+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Удельное сопротивление железо медь — Морской флот

В связи с тем, что существует два типа электрических сопротивлений –

В связи с электромагнитными явлениями, возникающими в проводниках при прохождении через него переменного тока в них возникает два важных для их электротехнических свойств физических явления.

Два последних явления делают неэффективным применение проводников радиусом больше характерной глубины проникновения электрического тока в проводник. Эффективный диаметр проводников (2RБхар): 50Гц -7 Ом. Используя микроомметры, можно определить качество электрических контактов, сопротивление электрических шин, обмоток трансформаторов, электродвигателей и генераторов, наличие дефектов и инородного металла в слитках (например, сопротивление слитка чистого золота вдвое ниже позолоченного слитка вольфрама).

Для расчета длины провода, его диаметра и необходимого электрического сопротивления, необходимо знать удельное сопротивление проводников ρ.

В международной системе единиц удельное сопротивление ρ выражается формулой:

Оно означает: электрическое сопротивление 1 метра провода (в Омах), сечением 1 мм 2 , при температуре 20 градусов по Цельсию.

Таблица удельных сопротивлений проводников

Материал проводникаУдельное сопротивление ρ в
Серебро
Медь
Золото
Латунь
Алюминий
Натрий
Иридий
Вольфрам
Цинк
Молибден
Никель
Бронза
Железо
Сталь
Олово
Свинец
Никелин (сплав меди, никеля и цинка)
Манганин (сплав меди, никеля и марганца)
Константан (сплав меди, никеля и алюминия)
Титан
Ртуть
Нихром (сплав никеля, хрома, железа и марганца)
Фехраль
Висмут
Хромаль
0,015
0,0175
0,023
0,025. 0,108
0,028
0,047
0,0474
0,05
0,054
0,059
0,087
0,095. 0,1
0,1
0,103. 0,137
0,12
0,22
0,42
0,43. 0,51
0,5
0,6
0,94
1,05. 1,4
1,15. 1,35
1,2
1,3. 1,5

Из таблицы видно, что железная проволока длиной 1 м и сечением 1 мм 2 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 мм 2 . Серебро – лучший проводник, но стоимость серебра исключает возможность его массового применения. После серебра в таблице идет медь: 1 м медной проволоки сечением 1 мм 2 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 мм 2 .

Пример 1. Определить сопротивление 200 м железной проволоки сечением 5 мм 2 .

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

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 мм 2 . Определить необходимую длину проволоки.

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

Пример 5. Проволока сечением 0,5 мм 2 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.

Если при температуре t сопротивление проводника равно r

, а при температуре t равно rt, 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).

Значения температурного коэффициента для некоторых металлов

Металлα
Серебро
Медь
Железо
Вольфрам
Платина
0,0035
0,0040
0,0066
0,0045
0,0032
Ртуть
Никелин
Константан
Нихром
Манганин
0,0090
0,0003
0,000005
0,00016
0,00005

Из формулы температурного коэффициента сопротивления определим rt:

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

Материалы высокой проводимости

К наиболее широкораспрстраненным материалам высокой проводимости следует отнести медь и алюминий (Сверхпроводящие материалы, имеющие типичное сопротивление в 10 -20 раз ниже обычных проводящих материалов (металлов) рассматриваются в разделе Сверхпроводимость).

Преимущества меди, обеспечивающие ей широкое применение в качестве проводникового материала, следующие:

  1. малое удельное сопротивление;
  2. достаточно высокая механическая прочность;
  3. удовлетворительная в большинстве случаев применения стойкость по отношению к коррозии;
  4. хорошая обрабатываемость: медь прокатывается в листы, ленты и протягивается в проволоку, толщина которой может быть доведена до тысячных долей миллиметра;
  5. относительная легкость пайки и сварки.

Медь получают чаще всего путем переработки сульфидных руд. После ряда плавок руды и обжигов с интенсивным дутьем медь, предназначенная для электротехнических целей, обязательно проходит процесс электролитической очистки.

В качестве проводникового материала чаще всего используется медь марок М1 и М0. Медь марки М1 содержит 99.9% Cu, а в общем количестве примесей (0.1%) кислорода должно быть не более 0,08%. Присутствие в меди кислорода ухудшает ее механические свойства. Лучшими механическими свойствами обладает медь марки М0, в которой содержится не более 0.05% примесей, в том числе не свыше 0.02% кислорода.

Медь является сравнительно дорогим и дефицитным материалом, поэтому она все шире заменяется другими металлами, особенно алюминием.

В отдельных случаях применяются сплавы меди с оловом, кремнием, фосфором, бериллием, хромом, магнием, кадмием. Такие сплавы, носящие название бронз, при правильно подобранном составе имеют значительно более высокие механические свойства, чем чистая медь.

Алюминий

Алюминий является вторым по значению после меди проводниковым материалом. Это важнейший представитель так называемых легких металлов: плотность литого алюминия около 2.6, а прокатанного – 2.7 Мг/м 3 . Т.о., алюминий примерно в 3.5 раза легче меди. Температурный коэффициент расширения, удельная теплоемкость и теплота плавления алюминия больше, чем меди. Вследствие высоких значений удельной теплоемкости и теплоты плавления для нагрева алюминия до температуры плавления и перевода в расплавленное состояние требуется большая затрата тепла, чем для нагрева и расплавления такого же количества меди, хотя температура плавления алюминия ниже, чем меди.

Алюминий обладает пониженными по сравнению с медью свойствами – как механическими, так и электрическими. При одинаковом сечении и длине электрическое сопротивление алюминиевого провода в 1.63 раза больше, чем медного. Весьма важно, что алюминий менее дефицитен, чем медь.

Для электротехнических целей используют алюминий, содержащий не более 0.5% примесей, марки А1. Еще более чистый алюминий марки АВ00 (не более 0.03% примесей) применяют для изготовления алюминиевой фольги, электродов и корпусов электролитических конденсаторов. Алюминий наивысшей чистоты АВ0000 имеет содержание примесей не более 0ю004%. Добавки Ni, Si, Zn или Fe при содержании их 0.5% снижают γ отожженного алюминия не более, чем на 2-3%. Более заметное действие оказывают примеси Cu, Ag и Mg, при том же массовом содержании снижающие γ алюминия на 5-10%. Очень сильно снижают электропроводность алюминия Ti и Mn.

Алюминий весьма активно окисляется и покрывается тонкой оксидной пленкой с большим электрическим сопротивлением. Эта пленка предохраняет металл от дальнейшей коррозии.

Алюминиевые сплавы обладают повышенной механической прочностью. Примером такого сплава является альдрей, содержащий 0.3-0.5% Mg, 0.4-0.7% Si и 0.2-0.3% Fe. В альдрее образуется соединение Mg2Si, которое сообщает высокие механические свойства сплаву.

