ما هي المقاومة الكهربائية؟

يتم إنشاء التيار الكهربائي I في أي مادة من خلال حركة الجسيمات المشحونة في اتجاه معين بسبب استخدام الطاقة الخارجية (فرق الجهد U). كل مادة لها خصائص فردية تؤثر على تدفق التيار فيها بطرق مختلفة. يتم تقييم هذه الخصائص من خلال المقاومة الكهربائية R.

حدد جورج أوم بشكل تجريبي العوامل التي تؤثر على حجم المقاومة الكهربائية لمادة معينة صيغة اعتمادها الجهد والتيار الذي سمي باسمه. سميت وحدة المقاومة SI من بعده. 1 أوم هي قيمة المقاومة المقاسة عند 0 درجة مئوية لعمود متجانس من الزئبق يبلغ طوله 106.3 سم ومساحته المقطعية 1 مم 2.

تعريف

من أجل تقييم وتطبيق مواد عملية لإنتاج الأجهزة الكهربائية ، تم إدخال مصطلح "مقاومة الموصل" ... تشير الصفة المضافة "محددة" إلى معامل استخدام القيمة المرجعية للحجم المقبول للمادة المعنية. هذا يجعل من الممكن تقييم المعلمات الكهربائية للمواد المختلفة.

في هذه الحالة ، يؤخذ في الاعتبار أن مقاومة السلك تزداد بزيادة طوله وانخفاض المقطع العرضي. يستخدم نظام SI حجم سلك متجانس بطول متر واحد و 1 متر مربع في المقطع العرضي ... في الحسابات التقنية ، يتم استخدام وحدة حجم قديمة ولكنها مناسبة خارج النظام ، تتكون من طول متر واحد ومساحة 1 مم 2 ... معادلة المقاومة ρ موضحة في الشكل.

لتحديد الخواص الكهربائية للمواد ، يتم إدخال خاصية أخرى - التوصيل النوعي ب. يتناسب عكسياً مع قيمة المقاومة ، ويحدد قدرة المادة على توصيل التيار الكهربائي: b = 1 / p.

كيف تعتمد المقاومة على درجة الحرارة

تتأثر موصلية المادة بدرجة حرارتها. لا تتصرف المجموعات المختلفة من المواد بالطريقة نفسها عند تسخينها أو تبريدها. تؤخذ هذه الخاصية في الاعتبار بالنسبة للأسلاك الكهربائية التي تعمل في الهواء الطلق في الطقس الحار والبارد.

يتم اختيار المواد والمقاومة المحددة للموصل مع مراعاة ظروف تشغيله.

تفسر الزيادة في مقاومة الأسلاك لمرور التيار أثناء التسخين بحقيقة أنه مع زيادة درجة حرارة المعدن فيه ، تزداد شدة حركة الذرات وناقلات الشحنات الكهربائية في جميع الاتجاهات ، مما يخلق عوائق غير ضرورية لحركة الجسيمات المشحونة في اتجاه واحد ويقلل من قيمة تدفقها.

إذا انخفضت درجة حرارة المعدن ، تتحسن ظروف مرور التيار.عند التبريد إلى درجة حرارة حرجة ، تظهر ظاهرة الموصلية الفائقة في العديد من المعادن ، عندما تكون مقاومتها الكهربائية صفرًا تقريبًا. تستخدم هذه الخاصية على نطاق واسع في المغناطيسات الكهربائية عالية الطاقة.

تستخدم الصناعة الكهربائية تأثير درجة الحرارة على موصلية المعادن في تصنيع المصابيح المتوهجة العادية. لهم خيط نيتشروم عندما يتم تمرير التيار ، يتم تسخينه إلى هذه الحالة التي ينبعث منها تدفق ضوئي. في ظل الظروف العادية ، تبلغ مقاومة النيتشروم حوالي 1.05 1.4 (أوم ∙ مم 2) / م.

عندما يتم تشغيل المصباح تحت الجهد ، يمر تيار كبير عبر الفتيل ، مما يؤدي إلى تسخين المعدن بسرعة كبيرة. وفي الوقت نفسه ، تزداد مقاومة الدائرة الكهربائية ، مما يحد من تيار البدء إلى القيمة الاسمية اللازمة للحصول على الإضاءة . بهذه الطريقة ، يتم إجراء تنظيم بسيط لقوة التيار عن طريق حلزوني نيتشروم ، ولا داعي لاستخدام كوابح معقدة تستخدم في مصادر LED ومصادر الفلورسنت.

