников зависит от температуры. Проделаем следующий опыт. Намотаем в виде спирали несколько метров тонкой металлической проволоки и включим эту спираль в цепь аккумулятора. Для измерения тока в цепь включаем амперметр. При нагревании спирали в пламени горелки можно заметить, что показания амперметра будут уменьшаться. Это показывает, что с нагревом сопротивление металлической проволоки увеличивается.

У некоторых металлов при нагревании на 100° сопротивление увеличивается на 40 – 50 %. Имеются сплавы, которые незначительно меняют свое сопротивление с нагревом. Некоторые специальные сплавы практически не меняют сопротивления при изменении температуры. Сопротивление металлических проводников при повышении температуры увеличивается, сопротивление электролитов (жидких проводников), угля и некоторых твердых веществ, наоборот, уменьшается.

Способность металлов менять свое сопротивление с изменением температуры используется для устройства термометров сопротивления. Такой термометр представляет собой платиновую проволоку, намотанную на слюдяной каркас. Помещая термометр, например, в печь и измеряя сопротивление платиновой проволоки до и после нагрева, можно определить температуру в печи.

Изменение сопротивления проводника при его нагревании, приходящееся на 1 Ом первоначального сопротивления и на 1° температуры, называется температурным коэффициентом сопротивления и обозначается буквой α.

Если при температуре t 0 сопротивление проводника равно r 0 , а при температуре t равно r t , то температурный коэффициент сопротивления

Примечание. Расчет по этой формуле можно производить лишь в определенном интервале температур (примерно до 200°C).

Приводим значения температурного коэффициента сопротивления α для некоторых металлов (таблица 2).

Таблица 2

Значения температурного коэффициента для некоторых металлов

Из формулы температурного коэффициента сопротивления определим r t :

r t = r 0 .

Пример 6. Определить сопротивление железной проволоки, нагретой до 200°C, если сопротивление ее при 0°C было 100 Ом.

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

Пример 7. Термометр сопротивления, изготовленный из платиновой проволоки, в помещении с температурой 15°C имел сопротивление 20 Ом. Термометр поместили в печь и через некоторое время было измерено его сопротивление. Оно оказалось равным 29,6 Ом. Определить температуру в печи.

Электрическая проводимость

До сих пор мы рассматривали сопротивление проводника как препятствие, которое оказывает проводник электрическому току. Но все же ток по проводнику проходит. Следовательно, кроме сопротивления (препятствия), проводник обладает также способностью проводить электрический ток, то есть проводимостью.

Чем большим сопротивлением обладает проводник, тем меньшую он имеет проводимость, тем хуже он проводит электрический ток, и, наоборот, чем меньше сопротивление проводника, тем большей проводимостью он обладает, тем легче току пройти по проводнику. Поэтому сопротивление и проводимость проводника есть величины обратные.

Из математики известно, что число, обратное 5, есть 1/5 и, наоборот, число, обратное 1/7, есть 7. Следовательно, если сопротивление проводника обозначается буквой r , то проводимость определяется как 1/r . Обычно проводимость обозначается буквой g.

Электрическая проводимость измеряется в (1/Ом) или в сименсах.

Пример 8. Сопротивление проводника равно 20 Ом. Определить его проводимость.

Если r = 20 Ом, то

Пример 9. Проводимость проводника равна 0,1 (1/Ом). Определить его сопротивление,

Если g = 0,1 (1/Ом), то r = 1 / 0,1 = 10 (Ом)

Никелевые сплавы

— Характеристики и применение

Никель — это серебристо-белый блестящий металл с легким золотистым оттенком. Никель — один из самых распространенных легирующих элементов. Около 65% производимого никеля используется в производстве нержавеющих сталей. Поскольку никель не образует карбидных соединений в стали, он остается в растворе в феррите, тем самым упрочняя и делая ферритную фазу более жесткой. Никелевые стали легко поддаются термической обработке, поскольку никель снижает критическую скорость охлаждения.

Сплавы на основе никеля (например,g., сплавы Fe-Cr-Ni (Mo)), сплавы демонстрируют превосходную пластичность и ударную вязкость даже при высоких уровнях прочности, и эти свойства сохраняются до низких температур. Никель и его сплавы обладают высокой устойчивостью к коррозии во многих средах, особенно в основных (щелочных). Никель также уменьшает тепловое расширение для лучшей стабильности размеров. Никель — базовый элемент суперсплавов. Эти металлы обладают превосходным сопротивлением термической деформации ползучести и сохраняют свою жесткость, прочность, ударную вязкость и стабильность размеров при температурах, намного превышающих другие аэрокосмические конструкционные материалы.

Типы никелевых сплавов

Суперсплавы на основе никеля

Суперсплавы на основе никеля в настоящее время составляют более 50% веса современных авиационных двигателей. Суперсплавы на основе никеля включают сплавы, упрочненные твердым раствором, и сплавы, упрочняющиеся при старении. Стационарные сплавы состоят из аустенитной (ГЦК) матрицы, диспергированной с когерентным выделением интерметаллида Ni 3 (Al, Ti) с ГЦК-структурой. Суперсплавы на основе Ni — это сплавы с никелем в качестве первичного легирующего элемента, которые предпочтительнее в качестве материала лезвий в ранее обсуждавшихся применениях, а не суперсплавов на основе Co или Fe.Для суперсплавов на основе никеля важны их высокая прочность, ползучесть и коррозионная стойкость при высоких температурах. Обычно лопатки турбин отливают в форме направленного отверждения или в форме монокристалла. Лопатки из монокристалла в основном используются в первом ряду ступени турбины.