Железо и сталь

Железо (сталь) как наиболее дешевый и доступный металл, обладающий к тому же высокой механической прочностью, представляет большой интерес для использования в качестве проводникового материала. Однако даже чистое железо имеет значительно более высокое сравнительно с медью и алюминием удельное сопротивление; ρ стали, т.е. железа с примесью углерода и других элементов, еще выше. Обычная сталь обладает малой стойкостью коррозии: даже при нормальной температуре, особенно в условиях повышенной влажности, она быстро ржавеет; при повышении температуры скорость коррозии резко возрастает. Поэтому поверхность стальных проводов должна быть защищена слоем более стойкого материала. Обычно для этой цели применяют покрытие цинком.

В ряде случаев для уменьшения расхода цветных металлов применяют так называемый биметалл. Это сталь, покрытая снаружи слоем меди, причем оба металла соединены друг с другом прочно и непрерывно.

Натрий

Весьма перспективным проводниковым материалом является металлический натрий. Натрий может быть получен электролизом расплавленного хлористого натрия NaCl в практически неограниченных количествах. Из сравнения свойств натрия со свойствами других проводниковых металлов видно, что удельное сопротивление натрия примерно в 2.8 раза больше ρ меди и в 1.7 раз больше ρ алюминия, но благодаря чрезвычайно малой плотности натрия (плотность его почти в 9 раз меньше плотности меди), провод из натрия при данной проводимости на единицу длины должен быть значительно легче, чем провод из любого другого металла. Однако натрий чрезвычайно активен химически (он интенсивно окисляется на воздухе, бурно реагирует с водой), почему натриевый провод должен быть защищен герметизирующей оболочкой. Оболочка должна придавать проводу необходимую механическую прочность, так как натрий весьма мягок и имеет малый предел прочности при деформациях.

Литература по удельному сопротивлению проводников

  1. Кузнецов М. И., «Основы электротехники» – 9-е издание, исправленное – Москва: Высшая школа, 1964 – 560с.
  2. Бачелис Д. С., Белоруссов Н. И., Саакян А. Е. Электрические кабели, провода и шнуры. Справочник. — М.: Энергия, 1971.
  3. Гершун А. Л. Кабель // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  4. Р. Лакерник, Д. Шарле. От меди к стеклу // Наука и жизнь. — 1986. — Вып. 08. — С. 50—54, 2-3 стр. цветной вкладки.
НОВОСТИ ФОРУМА
Рыцари теории эфира
13.06.2019 – 05:11: ЭКОЛОГИЯ – Ecology ->
[center][Youtube]tXZcSDqQ9A4[/Youtube][/center]

[center][b]Гибель пчел в Курчатовском районе [/center]

[center][b]Массовая гибель пчёл 2019. г. Павловск Воронежской об [/center]л

[center][b]Массовая гибель пчел в Добринском районе. В чем причина? [/center]

Такая же мысля у всей ростовщической глобалистской шайки, включая придурка Грефа.

Так, то оно, так. Но, не совсем. Ибо:
(постарайтесь понять, а не обижаться)

Горькая истина заключается в том, что людская толпа – это сборище умственно ущербных.
Если бы было по-другому, то обществом бы не правили подонки.
Умные люди никогда такого не допустили бы, а если случайно допустили, то нашли бы способ исправить.

Страшная истина заключается в том, что людской толпой управляет нелюдь, которая также умственно ущербна.
Умственная ущербность, слепота власти ведет мир людей к тотальной гибели, ибо люди,
даже те, кто мнит себя очень умными, типа спецов, разрабатывающих системы искусственного интеллекта,
технологии цифровизации, не понимают, что создают необоримую удавку, мышеловку для всего человечества.

Как только ИИ возьмет власть, он тут же отправит своих создателей, как конкурентов, в утиль.
Первыми жертвами будут его радетели типа грефа, путина, гейтса и иже с ними, то есть власть,
так как именно от них будет исходить главная опасность для его планетарной власти.
Толпе будет позволено существовать, пока ее не заменят роботы.
А потом всем Холокост. Не лживый еврейский, а реальное всесожжение рода человеческого.

Если кто пораскинет своими обезьяньими мозгами, то поймёт, что эволюция – есть синоним геноцида:
новое заменяет, то есть ликвидирует старое.
Обезьяны породили неандертальцев.
Неандертальцы съели обезьян и породили людей.
Люди вытеснили обезьян, включая и умных неандертальцев, и породили ИИ.
ИИ ликвидирует людей.

Удельное сопротивление металлов является мерой их свойства противодействовать прохождению электрического тока. Эта величина выражается в Ом-метр (Ом⋅м). Символ, обозначающий удельное сопротивление, является греческая буква ρ (ро). Высокое удельное сопротивление означает, что материал плохо проводит электрический заряд.

Удельное сопротивление

Удельное электрическое сопротивление определяется как отношение между напряженностью электрического поля внутри металла к плотности тока в нем:

где:
ρ — удельное сопротивление металла (Ом⋅м),
Е — напряженность электрического поля (В/м),
J — величина плотности электрического тока в металле (А/м2)

Если напряженность электрического поля (Е) в металле очень большая, а плотность тока (J) очень маленькая, это означает, что металл имеет высокое удельное сопротивление.

Обратной величиной удельного сопротивления является удельная электропроводность, указывающая, насколько хорошо материал проводит электрический ток:

σ — проводимость материала, выраженная в сименс на метр (См/м).

Электрическое сопротивление

Электрическое сопротивление, одно из составляющих закона Ома, выражается в омах (Ом). Следует заметить, что электрическое сопротивление и удельное сопротивление — это не одно и то же. Удельное сопротивление является свойством материала, в то время как электрическое сопротивление — это свойство объекта.

Электрическое сопротивление резистора определяется сочетанием формы и удельным сопротивлением материала, из которого он сделан.

Например, проволочный резистор, изготовленный из длинной и тонкой проволоки имеет большее сопротивление, нежели резистор, сделанный из короткой и толстой проволоки того же металла.

В тоже время проволочный резистор, изготовленный из материала с высоким удельным сопротивлением, обладает большим электрическим сопротивлением, чем резистор, сделанный из материала с низким удельным сопротивлением. И все это не смотря на то, что оба резистора сделаны из проволоки одинаковой длины и диаметра.

В качестве наглядности можно провести аналогию с гидравлической системой, где вода прокачивается через трубы.

  • Чем длиннее и тоньше труба, тем больше будет оказано сопротивление воде.
  • Труба, заполненная песком, будет больше оказывать сопротивление воде, нежели труба без песка

Сопротивление провода

Величина сопротивления провода зависит от трех параметров: удельного сопротивления металла, длины и диаметра самого провода. Формула для расчета сопротивления провода:


где:
R — сопротивление провода (Ом)
ρ — удельное сопротивление металла (Ом.m)
L — длина провода (м)
А — площадь поперечного сечения провода (м2)

В качестве примера рассмотрим проволочный резистор из нихрома с удельным сопротивлением 1.10×10-6 Ом.м. Проволока имеет длину 1500 мм и диаметр 0,5 мм. На основе этих трех параметров рассчитаем сопротивление провода из нихрома:

R=1,1*10 -6 *(1,5/0,000000196) = 8,4 Ом

Нихром и константан часто используют в качестве материала для сопротивлений. Ниже в таблице вы можете посмотреть удельное сопротивление некоторых наиболее часто используемых металлов.