كيف هي مقاومة المواد المستخدمة في الهندسة

تتمتع المعادن الثمينة غير الحديدية بأفضل خصائص التوصيل الكهربائي. لذلك ، فإن الاتصالات الحرجة في الأجهزة الكهربائية مصنوعة من الفضة. لكن هذا يزيد السعر النهائي للمنتج بأكمله. الخيار الأكثر قبولًا هو استخدام معادن أرخص. على سبيل المثال ، مقاومة النحاس التي تساوي 0.0175 (أوم ∙ مم 2) / م مناسبة تمامًا لهذه الأغراض.

المعادن النبيلة - الذهب والفضة والبلاتين والبلاديوم والإيريديوم والروديوم والروثينيوم والأوزميوم ، والتي سميت أساسًا بمقاومتها الكيميائية العالية والمظهر الجميل في المجوهرات.كما أن الذهب والفضة والبلاتين يتمتعان بمرونة عالية ، كما أن معادن مجموعة البلاتين مقاومة للصهر ، ومثل الذهب ، فهو خامل كيميائيًا. تتحد مزايا المعادن الثمينة هذه.

تُستخدم سبائك النحاس ذات الموصلية الجيدة لعمل تحويلات تحد من تدفق التيارات الكبيرة عبر رأس القياس لمقاييس التيار القوية.

مقاومة الألومنيوم 0.026 × 0.029 (أوم ∙ مم 2) / م أعلى قليلاً من مقاومة النحاس ، لكن إنتاج وسعر هذا المعدن أقل. كما أنها أخف وزنا. وهذا ما يفسر استخدامها على نطاق واسع في الكهرباء لإنتاج الأسلاك الخارجية ونوى الكابلات.

تسمح مقاومة الحديد 0.13 (أوم ∙ مم 2) / م أيضًا باستخدامها لنقل التيار الكهربائي ، لكن هذا يؤدي إلى فقد طاقة أكبر. زادت سبائك الصلب القوة. لذلك ، يتم نسج خيوط الفولاذ في الموصلات العلوية المصنوعة من الألومنيوم لخطوط الطاقة عالية الجهد المصممة لتحمل الأحمال المكسورة.

هذا صحيح بشكل خاص عندما يتشكل الجليد على الأسلاك أو هبوب رياح قوية.

تتمتع بعض السبائك ، على سبيل المثال قسطنطين ونيكلين ، بخصائص مقاومة مستقرة حرارياً ضمن نطاق معين. لا تتغير المقاومة الكهربائية لـ Nickeline عمليًا من 0 إلى 100 درجة مئوية. لذلك ، فإن ملفات الريوستات مصنوعة من النيكل.

في أدوات القياس ، تُستخدم على نطاق واسع خاصية التغيير الصارم في قيم مقاومة البلاتين فيما يتعلق بدرجة حرارته. إذا تم تمرير تيار كهربائي من مصدر جهد ثابت عبر سلك بلاتيني وتم حساب قيمة المقاومة ، فسيشير ذلك إلى درجة حرارة البلاتين.هذا يسمح بتدرج المقياس بالدرجات المقابلة لقيم أوم. تسمح لك هذه الطريقة بقياس درجة الحرارة بدقة كسور الدرجة.

في بعض الأحيان ، لحل المشكلات العملية ، تحتاج إلى معرفة المقاومة العامة أو المحددة للكابل ... لهذا الغرض ، توفر أدلة منتج الكبل قيم المقاومة الاستقرائية والنشطة لنواة واحدة لكل قيمة من قيمة المقطع العرضي. يتم استخدامها لحساب الأحمال المسموح بها والحرارة المتولدة وتحديد ظروف التشغيل المسموح بها واختيار الحماية الفعالة.

تتأثر الموصلية النوعية للمعادن بكيفية معالجتها. يؤدي استخدام الضغط من أجل تشوه البلاستيك إلى تعطيل البنية الشبكية البلورية ، ويزيد من عدد العيوب ، ويزيد من المقاومة. لتقليله ، يتم استخدام التلدين لإعادة التبلور.

يؤدي شد أو ضغط المعادن إلى حدوث تشوه مرن فيها ، حيث تنخفض اتساع الاهتزازات الحرارية للإلكترونات ، وتقل المقاومة إلى حد ما.

عند تصميم أنظمة التأريض ، من الضروري أن تأخذ في الاعتبار مقاومة التربة... تختلف حسب التعريف عن الطريقة المذكورة أعلاه ويتم قياسها بوحدات SI - أوم. متر. بمساعدتها ، يتم تقييم جودة توزيع التيار الكهربائي داخل الأرض.
اعتماد مقاومة التربة على رطوبة التربة ودرجة حرارتها:

تتأثر موصلية التربة بالعديد من العوامل ، بما في ذلك رطوبة التربة ، وكثافتها ، وحجم الجسيمات ، ودرجة الحرارة ، وتركيز الأملاح ، والأحماض ، والقواعد.