Например, Inconel — зарегистрированная торговая марка Special Metals для семейства аустенитных суперсплавов на никель-хромовой основе. Инконель 718 — это суперсплав на основе никеля , который обладает высокими прочностными свойствами и устойчивостью к повышенным температурам.Он также демонстрирует замечательную защиту от коррозии и окисления. Высокотемпературная прочность инконеля достигается за счет упрочнения твердого раствора или дисперсионного твердения, в зависимости от сплава. Inconel 718 состоит из 55% никеля, 21% хрома, 6% железа и небольшого количества марганца, углерода и меди.

Никель-серебро

Никелевое серебро , известное также как немецкое серебро, никелевая латунь или альпакка, представляет собой сплав меди с никелем и часто цинком. Например, медный сплав UNS C75700 Нейзильбер 65-12 имеет хорошую коррозионную стойкость и устойчивость к потускнению, а также высокую формуемость.Никелевое серебро названо из-за его серебристого цвета, но оно не содержит элементарного серебра, если оно не покрыто металлическим покрытием.

Constantan

Constantan представляет собой медно-никелевый сплав, состоящий обычно из 55% меди и 45% никеля и определенных небольших количеств дополнительных элементов для достижения точных (почти постоянных) значений температурного коэффициента удельного сопротивления . Это означает, что его главной особенностью является низкое тепловое изменение его удельного сопротивления, которое остается постоянным в широком диапазоне температур.Известны другие сплавы с такими же низкими температурными коэффициентами, например манганин.

Этот сплав имеет высокое удельное электрическое сопротивление (4,9 x 10 −7 Ом · м), достаточно высокое для достижения подходящих значений сопротивления даже в очень маленьких решетках, самый низкий температурный коэффициент сопротивления и самую высокую термо-ЭДС (также известную как эффект Зеебека) против платины любого из медно-никелевых сплавов. Из-за первых двух из этих свойств он используется для электрических резисторов, а из-за последнего свойства — для термопар. Термопары — это электрические устройства, состоящие из двух разнородных электрических проводников, образующих электрический спай. Термопара создает зависящее от температуры напряжение в результате термоэлектрического эффекта, и это напряжение можно интерпретировать как измерение температуры.

Например, константан является отрицательным элементом термопары типа J, а железо — положительным. Термопары типа J используются при термообработке. Кроме того, константан является отрицательным элементом термопары типа Т, а медь — положительным.Эти термопары используются при криогенных температурах.

В ядерных реакторах термопары расположены в заранее выбранных местах для измерения температуры теплоносителя на выходе из тепловыделяющих сборок для использования при контроле радиального распределения мощности и теплоносителя из активной зоны. Но в этом случае термопары должны выдерживать нейтронное облучение, поэтому предпочтительны термопары типа E (хромель-алюмель) или другие специальные термопары.

Инвар

Инвар — это группа никелево-железных сплавов с низким тепловым расширением, состоящая в основном из никеля и железа (например,г., FeNi36). Название «Инвар» происходит от слова «неизменный» , имея в виду его относительное отсутствие расширения или сжатия при изменении температуры. Сплав инвар является пластичным и легко сваривается, а обрабатываемость аналогична аустенитной нержавеющей стали.

Инвар

используется там, где требуется высокая стабильность размеров , например, в точных инструментах, часах. Сплавы с низкими коэффициентами расширения составляют существенную часть биметаллов и термостатов .Сам инвар до сих пор используется в огромном количестве бытовой техники, от электрических утюгов и тостеров до газовых плит и устройств пожарной безопасности. Инвар может также использоваться в уплотнениях стекло-металл, а также в электронных и радиодеталей. Практически все переменные конденсаторы сделаны из инвара. Стойки на реактивных двигателях изготовлены из инвара для обеспечения жесткости при перепадах температуры.

Свойства никелевых сплавов

Свойства материалов — это интенсивных свойств , что означает, что они не зависят от количества массы и могут изменяться от места к месту в системе в любой момент.В основе материаловедения лежит изучение структуры материалов и их соотнесение с их свойствами (механическими, электрическими и т. Д.). Как только специалист по материалам узнает об этой корреляции структура-свойство, он может перейти к изучению относительных характеристик материала в данном приложении. Основными определяющими факторами структуры материала и, следовательно, его свойств являются составляющие его химические элементы и способ, которым он был переработан в свою окончательную форму.

Механические свойства никелевых сплавов

Материалы часто выбирают для различных применений, поскольку они имеют желаемое сочетание механических характеристик.Для структурных применений свойства материалов имеют решающее значение, и инженеры должны их учитывать.

Прочность никелевых сплавов

В механике материалов прочность материала — это его способность выдерживать приложенную нагрузку без разрушения или пластической деформации. Прочность материалов в основном рассматривает взаимосвязь между внешними нагрузками , приложенными к материалу, и результирующей деформацией или изменением размеров материала. Прочность материала — это его способность выдерживать эту приложенную нагрузку без разрушения или пластической деформации.

Предел прочности на разрыв

Предел прочности при растяжении константана — 45Ni-55Cu сильно зависит от процедуры термообработки, но для отожженного сплава составляет около 420 МПа.