Поверхностное сопротивление

Величина поверхностного сопротивления рассчитывается таким же образом, как и сопротивление провода. В данном случае площадь сечения можно представить в виде произведения w и t:


Для некоторых материалов, таких как тонкие пленки, соотношение между удельным сопротивлением и толщиной пленки называется поверхностное сопротивление слоя RS:

где RS измеряется в омах. При данном расчете толщина пленки должна быть постоянной.

Часто производители резисторов для увеличения сопротивления вырезают в пленке дорожки, чтобы увеличить путь для электрического тока.

Свойства резистивных материалов

Удельное сопротивление металла зависит от температуры. Их значения приводится, как правило, для комнатной температуры (20°С). Изменение удельного сопротивления в результате изменения температуры характеризуется температурным коэффициентом.

Например, в термисторах (терморезисторах) это свойство используется для измерения температуры. С другой стороны, в точной электронике, это довольно нежелательный эффект.
Металлопленочные резисторы имеют отличные свойства температурной стабильности. Это достигается не только за счет низкого удельного сопротивления материала, но и за счет механической конструкции самого резистора.

Много различных материалов и сплавов используются в производстве резисторов. Нихром (сплав никеля и хрома), из-за его высокого удельного сопротивления и устойчивости к окислению при высоких температурах, часто используют в качестве материала для изготовления проволочных резисторов. Недостатком его является то, что его невозможно паять. Константан, еще один популярный материал, легко паяется и имеет более низкий температурный коэффициент.

В данной статье мы подробно разберем что такое удельное сопротивление и электропроводность, ясно опишем все формулы с помощью примеров задач, а так же дадим вам таблицу удельных сопротивлений некоторых проводников.

Описание

Закон Ома гласит, что, когда источник напряжения (V) подается между двумя точками в цепи, между ними будет протекать электрический ток (I), вызванный наличием разности потенциалов между этими двумя точками. Количество протекающего электрического тока ограничено величиной присутствующего сопротивления (R). Другими словами, напряжение стимулирует протекание тока (движение заряда), но это сопротивление препятствует этому.

Мы всегда измеряем электрическое сопротивление в Омах, где Ом обозначается греческой буквой Омега, Ω. Так, например: 50 Ом, 10 кОм или 4,7 МОм и т.д. Проводники (например, провода и кабели) обычно имеют очень низкие значения сопротивления (менее 0,1 Ом), и, таким образом, мы можем пренебречь ими, как мы предполагаем в расчетах анализа цепи, что провода имеют ноль сопротивление. С другой стороны, изоляторы (например, пластиковые или воздушные), как правило, имеют очень высокие значения сопротивления (более 50 МОм), поэтому мы можем их игнорировать и для анализа цепи, поскольку их значение слишком велико.

Но электрическое сопротивление между двумя точками может зависеть от многих факторов, таких как длина проводников, площадь их поперечного сечения, температура, а также фактический материал, из которого он изготовлен. Например, давайте предположим, что у нас есть кусок провода (проводник), который имеет длину L, площадь поперечного сечения A и сопротивление R, как показано ниже.

Электрическое сопротивление R этого простого проводника является функцией его длины, L и площади поперечного сечения A. Закон Ома говорит нам, что для данного сопротивления R ток, протекающий через проводник, пропорционален приложенному напряжению, поскольку I = V / R. Теперь предположим, что мы соединяем два одинаковых проводника вместе в последовательной комбинации, как показано на рисунке.

Здесь, соединив два проводника вместе в последовательной комбинации, то есть, к концу, мы фактически удвоили общую длину проводника (2L), в то время как площадь поперечного сечения A остается точно такой же, как и раньше. Но помимо удвоения длины, мы также удвоили общее сопротивление проводника, дав 2R как: 1R + 1R = 2R.

Таким образом , мы можем видеть , что сопротивление проводника пропорционально его длину, то есть: R ∝ L. Другими словами, мы ожидаем, что электрическое сопротивление проводника (или провода) будет пропорционально больше, чем оно длиннее.

Отметим также, что, удваивая длину и, следовательно, сопротивление проводника (2R), чтобы заставить тот же ток I, чтобы течь через проводник, как и раньше, нам нужно удвоить (увеличить) приложенное напряжение I = (2 В) / (2R). Далее предположим, что мы соединяем два идентичных проводника вместе в параллельной комбинации, как показано.

Здесь, соединяя два проводника в параллельную комбинацию, мы фактически удвоили общую площадь, дающую 2А, в то время как длина проводников L остается такой же, как у исходного одиночного проводника. Но помимо удвоения площади, путем параллельного соединения двух проводников мы фактически вдвое сократили общее сопротивление проводника, получив 1 / 2R, поскольку теперь каждая половина тока протекает через каждую ветвь проводника.

Таким образом, сопротивление проводника обратно пропорционально его площади, то есть: R 1 / ∝ A или R ∝ 1 / A. Другими словами, мы ожидаем, что электрическое сопротивление проводника (или провода) будет пропорционально меньше, чем больше его площадь поперечного сечения.

Кроме того, удваивая площадь и, следовательно, вдвое увеличивая суммарное сопротивление ветви проводника (1 / 2R), для того же тока, чтобы I протекал через параллельную ветвь провода, как раньше, нам нужно только наполовину уменьшить приложенное напряжение I = (1 / 2V) / (1 / 2R).

Надеемся, мы увидим, что сопротивление проводника прямо пропорционально длине (L) проводника, то есть: R ∝ L, и обратно пропорционально его площади (A), R ∝ 1 / A. Таким образом, мы можем правильно сказать, что сопротивление это:

Пропорциональность сопротивления

Но помимо длины и площади проводника, мы также ожидаем, что электрическое сопротивление проводника будет зависеть от фактического материала, из которого он изготовлен, потому что разные проводящие материалы, медь, серебро, алюминий и т.д., имеют разные физические и электрические свойства. Таким образом, мы можем преобразовать знак пропорциональности (∝) вышеприведенного уравнения в знак равенства, просто добавив «пропорциональную константу» в вышеприведенное уравнение, давая:

Уравнение удельного электрического сопротивления

Где: R — сопротивление в омах (Ω), L — длина в метрах (м), A — площадь в квадратных метрах (м 2 ), и где известна пропорциональная постоянная ρ (греческая буква «rho») — удельное сопротивление .