Предел прочности при растяжении является максимальным на инженерной кривой зависимости напряжения от деформации. Это соответствует максимальному напряжению , которое может выдержать конструкция при растяжении.Предел прочности на разрыв часто сокращают до «прочности на разрыв» или даже до «предела». Если это напряжение приложить и поддерживать, в результате произойдет разрушение. Часто это значение значительно превышает предел текучести (на 50–60 процентов больше, чем предел текучести для некоторых типов металлов). Когда пластичный материал достигает предела прочности, он испытывает образование шейки, где площадь поперечного сечения локально уменьшается. Кривая «напряжение-деформация» не содержит напряжения, превышающего предел прочности.Несмотря на то, что деформации могут продолжать увеличиваться, напряжение обычно уменьшается после достижения предела прочности. Это интенсивное свойство; поэтому его значение не зависит от размера испытуемого образца. Однако это зависит от других факторов, таких как подготовка образца, наличие или отсутствие поверхностных дефектов и температура испытательной среды и материала. Предел прочности на разрыв варьируется от 50 МПа для алюминия до 3000 МПа для очень высокопрочных сталей.

Предел текучести

Предел текучести константана — 45Ni-55Cu сильно зависит от способа термообработки, но для отожженного сплава составляет около 150 МПа.

Предел текучести — это точка на кривой напряжения-деформации, которая указывает предел упругого поведения и начало пластического поведения. Предел текучести или предел текучести — это свойство материала, определяемое как напряжение, при котором материал начинает пластически деформироваться, тогда как предел текучести — это точка, в которой начинается нелинейная (упругая + пластическая) деформация.До достижения предела текучести материал будет упруго деформироваться и вернется к своей исходной форме после снятия приложенного напряжения. После того, как предел текучести будет превышен, некоторая часть деформации будет постоянной и необратимой. Некоторые стали и другие материалы демонстрируют поведение, называемое явлением предела текучести. Предел текучести варьируется от 35 МПа для алюминия с низкой прочностью до более 1400 МПа для очень высокопрочных сталей.

Модуль упругости Юнга

Модуль упругости Юнга константана — 45Ni-55Cu составляет около 162 ГПа.

Модуль упругости Юнга представляет собой модуль упругости для растягивающего и сжимающего напряжения в режиме линейной упругости при одноосной деформации и обычно оценивается с помощью испытаний на растяжение. С точностью до предельного напряжения тело сможет восстановить свои размеры при снятии нагрузки. Приложенные напряжения заставляют атомы в кристалле перемещаться из положения равновесия. Все атомы смещаются на одинаковую величину и при этом сохраняют свою относительную геометрию. Когда напряжения снимаются, все атомы возвращаются в исходное положение, и остаточная деформация не происходит.Согласно закону Гука , напряжение пропорционально деформации (в упругой области), а наклон равен модулю Юнга . Модуль Юнга равен продольному напряжению, деленному на деформацию.

Твердость никелевых сплавов

Твердость константана по Роквеллу — 45Ni-55Cu составляет примерно 50 HRB.

Испытание на твердость по Роквеллу — одно из наиболее распространенных испытаний на твердость при вдавливании, которое было разработано для испытания на твердость.В отличие от теста Бринелля, тестер Роквелла измеряет глубину проникновения индентора при большой нагрузке (большая нагрузка) по сравнению с проникновением при предварительной нагрузке (незначительная нагрузка). Незначительная нагрузка устанавливает нулевое положение. Основная нагрузка прикладывается, затем снимается, сохраняя при этом второстепенную нагрузку. Разница между глубиной проникновения до и после приложения основной нагрузки используется для расчета числа твердости по Роквеллу . То есть глубина проникновения и твердость обратно пропорциональны.Основным преимуществом твердости по Роквеллу является ее способность отображать значения твердости напрямую . Результатом является безразмерное число, обозначенное как HRA, HRB, HRC и т. Д., Где последняя буква — соответствующая шкала Роквелла.

Испытание Rockwell C проводится с пенетратором Brale (, алмазный конус, 120 ° ) и основной нагрузкой 150 кг.

Термические свойства никелевых сплавов

Термические свойства материалов относятся к реакции материалов на изменения их температуры и на приложение тепла.Поскольку твердое тело поглощает энергию в виде тепла, его температура повышается, а его размеры увеличиваются. Но различных материалов реагируют на приложение тепла по-разному, .

Теплоемкость, тепловое расширение и теплопроводность — это свойства, которые часто имеют решающее значение при практическом использовании твердых тел.

Температура плавления никелевых сплавов

Температура плавления константана — 45Ni-55Cu составляет около 1210 ° C.

В общем случае плавление представляет собой фазовый переход вещества из твердой фазы в жидкую.Температура плавления вещества — это температура, при которой происходит это фазовое изменение. Точка плавления также определяет состояние, в котором твердое вещество и жидкость могут существовать в равновесии.

Теплопроводность никелевых сплавов

Теплопроводность константана 45Ni-55Cu составляет 21 Вт / (м · К).

Характеристики теплопередачи твердого материала измеряются с помощью свойства, называемого теплопроводностью , k (или λ), измеряемой в Вт / м.К . Это мера способности вещества передавать тепло через материал за счет теплопроводности. Обратите внимание, что закон Фурье применяется ко всем веществам, независимо от их состояния (твердое, жидкое или газообразное), поэтому он также определен для жидкостей и газов.

Теплопроводность большинства жидкостей и твердых тел зависит от температуры. Для паров это также зависит от давления. В общем:

Большинство материалов почти однородны, поэтому обычно можно записать k = k (T) .Подобные определения связаны с теплопроводностью в направлениях y и z (ky, kz), но для изотропного материала теплопроводность не зависит от направления переноса, kx = ky = kz = k.

Температурный коэффициент сопротивления константана

Температурный коэффициент сопротивления (TCR), который описывает, насколько его значение изменяется при изменении его температуры , константана — 45Ni-55Cu составляет ± 30 ppm / ° C. Обычно это выражается в единицах ppm / ° C ( частей на миллион на градус Цельсия).

Коэффициент теплового расширения константана

Линейный коэффициент теплового расширения константана при температуре от 25 до 105 ° C составляет 14,9 x 10 -6 K -1 .

Линейный коэффициент теплового расширения инвара — FeNi36 при температуре от 25 до 105 ° C составляет примерно 1,2 x 10 -6 K -1 (1,2 ppm / ° C).

Тепловое расширение — это обычно тенденция вещества изменять свои размеры в ответ на изменение температуры. Обычно это выражается как относительное изменение длины или объема на единицу изменения температуры.Тепловое расширение характерно для твердых тел, жидкостей и газов. В отличие от газов или жидкостей твердые материалы, как правило, сохраняют свою форму при тепловом расширении. Коэффициент линейного расширения обычно используется для описания расширения твердого тела, тогда как коэффициент объемного расширения более полезен для жидкости или газа.

Коэффициент линейного теплового расширения определяется как:

, где L — конкретное измерение длины, а dL / dT — скорость изменения этого линейного размера на единицу изменения температуры.

Электрическое сопротивление константана

Удельное электрическое сопротивление константана — 45Ni-55Cu составляет 4,9 x 10 −7 Ом · м, что достаточно для достижения подходящих значений сопротивления даже в очень маленьких сетях.

Удельное электрическое сопротивление и его обратное значение, , электрическая проводимость , является фундаментальным свойством материала, которое количественно определяет, насколько сильно он сопротивляется или проводит электрический ток. Низкое удельное сопротивление указывает на материал, который легко пропускает электрический ток.Символ удельного сопротивления обычно — греческая буква ρ (ро). Единица измерения удельного электрического сопротивления в системе СИ — ом-метр (Ом⋅м). Обратите внимание, что удельное электрическое сопротивление — это не то же самое, что электрическое сопротивление. Электрическое сопротивление выражается в Ом. В то время как удельное сопротивление — это свойство материала, сопротивление — это свойство объекта.

Значение удельного сопротивления нихрома — Heanjia Super-Metallic Co., Ltd.

Удельное сопротивление материала определяет его способность противостоять току.Хорошие электрические проводники имеют более низкое значение удельного сопротивления, тогда как хорошие изоляторы обладают очень большим значением удельного сопротивления. В мире химии нихромовая проволока имеет чрезвычайно высокое значение сопротивления. Удельное сопротивление обозначается rho (ρ) и определяется по формуле:


. R = ρl / A

Здесь ρ представляет собой значение удельного сопротивления провода, R представляет собой сопротивление, L представляет собой длину провода, а A представляет собой площадь поперечного сечения.Единица измерения удельного сопротивления — ом-метры (Ом · м). Нихромовая проволока не деформируется в магнитном поле, состоит из 80% никеля и 20% хрома, а ее удельное сопротивление составляет от 1,10 × 10 -6 Ом · м до 1,50 · 10 -6 Ом · м ( От 0,00000110 Ом · м до 0,00000150 Ом · м) и чрезвычайно высокой температуре кипения около 1400 ° C. Обладая низким сопротивлением и высокой температурой кипения, нихромовая проволока имеет хорошую проводимость и является подходящим материалом для производства проводов и изоляционного оборудования.Нихромовая проволока наматывается в спирали и используется в нагревательных элементах, таких как фены, тостеры и духовки. Обычно нихромовая проволока не используется в чрезмерных количествах, как медная проволока, потому что она содержит металлический хром, который является очень дорогим. Ниже приведены подробные сведения о важных характеристиках нихромового провода сопротивления . S. 9030n, Раймонд А. Сервей. Физический колледж . Пасифик Гроув, Калифорния: ThomsonLearning Inc, 2003: 538.

Библиографическая запись

Результат
(с окружающим текстом)

Стандартизированный
Результат

Материал

Удельное сопротивление (Ом · м)

Температурный коэффициент
удельного сопротивления [(° C)
]

Нихром

150 × 10 -8

0.4 × 10 -3

Нихром. Википедия, 2007.

Материал Свойство

Значение

Ед.

Ом · м

Удельное сопротивление: постоянное удельное сопротивление и температура.Schlumberger Limited, 2007.

Некоторые значения удельного сопротивления (Ом · м × 10 -8 )

Nichrom: 100

Iston . Электроника для электриков и инженеров . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Industrial Press, 1987: 34

Материал

Удельное сопротивление (Ом · м × 10 8 )

112

Государственный департамент образования. 2006 г. Справочная таблица для физических наук / Physics . Олбани, Нью-Йорк: DOE. 2006-2007 гг.

Удельное сопротивление при 20 ° C

1,50 x 10-6 (Ом · м)

Материал

Удельное сопротивление (Ом · м)

(Ом · м) 150 × 10 -8

Нагревательный элемент преобразует электрическую энергию в тепло по закону нагрева в джоулях.Когда ток проходит через нихромовую нагревательную проволоку , он противодействует току, который выделяет тепло. В стандартных нагревательных устройствах используется нихромовая проволока 80/20 , которая состоит из 80% никеля и 20% хрома. Эта проволока считается материалом с лучшим сопротивлением из-за ее высокого удельного сопротивления и способности образовывать оксид хрома, который предотвращает дальнейшее окисление сплава при его нагревании при высокой температуре. Таким образом, провод не горит и не повреждается при повышенных температурах.