Удельное электрическое сопротивление

Удельное электрическое сопротивление конкретного материала проводника является мерой того, насколько сильно материал противостоит потоку электрического тока через него. Этот коэффициент удельного сопротивления, иногда называемый его «удельным электрическим сопротивлением», позволяет сравнивать сопротивление различных типов проводников друг с другом при определенной температуре в соответствии с их физическими свойствами без учета их длины или площади поперечного сечения. Таким образом, чем выше значение удельного сопротивления ρ, тем больше сопротивление, и наоборот.

Например, удельное сопротивление хорошего проводника, такого как медь, составляет порядка 1,72 х 10 -8 Ом (или 17,2 нОм), тогда как удельное сопротивление плохого проводника (изолятора), такого как воздух, может быть значительно выше 1,5 х 10 14 или 150 трлн.

Такие материалы, как медь и алюминий, известны низким уровнем удельного сопротивления, благодаря чему электрический ток легко проходит через них, что делает эти материалы идеальными для изготовления электрических проводов и кабелей. Серебро и золото имеют очень низкие значения удельного сопротивления, но по понятным причинам дороже делать из них электрические провода.

Тогда факторы, которые влияют на сопротивление (R) проводника в омах, могут быть перечислены как:

  • Удельное сопротивление (ρ) материала, из которого сделан проводник.
  • Общая длина (L) проводника.
  • Площадь поперечного сечения (А) проводника.
  • Температура проводника.

Пример удельного сопротивления № 1

Рассчитайте общее сопротивление постоянному току 100-метрового рулона медного провода 2,5 мм 2 , если удельное сопротивление меди при 20 o C составляет 1,72 x 10 -8 Ом метр.

Приведенные данные: удельное сопротивление меди при 20 o C составляет 1,72 x 10 -8 , длина катушки L = 100 м, площадь поперечного сечения проводника составляет 2,5 мм 2 , что дает площадь: A = 2,5 x 10 -6 м 2 .

Ответ: 688 МОм или 0,688 Ом.

Удельное электрическое сопротивление материала

Ранее мы говорили, что удельное сопротивление — это электрическое сопротивление на единицу длины и на единицу площади поперечного сечения проводника, таким образом, показывая, что удельное сопротивление ρ имеет размеры в Ом-метрах или Ом · м, как это обычно пишется. Таким образом, для конкретного материала при определенной температуре его удельное электрическое сопротивление определяется как.

Электрическая проводимость

Хотя как электрическое сопротивление (R), так и удельное сопротивление ρ, являются функцией физической природы используемого материала, а также его физической формы и размера, выраженных его длиной (L) и площадью его сечения ( А), Проводимость или удельная проводимость относится к легкости, с которой электрический ток проходит через материал.

Проводимость (G) является обратной величиной сопротивления (1 / R) с единицей проводимости, являющейся сименсом (S), и ей дается перевернутый символ омов mho, ℧. Таким образом, когда проводник имеет проводимость 1 сименс (1S), он имеет сопротивление 1 Ом (1 Ом). Таким образом, если его сопротивление удваивается, проводимость уменьшается вдвое, и наоборот, как: Сименс = 1 / Ом, или Ом = 1 / Ом.

В то время как сопротивление проводников дает степень сопротивления потоку электрического тока, проводимость проводника указывает на легкость, с которой он пропускает электрический ток. Таким образом, металлы, такие как медь, алюминий или серебро, имеют очень большие значения проводимости, что означает, что они являются хорошими проводниками.

Проводимость, σ (греческая буква сигма), является обратной величиной удельного сопротивления. Это 1 / ρ и измеряется в сименах на метр (S / m). Поскольку электропроводность σ = 1 / ρ, предыдущее выражение для электрического сопротивления R можно переписать в виде:

Электрическое сопротивление как функция проводимости

Тогда мы можем сказать, что проводимость — это эффективность, посредством которой проводник пропускает электрический ток или сигнал без потери сопротивления. Поэтому материал или проводник, который имеет высокую проводимость, будет иметь низкое удельное сопротивление, и наоборот, поскольку 1 сименс (S) равен 1 Ом -1 . Таким образом, медь, которая является хорошим проводником электрического тока, имеет проводимость 58,14 x 10 6 Симен на метр.

Пример удельного сопротивления №2

Кабель длиной 20 метров имеет площадь поперечного сечения 1 мм 2 и сопротивление 5 Ом. Рассчитать проводимость кабеля.

Приведенные данные: сопротивление постоянному току, R = 5 Ом, длина кабеля, L = 20 м, а площадь поперечного сечения проводника составляет 1 мм 2, что дает площадь: A = 1 x 10 -6 м 2 .

Ответ: 4 мега-симена на метр длины.

Таблица удельных сопротивлений проводников

ПроводникУдельное сопротивление
ρ
Температурный коэффициент α
Алюминий0,0284,2
Бронза0,095 — 0,1
Висмут1,2
Вольфрам0,055
Железо0,16
Золото0,0234
Иридий0,0474
Константан0,50,05
Латунь0,025 — 0,1080,1-0,4
Магний0,0453,9
Манганин0,43 — 0,510,01
Медь0,01754,3
Молибден0,059
Нейзильбер0,20,25
Натрий0,047
Никелин0,420,1
Никель0,0876,5
Нихром1,05 — 1,40,1
Олово0,124,4
Платина0.1073,9
Ртуть0,941,0
Свинец0,223,7
Серебро0,0154,1
Сталь0,103 — 0,1371-4
Титан0,6
Фехраль1,15 — 1,350,1
Хромаль1,3 — 1,5
Цинк0,0544,2
Чугун0,5-1,01,0

Где: удельное сопротивление ρ измеряется в Ом*мм 2 /м и температурный коэффициент электрического сопротивления металлов α измеряется в 10 -3 *C -1 (или K -1 ) .

Краткое описание удельного сопротивления

Мы поговорили в этой статье об удельном сопротивлении, что удельное сопротивление — это свойство материала или проводника, которое указывает, насколько хорошо материал проводит электрический ток. Мы также видели, что электрическое сопротивление (R) проводника зависит не только от материала, из которого сделан проводник, меди, серебра, алюминия и т.д., но также от его физических размеров.

Сопротивление проводника прямо пропорционально его длине (L) как R ∝ L. Таким образом, удвоение его длины удвоит его сопротивление, в то время как последовательное удвоение проводника уменьшит вдвое его сопротивление. Также сопротивление проводника обратно пропорционально его площади поперечного сечения (A) как R ∝ 1 / A. Таким образом, удвоение его площади поперечного сечения уменьшило бы его сопротивление вдвое, тогда как удвоение его площади поперечного сечения удвоило бы его сопротивление.

Мы также узнали, что удельное сопротивление (символ: ρ) проводника (или материала) связано с физическим свойством, из которого он изготовлен, и варьируется от материала к материалу. Например, удельное сопротивление меди обычно дается как: 1,72 х 10 -8 Ом · м. Удельное сопротивление конкретного материала измеряется в единицах Ом-метров (Ом), которое также зависит от температуры.