Теплопроводность и электросопротивление в поликристаллическом и нанокристаллическом никеле

[1] У. Эрб, А. Эль-Шерик, патент США 5, 352, 266 (1994).

[2] Г.Паламбо, С.Дж. Торп и К. Aust: Scripta Metall. Матер. Vol. 24 (1990), с.1347.

[3] П.Л. Капица: J. Phys. (Москва), Т. 4 (1941), с.181.

[4] Р.Дж. Стоунер, Х.Дж. Марис, Т.Р. Энтони и В.Ф. Банхольцер: Phys. Rev. Lett. Vol. 68 (1992), с. 1563.

[5] Д.Дж. Кэхилл, А. Буллен, С.М. Ли: Высокая температура — высокое давление Vol. 32 (2000), с.135.

[6] С.W. Nan, R. Birringer, D.R. Кларк и Х. Глейтер: J. Appl. Phys. Vol. 81 (10) (1997), стр.6692.

[7] С.W. Nan, R. Birringer: Phys. Ред. B Том. 57 (1997), стр.8264.

[8] А.Maiti, G.D. Mahan и S.T. Pantelides: Solid State Commun. Vol. 102 (1997), стр. 517.

[9] Г.Соез, Я. Истман, Л.Дж. Томпсон, Р.Дж. Димелфи, Г. Бай и П. Бальдо: Прил. Phys. Lett. Vol. 77 (2000), с.1155.

[10] ЧАС.С. Янг, Г. Бай, Л.Дж. Томпсон и Дж. Истман: Acta Mater. Vol. 50 (2002), с. 2309.

[11] Дж.Л. МакКри, К. Ост, Г. Палумбо и У. Эрб: Матем. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 581 (2000), с.461.

[12] ASTM E 1461-07, Стандартный метод определения температуропроводности методом мгновенного испарения, ASTM International, West Conshohocken, PA.(2010).

[13] ТАК. Kasap: Принципы электронных материалов и устройств (McGraw-Hill, Нью-Йорк, 2006).

[14] R.M. Роза: структура и свойства материалов (Джон Вили и сыновья, Нью-Йорк, 1966).

Произошла ошибка при установке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Медь, плакированная никелем | Anomet Products

Anomet Products — лидер в производстве инновационных изделий из плакированной проволоки. Инженеры Anomet используют эту уникальную технологию плакированной проволоки в своей линейке проволоки и прутка из никелированной меди (KULGRID®), связывая чистый кованый никель с медью.Результатом является полная металлургическая связь между материалами, что обеспечивает полную пластичность на всех диаметрах. Гибка, формовка, штамповка и другие виды формовки возможны с использованием меди Anomet, плакированной никелем.

Подходит для любого применения, где требуются пруток или проволока с высокой проводимостью, медь Anomet, плакированная никелем, также противостоит окислению при повышенных температурах и обладает всей коррозионной стойкостью чистого никеля. Доступны от 0,010 дюйма до 1 дюйма со стандартным соотношением никеля 27% и проводимостью примерно 70% IACS.Благодаря нашей уникальной обработке доступны и другие соотношения никеля к меди. Индивидуальные конфигурации могут также включать использование никелевых сплавов и / или альтернативных материалов сердечника на основе латуни / бронзы / стали.


Медь с никелевым покрытием Anomet доступна в упаковке в виде стержней, катушек или катушек в зависимости от требований заказчика. Anomet также предлагает комплексные металлургические услуги для обеспечения качества продукции.

СТАНДАРТНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Ni CLAD Cu (KULGRID®)
СОСТАВ *
НИКЕЛЬ (%) 27%
МЕДЬ (%) 73% (Core)
ПЛОТНОСТЬ
грамм / куб.см 8.89
фунт / дюйм3 0,321
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ при 20 ° C
Ом-см 2,3
Ом на мил-фут 14
ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ (% IACS) 70%
* Доступны специальные соотношения

ВАРИАНТЫ ИЗДЕЛИЯ
ДИАМЕТР ДИАПАЗОНА 0.010 ”φ — 1.0” φ
УПАКОВКА Стержни, катушки или катушки (укажите длину)
ТЕМПЕР Отожженный через полный жесткий доступ

Позвоните или напишите нам для получения дополнительной информации, цен или образцов.

KULGRID® является товарным знаком Osram Sylvania.

Нагревание из медно-никелевого сплава


Медь-никель (также известный как медно-никелевый сплав) — это сплав меди, который содержит никель и упрочняющие элементы, такие как железо и марганец.Несмотря на высокое содержание меди, медно-никелевый сплав имеет серебристый цвет. Благодаря особым свойствам никелевых и медных сплавов они используются в различных областях промышленности, например, монетный двор, вооружение, опреснение, морское машиностроение, широко используется в химической, нефтехимической и электротехнической промышленности. Медно-никелевый сплав обладает высокой устойчивостью к коррозии в морской воде, поскольку его электродный потенциал регулируется так, чтобы он был нейтральным по отношению к морской воде. По этой причине он используется для трубопроводов, теплообменников и конденсаторов в системах морской воды, морского оборудования, а иногда и для гребных винтов, коленчатых валов и корпусов буксиров премиум-класса, рыбацких лодок и других рабочих лодок.Еще одно распространенное применение медно-никелевого сплава — это современные находящиеся в обращении монеты серебристого цвета. Типичная смесь состоит из 75% меди, 25% никеля и незначительного количества марганца. В прошлом настоящие серебряные монеты были обесценены медно-никелевым покрытием. В одножильных кабелях для термопар используется однопроводная пара проводников для термопар, таких как железо-константан, медь-константан или никель-хром / никель-алюминий. У них есть нагревательный элемент из константана или хромоникелевого сплава в медной, медно-никелевой или нержавеющей стали.