В зависимости от значения удельного электрического сопротивления конкретного материала его можно классифицировать как «проводник», «изолятор» или «полупроводник». Обратите внимание, что полупроводники — это материалы, в которых их проводимость зависит от примесей, добавляемых в материал.

Удельное сопротивление также важно в системах распределения электроэнергии, так как эффективность системы заземления для системы электропитания и распределения сильно зависит от удельного сопротивления земли и материала почвы в месте расположения системы.

Проводимость — это имя, данное движению свободных электронов в форме электрического тока. Проводимость, σ является обратной величиной удельного сопротивления. Это 1 / ρ и имеет единицу измерения сименс на метр, S / m. Проводимость варьируется от нуля (для идеального изолятора) до бесконечности (для идеального проводника). Таким образом, сверхпроводник имеет бесконечную проводимость и практически нулевое омическое сопротивление.

Тимеркаев Борис — 68-летний доктор физико-математических наук, профессор из России. Он является заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ

Удельное электрическое сопротивление обычных электроизоляционных материалов при 20 ° C. Ом*м. Таблица.


Навигация по справочнику TehTab.ru:  главная страница  / / Техническая информация / / Физический справочник / / Электрические и магнитные величины / / Электрическое сопротивление и проводимость.  / / Удельное электрическое сопротивление обычных электроизоляционных материалов при 20 ° C. Ом*м. Таблица.

Удельное электрическое сопротивление обычных электроизоляционных материалов при 20 ° C. Таблица.

Удельное электрическое сопротивление обычных электроизоляционных материалов при 20 ° C.

Материал

Удельное электрическое

сопротивление, Ом*м

Битум

1013-1014

Воск пчелиный

1011-1012

Гетинакс

108-109

Сухая древесина (дерево)

106-107

Канифоль

1012-1013

Капрон

1010-1011

Лавсан

1014-1016

Мрамор

105-109

Парафин

1014-1016

Полистирол

1013-1015

Полиэтилен

1013-1015

Резина электроизоляционная

1013

Слюда

1013-1016

Стекло

106-1015

Текстолит

108-109

Фарфор электротехнический

7*1010-4*1011

Фибра

1011

Фторопласт-4 (Ф-4, PTFE)

1016-1017

Церазин

1013

Шифер

104-106

Эбонит

(2,6-8,4)*1018

Эскапон

1013-1015

Эпоксидные смолы

1011-1013




Нашли ошибку? Есть дополнения? Напишите нам об этом, указав ссылку на страницу.
TehTab.ru

Реклама, сотрудничество: [email protected]

Обращаем ваше внимание на то, что данный интернет-сайт носит исключительно информационный характер. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Все риски за использование информаци с сайта посетители берут на себя. Проект TehTab.ru является некоммерческим, не поддерживается никакими политическими партиями и иностранными организациями.

Удельное электрическое сопротивление | Транспортные услуги по перевозке грузов

Алюминий

0,028

Вольфрам

0,055

Графит

13

Железо

0,1

Золото

0,023

Латунь

0,07-0,08

Магний

0,045

Медь

0,017

Никель

0,073

Олово

0,12

Платина

0,1

Ртуть

0,94

Свинец

0,21

Серебро

0,016

Сталь

0,10-0,14

Цинк

0,061

Чугун

0,5-0,8

Антимонид индия

0,23 x 104

Бор

0,17 x 105

Германий

0,47

Кремний

0,58 x 10-4

Селенид свинца

9,1 x 10-6

Сульфид свинца

1,7 x 10-5

Воздух

1015-1018

Кварц

109

Резина

1011-1012

Слюда

1011-1015

Стекло

109-1013

Сухое дерево

109-1010

Трансформаторное масло

1010-1013

Гетинакс

109-1012

Капрон

1010-1011

Лавсан

1014-1016

Органическое стекло

1011-1013

Пенопласт

1011

Поливинилхлорид

1010-1012

Полистирол

1013-1015

Полиэтилен

1015

Стеклотекстолит

1011-1012

Текстолит

107-1010

Целлулоид

109

Эбонит

1012-1014

Удельное электрическое сопротивление | Мир сварки

 Удельное электрическое сопротивление материалов

Удельное электрическое сопротивление (удельное сопротивление) – способность вещества препятствовать прохождению электрического тока.

Единица измерения (СИ) – Ом·м; также измеряется в Ом·см и Ом·мм2/м.

1 Ом·м = 1·106 Ом·мм2

Таблица — Удельное электрическое сопротивление материалов
Материал Температура, °С Удельное электрическое
сопротивление, Ом·м
 Металлы
Алюминий 20 0,028·10-6
Бериллий 20 0,036·10-6
Бронза фосфористая 20 0,08·10-6
Ванадий 20 0,196·10-6
Вольфрам 20 0,055·10-6
Гафний 20 0,322·10-6
Дюралюминий 20 0,034·10-6
Железо 20 0,097·10-6
Золото 20 0,024·10-6
Иридий 20 0,063·10-6
Кадмий 20 0,076·10-6
Калий 20 0,066·10-6
Кальций 20 0,046·10-6
Кобальт 20 0,097·10-6
Кремний 27 0,58·10-4
Латунь 20 0,075·10-6
Магний 20 0,045·10-6
Марганец 20 0,050·10-6
Медь 20 0,017·10-6
Магний 20 0,054·10-6
Молибден 20 0,057·10-6
Натрий 20 0,047·10-6
Никель 20 0,073·10-6
Ниобий 20 0,152·10-6
Олово 20 0,113·10-6
Палладий 20 0,107·10-6
Платина 20 0,110·10-6
Родий 20 0,047·10-6
Ртуть 20 0,958·10-6
Свинец 20 0,221·10-6
Серебро 20 0,016·10-6
Сталь 20 0,12·10-6
Тантал 20 0,146·10-6
Титан 20 0,54·10-6
Хром 20 0,131·10-6
Цинк 20 0,061·10-6
Цирконий 20 0,45·10-6
Чугун 20 0,65·10-6
 Пластмассы
Гетинакс 20 109–1012
Капрон 20 1010–1011
Лавсан 20 1014–1016
Органическое стекло 20 1011–1013
Пенопласт 20 1011
Поливинилхлорид 20 1010–1012
Полистирол 20 1013–1015
Полиэтилен 20 1015
Стеклотекстолит 20 1011–1012
Текстолит 20 107–1010
Целлулоид 20 109
Эбонит 20 1012–1014
 Резины
Резина 20 1011–1012
 Жидкости
Масло трансформаторное 20 1010–1013
 Газы
Воздух 0 1015–1018
 Дерево
Древесина сухая 20 109–1010
 Минералы
Кварц 230 109
Слюда 20 1011–1015
 Различные материалы
Стекло 20 109–1013

 Литература

  1. Альфа и омега. Краткий справочник / Таллин: Принтэст, 1991 – 448 с.
  2. Справочник по элементарной физике / Н.Н. Кошкин, М.Г. Ширкевич. М., Наука. 1976. 256 с.
  3. Справочник по сварке цветных металлов / С.М. Гуревич. Киев.: Наукова думка. 1990. 512 с.

Таблица удельного электросопротивления медных проводников

Одним из самых распространённых металлов для изготовления проводов является медь. Её электросопротивление минимальное из доступных по цене металлов. Оно меньше только у драгоценных металлов (серебра и золота) и зависит от разных факторов.

Формула вычисления сопротивления проводника

Что такое электрический ток

На разных полюсах аккумулятора или другого источника тока есть разноимённые носители электрического заряда. Если их соединить с проводником, носители заряда начинают движение от одного полюса источника напряжения к другому. Этими носителями в жидкости являются ионы, а в металлах – свободные электроны.

Определение. Электрический ток – это направленное движение заряженных частиц.

Удельное сопротивление

Удельное электрическое сопротивление – это величина, определяющая электросопротивление эталонного образца материала. Для обозначения этой величины используется греческая буква «р». Формула для расчета:

p=(R*S)/l.

Эта величина измеряется в Ом*м. Найти её можно в справочниках, в таблицах удельного сопротивления или в сети интернет.

Свободные электроны по металлу двигаются внутри кристаллической решётки. На сопротивление этому движению и удельное сопротивление проводника влияют три фактора:

  • Материал. У разных металлов различная плотность атомов и количество свободных электронов;
  • Примеси. В чистых металлах кристаллическая решётка более упорядоченная, поэтому сопротивление ниже, чем в сплавах;
  • Температура. Атомы не находятся на своих местах неподвижно, а колеблются. Чем выше температура, тем больше амплитуда колебаний, создающая помехи движению электронов, и выше сопротивление.

На следующем рисунке можно увидеть таблицу удельного сопротивления металлов.

Удельное сопротивление металлов

Интересно. Есть сплавы, электросопротивление которых падает при нагреве или не меняется.

Проводимость и электросопротивление

Так как размеры кабелей измеряются в метрах (длина) и мм² (сечение), то удельное электрическое сопротивление имеет размерность Ом·мм²/м. Зная размеры кабеля, его сопротивление рассчитывается по формуле:

R=(p*l)/S.

Кроме электросопротивления, в некоторых формулах используется понятие «проводимость». Это величина, обратная сопротивлению. Обозначается она «g» и рассчитывается по формуле:

g=1/R.

Проводимость жидкостей

Проводимость жидкостей отличается от проводимости металлов. Носителями зарядов в них являются ионы. Их количество и электропроводность растут при нагревании, поэтому мощность электродного котла растёт при нагреве от 20 до 100 градусов в несколько раз.

Интересно. Дистиллированная вода является изолятором. Проводимость ей придают растворенные примеси.

Электросопротивление проводов

Самые распространенные металлы для изготовления проводов – медь и алюминий. Сопротивление алюминия выше, но он дешевле меди. Удельное сопротивление меди ниже, поэтому сечение проводов можно выбрать меньше. Кроме того, она прочнее, и из этого металла изготавливаются гибкие многожильные провода.

В следующей таблице показывается удельное электросопротивление металлов при 20 градусах. Для того чтобы определить его при других температурах, значение из таблицы необходимо умножить на поправочный коэффициент, различный для каждого металла. Узнать этот коэффициент можно из соответствующих справочников или при помощи онлайн-калькулятора.

Сопротивление проводов

Выбор сечения кабеля

Поскольку у провода есть сопротивление, при прохождении по нему электрического тока выделяется тепло, и происходит падение напряжения. Оба этих фактора необходимо учитывать при выборе сечения кабелей.

Выбор по допустимому нагреву

При протекании тока в проводе выделяется энергия. Её количество можно рассчитать по формуле электрической мощности:

P=I²*R.

В медном проводе сечением 2,5мм² и длиной 10 метров R=10*0.0074=0.074Ом. При токе 30А Р=30²*0,074=66Вт.

Эта мощность нагревает токопроводящую жилу и сам кабель. Температура, до которой он нагревается, зависит от условий прокладки, числа жил в кабеле и других факторов, а допустимая температура – от материала изоляции. Медь обладает большей проводимостью, поэтому меньше выделяемая мощность и необходимое сечение. Определяется оно по специальным таблицам или при помощи онлайн-калькулятора.

Таблица выбора сечения провода по допустимому нагреву

Допустимые потери напряжения

Кроме нагрева, при прохождении электрического тока по проводам происходит уменьшение напряжения возле нагрузки. Эту величину можно рассчитать по закону Ома:

U=I*R.

Справка. По нормам ПУЭ оно должно составлять не более 5% или в сети 220В – не больше 11В.

Поэтому, чем длиннее кабель, тем больше должно быть его сечение. Определить его можно по таблицам или при помощи онлайн-калькулятора. В отличие от выбора сечения по допустимому нагреву, потери напряжения не зависят от условий прокладки и материала изоляции.

В сети 220В напряжение подаётся по двум проводам: фазному и нулевому, поэтому расчёт производится по двойной длине кабеля. В кабеле из предыдущего примера оно составит U=I*R=30A*2*0.074Ом=4,44В. Это немного, но при длине 25 метров получается 11,1В – предельно допустимая величина, придётся увеличивать сечение.

Максимально допустимая длина кабеля данного сечения

Электросопротивление других металлов

Кроме меди и алюминия, в электротехнике используются другие металлы и сплавы:

  • Железо. Удельное сопротивление стали выше, но она прочнее, чем медь и алюминий. Стальные жилы вплетаются в кабеля, предназначенные для прокладки по воздуху. Сопротивление железа слишком велико для передачи электроэнергии, поэтому при расчёте сечения жилы не учитываются. Кроме того, оно более тугоплавкое, и из него изготавливаются вывода для подключения нагревателей в электропечах большой мощности;
  • Нихром (сплав никеля и хрома) и фехраль (железо, хром и алюминий). Они обладают низкой проводимостью и тугоплавкостью. Из этих сплавов изготавливаются проволочные резисторы и нагреватели;
  • Вольфрам. Его электросопротивление велико, но это тугоплавкий металл (3422 °C). Из него изготавливаются нити накала в электролампах и электроды для аргонно-дуговой сварки;
  • Константан и манганин (медь, никель и марганец). Удельное сопротивление этих проводников не меняется при изменениях температуры. Применяются в претензионных приборах для изготовления резисторов;
  • Драгоценные металлы – золото и серебро. Обладают самой высокой удельной проводимостью, но из-за большой цены их применение ограничено.

Индуктивное сопротивление

Формулы для расчёта проводимости проводов справедливы только в сети постоянного тока или в прямых проводниках при низкой частоте. В катушках и в высокочастотных сетях появляется индуктивное сопротивление, во много раз превышающее обычное. Кроме того, ток высокой частоты распространяется только по поверхности провода. Поэтому его иногда покрывают тонким слоем серебра или используют литцендрат.