Медно-никелевые стойкие сплавы

Медно-никелевые сплавы (CuNi) — это материалы со средним и низким сопротивлением, обычно используемые в приложениях с максимальной рабочей температурой до 600 ° C (1110 ° F).

С низкими температурными коэффициентами электрического сопротивления, сопротивления и, следовательно, рабочих характеристик, неизменны независимо от температуры. Сплавы медно-никелевые механически обладают хорошей пластичностью, легко паяются и свариваются, а также обладают выдающейся коррозионной стойкостью.Эти сплавы обычно используются в сильноточных устройствах, требующих высокого уровня точности.

Проволока из медно-никелевого сплава для изготовления низкотемпературных электрических сопротивлений, таких как нагревательные кабели, шунты, автомобильные резисторы, максимальная рабочая температура которых составляет 400 ° C. Поэтому они не вмешиваются в области сопротивлений для промышленных печей. Самый известный CuNi 44 (также называемый константаном) обладает преимуществом очень низкого температурного коэффициента.

Также существуют сплавы CuMnNI химического состава медь и никель с добавкой марганца с низким удельным сопротивлением (от 0,49 до 0,05 Ом · мм² / м).

Общее название: Сплав 294, Сплав 49, Cu-Ni 44
Управление двигателем, нагревательные провода и кабели; прецизионные и стекловидные резисторы, потенциометры.
Лист данных

Общее название: Сплав 30, Cu-Ni 23, Cu-Ni 23, Сплав 260
Сплав обладает низким удельным сопротивлением и высоким температурным коэффициентом сопротивления.Типичные применения включают регуляторы напряжения, устройства синхронизации, термочувствительные резисторы, устройства компенсации температуры, управление двигателем, нагревательные провода и кабели, прецизионные и стекловидные резисторы, потенциометры и приложения для низкотемпературного нагрева.
Лист данных

Общее название: Сплав 95, Сплав 90, Cu-Ni 10, Cu-Ni 10, Сплав 320
Сплав демонстрирует низкое удельное сопротивление и высокий температурный коэффициент сопротивления. Типичные применения включают регуляторы напряжения, устройства синхронизации, термочувствительные резисторы, устройства компенсации температуры, управление двигателем, нагревательные провода и кабели, прецизионные и стекловидные резисторы, потенциометры и приложения для низкотемпературного нагрева.
Лист данных

Общее название: Сплав 180, Сплав 180, Cu-Ni 23, Никелевый сплав 180
Сплав обладает низким удельным сопротивлением и высоким температурным коэффициентом сопротивления. Типичные применения включают регуляторы напряжения, устройства синхронизации, термочувствительные резисторы, устройства компенсации температуры, управление двигателем, нагревательные провода и кабели, прецизионные и стекловидные резисторы, потенциометры и приложения для низкотемпературного нагрева.
Лист данных

Медно-никелевый резистивный нагревательный провод

Медно-никелевый резистивный нагревательный провод в основном предназначен для производства низкотемпературных электрических сопротивлений, таких как нагревательные кабели, шунты, резисторы для автомобилей, максимальная рабочая температура которых составляет 752 ° F .Поэтому они не вмешиваются в области сопротивлений для промышленных печей. Это сплавы химического состава медь + никель с добавкой марганца с низким удельным сопротивлением (от 231,5 до 23,6 Ом · мм2 / фут). Самый известный CuNi 44 (также называемый константаном) обладает преимуществом очень низкого температурного коэффициента.

Их преимущества следующие:

  • Очень хорошая устойчивость к коррозии
  • Очень хорошая пластичность
  • Очень хорошая паяемость

Медно-марганцевые сплавы (~ 84% Cu, 12% Mn с никелем, алюминием или германием в качестве оставшейся составляющей).Эти сплавы Cu-Mn-Ni продаются под различными патентованными названиями, а манганин, первый сплав этой группы, в течение многих лет был традиционным материалом для высококачественных стандартных резисторов. Удельное сопротивление составляет около 40 × 10-8 Ом · м и изменяется приблизительно параболически с температурой в диапазоне от 0 до 50 ° C, с максимумом, близким к 20 ° C. Температурный коэффициент может составлять всего 3 × 10-6 ° C-1 в диапазоне от 15 ° C до 20 ° C. Его долговременная стабильность очень хороша и, если провода поддерживаются без деформаций, может составлять менее 1 из 107 в год.Термо-ЭДС. сплавов по отношению к меди близка к нулю и может быть положительной или отрицательной в зависимости от состава и термообработки. Соединения между медно-марганцевыми сплавами и медью наиболее эффективно выполняются сваркой в ​​атмосфере аргона и твердой пайкой, если сварка нецелесообразна.

Медно-никелевые сплавы (~ 55% Cu, 45% Ni). Эти сплавы коммерчески производятся под широким спектром патентованных наименований и используются в конструкции стандартных резисторов.Удельное сопротивление составляет около 50 × 10-8 Ом · м с температурным коэффициентом, который может находиться в пределах ± 0,000 04 ° C-1. Сплавы можно легко паять мягким припоем, но их высокая термоэдс. по сравнению с медью (~ 40 мкВ ° C − 1) является недостатком при постоянном токе. резисторы, хотя при переменном токе эффект обычно незначителен. резисторы падают на 1 вольт или более. Эти сплавы также используются для резисторов, регулирующих ток, когда постоянство важнее низкой стоимости.