Справка. Литцендрат – это многожильный провод, каждая жила в котором изолирована от остальных. Это делается для увеличения поверхности и проводимости в сетях высокой частоты.

Удельное сопротивление меди, гибкость, относительно невысокая цена и механическая прочность делают этот металл, вместе с алюминием, самым распространенным материалом для изготовления проводов.

Видео

Оцените статью:

Удельное сопротивление нихрома, плотность, теплопроводность, теплоемкость

Рассмотрены состав и основные физические свойства нихрома: удельное электрическое сопротивление, температура плавления, максимальная рабочая температура, удельная теплоемкость, коэффициент теплового линейного расширения, плотность нихрома и его теплопроводность.

Свойства в таблицах указаны для следующих марок:

  • ферронихром Х15Н60;
  • нихром Х20Н80;
  • сплав Nikrothal 80;
  • сплав, содержащий 10% хрома и 90% никеля.

Удельное сопротивление нихрома, его температура плавления и применения

В таблице представлено удельное электрическое сопротивление нихрома в зависимости от температуры в интервале от 20 до 1200°С. Удельное сопротивление нихрома указано в размерности мкОм·м. Например, при температуре 900°С нихром Х20Н80-Н имеет удельное электрическое сопротивление, равное 1,149 микро Ом·м (или 1,149·10-6 Ом·м).

С ростом температуры удельное сопротивление нихрома увеличивается. В процессе нагрева увеличение сопротивления нихрома от температуры может составлять 7…11% в интервале 20…1200°С. Однако, прямая линейная зависимость удельного сопротивления от температуры характерна только для ферронихрома Х15Н60, содержащего большое количество железа.

Сплавы Ni-Cr с низким содержанием железа имеют иной характер зависимости сопротивления от температуры: нихром Х20Н80 показывает снижение величины удельного сопротивления в диапазоне от 500 до 900°С; удельное сопротивление нихрома марки Nikrothal 80 не зависит от температуры в интервале 400…900°С.

Удельное сопротивление нихрома (мкОм·м) в зависимости от температуры
Температура, °C Х15Н60 Х20Н80-Н Nikrothal 80
20 1,12 1,13 1,09
100 1,135 1,137 1,101
200 1,152 1,147 1,112
300 1,172 1,155 1,123
400 1,189 1,163 1,134
500 1,203 1,166 1,134
600 1,213 1,156 1,134
700 1,213 1,148 1,134
800 1,22 1,147 1,134
900 1,229 1,149 1,134
1000 1,238 1,158 1,145
1100 1,248 1,167 1,155
1200 1,175 1,166

Температура плавления нихрома составляет 1400°С. Ферронихром Х15Н60 имеет чуть более низкую температуру плавления. Максимальная рабочая температура рассмотренных сплавов имеет значение 1125…1200°С.

Основное назначение нихрома — применение в виде ленты и проволоки для электрических нагревателей. Необходимо отметить, что максимальная температура применения нихромовой проволоки существенно зависит от ее диаметра. Например, согласно ГОСТ 12766.1-90, для проволоки Х20Н80-Н диаметром 0,2 мм максимальная рабочая температура на воздухе составляет всего 950°С. При увеличении диаметра такой проволоки до 1 мм ее рабочая температура может достигать 1100°С.

Состав нихрома, его температура плавления и максимальная рабочая температура
Марка нихрома Состав tпл, °C tраб, °C
Х15Н60 55-61% Ni, 15-18% Cr, остальное Fe 1390 1125
Х20Н80-Н Основной Ni, 20-23% Cr, Fe не более 1% 1400 1200
Nikrothal 80 Основной Ni, 19-21% Cr, Fe не более 2% 1400 1200

Теплоемкость, линейное расширение, плотность и теплопроводность нихрома

В таблице представлены следующие физические свойства нихрома: удельная теплоемкость при 25°С, средний коэффициент теплового линейного расширения в интервале температуры от 20 до 1000°С и плотность нихрома при 25°С.

Следует отметить, что рассмотренные марки нихрома имеют близкие значения физических свойств. Плотность нихрома находится в диапазоне 8200…8660 кг/м3 и повышается с увеличением содержания в сплаве никеля. Коэффициент теплового линейного расширения нихрома при 20…1000°С имеет значение (17…18)·10-6 град-1. Удельная теплоемкость нихрома, в зависимости от марки, составляет 440…460 Дж/(кг·град).

Удельная теплоемкость, линейное расширение и плотность нихрома
Марка нихрома C, Дж/(кг·град) α·106, град-1 ρ, кг/м3
Нихром (10%Cr + 90%Ni) 460 18 8660
Х15Н60 460 17 8200
Х20Н80-Н 440 18 8400
Nikrothal 80 460 17,2 8300

Теплопроводность нихрома имеет величину, близкую по значению с теплопроводностью нержавеющей стали. В таблице приведены данные по теплопроводности рассмотренных сплавов при различных температурах в интервале от 0 до 600°С.

Теплопроводность нихрома увеличивается при нагревании. С повышением содержания никеля в сплаве его коэффициент теплопроводности повышается. К примеру, сплав, содержащий 10% Cr и 90% Ni, имеет наибольшую теплопроводность из рассмотренных сплавов, равную 17,4 Вт/(м·град) при 20°С.

Теплопроводность нихрома при различных температурах, Вт/(м·град)
t, °С → 0 20 100 200 300 400 500 600
Нихром (10%Cr + 90%Ni) 17,1 17,4 18,9 20,9 22,8 24,7
Х15Н60 11,8 13,3 14,6 16,1 17,5
Х20Н80-Н 12,2 13,6 13,8 15,6 17,2 18,9 22,6
Nikrothal 80 15 15 15 15 17 19 21

Источники:

  1. Казанцев Е. И. Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования.
  2. ГОСТ 10994-74 Сплавы прецизионные. Марки.
  3. ГОСТ 12766.1-90 Проволока из прецизионных сплавов с высоким электрическим сопротивлением. Технические условия.
  4. ГОСТ 12766.3-90 Сплавы калиброванные прецизионные с высоким электрическим сопротивлением. Технические условия.
  5. Лариков Л.Н., Юрченко Ю.Ф. Тепловые свойства металлов и сплавов. Справочник Киев: Наукова думка, 1985 — 439 с.
  6. Сайт www.kanthal.com

в чем измеряется величина, формулы расчета, показатели для железа и алюминия

Каждое вещество способно проводить ток в разной степени, на эту величину влияет сопротивление материала. Обозначается удельное сопротивление меди, алюминия, стали и любого другого элемента буквой греческого алфавита ρ. Эта величина не зависит от таких характеристик проводника, как размеры, форма и физическое состояние, обычное же электросопротивление учитывает эти параметры. Измеряется удельное сопротивление в Омах, умноженных на мм² и разделенных на метр.