Медно-никелевый сплав разработан для специализированных электрических и электронных приложений.Он имеет очень низкий температурный коэффициент сопротивления и среднее удельное электрическое сопротивление. Используется для прецизионных резисторов с проволочной обмоткой и биметаллических контактов, которые при нагревании изменяются за счет электрического сопротивления.

Медно-никелевый сплав с низким сопротивлением используется в теплообменниках и конденсаторах . Хорошая теплопроводность и коррозионная стойкость к требуемым расходам морской воды позволили медно-никелевым трубам оставаться признанным сплавом там, где требуется высокая надежность.Медно-никелевый сплав типа 70-30, обладающий превосходной свариваемостью. Он устойчив к коррозии и биообрастанию в морской воде, имеет хорошую усталостную прочность и относительно высокую теплопроводность. Используется для конденсаторов морской воды, пластин конденсаторов, дистилляционных труб, трубок испарителя и теплообменника, а также трубопроводов для морской воды.

Свойства медно-никелевого сплава

  • Низкая общая скорость коррозии в морской воде Общая скорость коррозии медно-никелевых сплавов обычно составляет порядка 0.0025-0,025 мм / год, что делает этот сплав подходящим для большинства морских применений.
  • Устойчивость к коррозионному растрескиванию под напряжением из-за аммиака в морской воде Сплавы на основе меди (например, латунь) могут быть подвержены аммиачному коррозионному растрескиванию под напряжением. Однако медно-никелевый сплав имеет наивысшую стойкость к этому, и коррозия под напряжением в морской воде не является проблемой.
  • Высокая устойчивость к щелевой коррозии и стрессовой коррозии из-за хлоридов Медно-никелевый сплав не подвержен щелевой коррозии и коррозионному растрескиванию под напряжением, характерным для нержавеющих сталей.Таким образом, нет ограничений по температуре для использования в хлоридных средах.
  • Хорошая стойкость к питтингу Устойчивость к питтингу в чистой морской воде хорошая, и если ямы все же возникают, они, как правило, бывают широкими и мелкими по своей природе, а не поднутрениями.
  • Легко сваривается и не требует послесварочной термообработки Медно-никелевый сплав легко сваривается обычными методами сварки. Сплав также можно сваривать со сталью.
  • Простота изготовления Можно использовать методы горячей и холодной обработки, но из-за хорошей пластичности сплава обычно предпочтительна холодная обработка.

Медно-никелевая фольга для нагревательных элементов

Медно-никелевая фольга — это чрезвычайно хорошее комбинированное свойство, которое широко используется в качестве коррозионно-стойкого сплава. Этот сплав в плавиковой кислоте и среде фтористого газа с отличной коррозионной стойкостью, а также к горячей концентрированной щелочи. В то же время он устойчив к коррозии нейтральным раствором, морской водой, воздухом, органическими соединениями. Важной особенностью этого медно-никелевого сплава, как правило, является отсутствие коррозионного растрескивания под напряжением и хорошая режущая способность.Сплав Cu-Ni Foil представляет собой однофазный твердый раствор высокой интенсивности.

Cu — Ni Сплав фольги во фторидном газе, соляной кислоте, серной кислоте, фтористоводородной кислоте и их производных имеет очень хорошую коррозионную стойкость и более высокую коррозионную стойкость, чем сплав меди в морской воде. Кислая среда: фольга из сплава Cu-Ni имеет коррозионную стойкость при концентрации серной кислоты менее 85%. Сплав медно-никелевой фольги — важный материал, устойчивый к плавиковой кислоте. Водная коррозия: сплав медно-никелевой фольги в большинстве случаев коррозии воды, не только отличная коррозионная стойкость, но и меньшая точечная коррозия, коррозия под напряжением, скорость коррозии менее 0.025мм. Высокотемпературная коррозия: фольга из сплава Cu-Ni для работы при самой высокой температуре около 600 ° C в целом на воздухе, в высокотемпературном паре, скорость коррозии менее 0,026 мм. Аммиак: фольга из сплава Cu-Ni может быть устойчива к водному аммиаку и коррозии в аминных условиях при температуре ниже 585 ° C из-за высокого содержания никеля.

Медно-никелевый сплав медно-никелевой фольги

является универсальным материалом во многих промышленных применениях:

  1. Бесшовная водопроводная труба на энергетическом заводе
  2. Теплообменник и испаритель морской воды
  3. Среда серной и соляной кислоты
  4. Перегонка сырой нефти
  5. Морская вода в оборудовании и гребном валу
  6. Атомная промышленность и используется в производстве оборудования для разделения изотопов обогащения урана
  7. Производство оборудования соляной кислоты, используемого в производстве насосов и клапанов.

Нагреватель из медно-никелевого сплава

Электрический резистивный нагреватель, в котором используется нагревательный кабель из медно-никелевого сплава. Этот нагревательный кабель для металлургии значительно менее подвержен отказу из-за локального перегрева, поскольку сплав имеет низкий температурный коэффициент сопротивления. Нагревательный кабель, используемый в качестве нагревателя скважины, позволяет нагревать длинные участки подземной формации с помощью источника питания от 400 до 1200 вольт.

Медно-никелевый электрод Электрические нагреватели с низким сопротивлением, подходящие для обогрева подземных формаций на большие расстояния, разрабатывались в течение многих лет.Было обнаружено, что эти нагреватели полезны для карбонизации углеводородсодержащих зон для использования в качестве электродов в пластах-коллекторах, для увеличения добычи нефти и для извлечения углеводородов из горючих сланцев. Один процесс заключается в создании электродов с использованием подземного обогревателя. Используемый нагреватель способен нагревать интервал от 20 до 30 метров в подземных горючих сланцах до температур 500 ° C. до 1000 ° С. В качестве нагревательного элемента сердечника используются резисторы из железа или хрома. Эти нагревательные элементы имеют высокое сопротивление, и для того, чтобы нагреватель мог работать в течение длительного интервала с приемлемым тепловым потоком, требуется относительно большое напряжение.Было бы предпочтительно использовать материал с более низким сопротивлением. Кроме того, было бы предпочтительно использовать пластичный материал, чтобы сделать нагреватель более экономичным.

Раскрыты подземные нагреватели, имеющие нагревательные элементы с медным сердечником. Эта сердцевина имеет низкое сопротивление, что позволяет нагревать большие интервалы подземной земли с разумным напряжением на элементах. Кроме того, поскольку медь является ковким материалом, изготовление этого нагревателя намного экономичнее.Эти обогреватели могут нагревать земные формации с интервалом 1000 футов до температур от 600 ° C до 1000 ° C с мощностью нагрева от 100 до 200 Вт на фут с источником питания 1200 вольт. Но и медь как материал для нагревательного элемента имеет недостатки. Когда температура медного нагревательного элемента увеличивается, электрическое сопротивление увеличивается с нежелательно высокой скоростью. Если сегмент нагревательной спирали становится чрезмерно горячим, увеличение электрического сопротивления горячего сегмента вызывает каскадный эффект, который может привести к выходу элемента из строя.

Подземный нагреватель, в котором используется электрический резистивный нагревательный элемент, имеющий более низкий температурный коэффициент сопротивления, не только улучшит температурную стабильность, но и упростит схему источника питания. Таким образом, целью является создание улучшенного нагревателя, способного нагревать большие интервалы подземной земли, в котором нагревательный элемент имеет низкий температурный коэффициент сопротивления, низкое электрическое сопротивление и использует сердцевину из пластичного металлического материала.

Когда этот медно-никелевый сплав включен в такой нагревательный кабель, преимущества нагревателя с низким сопротивлением достигаются наряду с преимуществом наличия низкого температурного коэффициента сопротивления.Материал кабеля нагревателя также податлив. Таким образом, такой нагреватель можно использовать для нагрева подземных интервалов земли до температур от 500 ° C до 1000 ° C, используя напряжения в диапазоне от 400 до 1000 вольт.

Эти нагревательные змеевики из медно-никелевого сплава с меньшей вероятностью выйдут из строя преждевременно, потому что сопротивление кабеля в горячих сегментах намного ближе к сопротивлению оставшейся катушки. Поэтому горячие точки имеют меньшую тенденцию к продолжению повышения температуры из-за более высокого электрического сопротивления, вызывающего преждевременный выход из строя.Электрическое сопротивление элемента из медно-никелевого сплава также меньше изменяется между начальным холодным состоянием и рабочими температурами, что упрощает схему источника питания. Преимущества нагревательного элемента из медно-никелевого сплава с низким сопротивлением и низким температурным коэффициентом сопротивления наиболее значительны, когда нагреватель передает тепло на большие интервалы подземной земли и при уровне температуры от 600 ° C до 1000 ° C через определенные промежутки времени. 1000 футов и более могут быть нагреты с помощью этих обогревателей.

Статья предоставлена ​​Copper Development Association Inc. Применяется для нагревательных шнуров и матов. Медь, никель, купро-никель или сплав 60 характеризуется низким удельным сопротивлением, средней стойкостью к окислению и химической коррозии. Максимальная рабочая температура составляет 300 ° C для нагревательных кабелей и электросварной арматуры.

Нихромовая проволока

Нихром 20

Этот сплав имеет умеренную стойкость к окислению.

Применения: Огнеупорные анкерные болты, крепежные элементы и клеммы, прикрепленные к никель-хромовым нагревательным элементам.

Нихром 30

Этот сплав также используется для нагревательных кабелей и канатных нагревателей в элементах размораживания и антиобледенения, резисторах, обогревателях пола, электрических одеялах и подушках, обогревателях плинтусов и автомобильных сиденьях.

Применения: Реостаты для тяжелых условий эксплуатации, нагреватели с открытым змеевиком в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, ночные нагреватели, сплошные горячие плиты, конвекционные нагреватели и тепловентиляторы.

Нихром 40

Применения: Ночные обогреватели, конвекционные обогреватели, сверхмощные реостаты, тепловентиляторы, нагревательные кабели и канатные обогреватели в элементах размораживания и антиобледенения, электрические одеяла и подкладки, автомобильные сиденья, обогреватели плинтусов и напольные обогреватели, а также резисторы.

Нихром 60

Нихром 60 идеален для использования в качестве нагревательных элементов в бытовых сетях и в условиях умеренной жары и высокой влажности.

Области применения: трубчатые элементы в металлической оболочке, используемые, например, в плитах, грилях, тостерах и нагревателях. Сплав также используется для подвесных змеевиков в воздухонагревателях сушилок для одежды, тепловентиляторов, сушилках для рук.

Нихром 70

Нихром 70 отлично подходит для восстановления атмосферы, так как не подвержен «зеленой гнили».

Применение: Нихромовая проволока этого типа используется в электрических нагревательных элементах промышленных печей.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

2022 © Все права защищены.