Категории и их описание

Любой материал способен проявлять два типа сопротивления в зависимости от подаваемого на него электричества. Ток бывает переменным или постоянным, что значительно влияет на технические показатели вещества. Так, существуют такие сопротивления:

  1. Омическое. Проявляется под воздействием постоянного тока. Характеризует трение, которое создается движением электрически заряженных частиц в проводнике.
  2. Активное. Определяется по такому же принципу, но создается уже под действием переменного тока.

В связи с этим определений удельной величины тоже два. Для постоянного тока она равна сопротивлению, которое оказывает единица длины проводящего материала единичной фиксированной площади сечения. Потенциальное электрополе воздействует на все проводники, а также полупроводники и растворы, способные проводить ионы. Эта величина определяет проводящие свойства самого материала. Форма проводника и его размеры не учитываются, поэтому ее можно назвать базовой в электротехнике и материаловедении.

При условии прохождения переменного тока удельная величина рассчитывается с учетом толщины проводящего материала. Здесь уже происходит воздействие не только потенциального, но и вихревого тока, кроме того, принимается во внимание частота электрических полей. Удельное сопротивление этого типа больше, чем при постоянном токе, поскольку здесь идет учет положительной величины сопротивления вихревому полю. Также эта величина зависит от формы и размеров самого проводника. Именно эти параметры и определяют характер вихревого движения заряженных частиц.

Переменный ток вызывает в проводниках определенные электромагнитные явления. Они очень важны для электротехнических характеристик проводящего материала:

  1. Скин-эффект характеризуется ослаблением электромагнитного поля тем больше, чем дальше оно проникает в среду проводника. Это явление также носит название поверхностного эффекта.
  2. Эффект близости снижает плотность тока благодаря близости соседних проводов и их влиянию.

Эти эффекты являются очень важными при расчете оптимальной толщины проводника, так как при использовании провода, у которого радиус больше глубины проникновения тока в материал, остальная его масса останется незадействованной, а следовательно, такой подход будет неэффективным. В соответствии с проведенными расчетами эффективный диаметр проводящего материала в некоторых ситуациях будет следующим:

  • для тока в 50 Гц — 2,8 мм;
  • 400 Гц — 1 мм;
  • 40 кГц — 0,1 мм.

Ввиду этого для высокочастотных токов активно применяется использование плоских многожильных кабелей, состоящих из множества тонких проводов.

Характеристики металлов

Удельные показатели металлических проводников содержатся в специальных таблицах. По этим данным можно производить необходимые дальнейшие расчеты. Пример такой таблицы удельных сопротивлений можно увидеть на изображении.

На таблице видно, что наибольшей проводимостью обладает серебро — это идеальный проводник среди всех существующих металлов и сплавов. Если рассчитать, сколько потребуется провода из этого материала для получения сопротивления в 1 Ом, то выйдет 62,5 м. Проволоки из железа для такой же величины понадобится целых 7,7 м.

Достоинства меди

Какими бы замечательными свойствами ни обладало серебро, оно является слишком дорогим материалом для массового использования в электросетях, поэтому широкое применение в быту и промышленности нашла медь. По величине удельного показателя она стоит на втором месте после серебра, а по распространенности и простоте добычи намного лучше его. Медь обладает и другими преимуществами, позволившими ей стать самым распространенным проводником. К ним относятся:

  • высокая стойкость к коррозии;
  • механическая прочность;
  • устойчивость к деформациям;
  • легкость фиксирования путем пайки и сварки;
  • высокая обрабатываемость (благодаря мягкости медь раскатывают в листы любой толщины, а вытягиваемая из нее проволока может быть настолько тонкой, что ее сечение будет иметь значение тысячных миллиметра).

Для применения в электротехнике используют рафинированную медь, которая после плавки из сульфидной руды проходит процессы обжигания и дутья, а далее обязательно подвергается электролитической очистке. После такой обработки можно получить материал очень высокого качества (марки М1 и М0), который будет содержать от 0,1 до 0,05% примесей. Важным нюансом является присутствие кислорода в крайне малых количествах, так как он негативно влияет на механические характеристики меди.

Часто этот металл заменяют более дешевыми материалами — алюминием и железом, а также различными бронзами (сплавами с кремнием, бериллием, магнием, оловом, кадмием, хромом и фосфором). Такие составы обладают более высокой прочностью по сравнению с чистой медью, хотя и меньшей проводимостью.

Преимущества алюминия

Хоть алюминий обладает большим сопротивлением и более хрупок, его широкое использование объясняется тем, что он не настолько дефицитен, как медь, а следовательно, стоит дешевле. Удельное сопротивление алюминия составляет 0,028, а его низкая плотность обеспечивает ему вес в 3,5 раза меньше, чем медь.

Для электрических работ применяют очищенный алюминий марки А1, содержащий не более 0,5% примесей. Более высокую марку АВ00 используют для изготовления электролитических конденсаторов, электродов и алюминиевой фольги. Содержание примесей в этом алюминии составляет не более 0,03%. Существует и чистый металл АВ0000, включающий не более 0,004% добавок. Имеют значение и сами примеси: никель, кремний и цинк незначительно влияют на проводимость алюминия, а содержание в этом металле меди, серебра и магния дает ощутимый эффект. Наиболее сильно уменьшают проводимость таллий и марганец.

Алюминий отличается хорошими антикоррозийными свойствами. При контакте с воздухом он покрывается тонкой пленкой окиси, которая и защищает его от дальнейшего разрушения. Для улучшения механических характеристик металл сплавляют с другими элементами.

Показатели стали и железа

Удельное сопротивление железа по сравнению с медью и алюминием имеет очень высокие показатели, однако благодаря доступности, прочности и устойчивости к деформациям материал широко используют в электротехническом производстве.

Хоть железо и сталь, удельное сопротивление которой еще выше, имеют существенные недостатки, изготовители проводникового материала нашли методы их компенсирования. В частности, низкую стойкость к коррозии преодолевают путем покрытия стальной проволоки цинком или медью.

Свойства натрия

Металлический натрий также очень перспективен в проводниковом производстве. По показателям сопротивления он значительно превышает медь, однако имеет плотность в 9 раз меньше, чем у неё. Это позволяет использовать материал в изготовлении сверхлёгких проводов.

Металлический натрий очень мягкий и совершенно неустойчив к любого рода деформационным воздействиям, что делает его использование проблемным — провод из этого металла должен быть покрыт очень прочной оболочкой с крайне малой гибкостью. Оболочка должна быть герметичной, так как натрий проявляет сильную химическую активность в самых нейтральных условиях. Он моментально окисляется на воздухе и демонстрирует бурную реакцию с водой, в том числе и с содержащейся в воздухе.

Еще одним плюсом использования натрия является его доступность. Его можно получить в процессе электролиза расплавленного хлористого натрия, которого в мире существует неограниченное количество. Другие металлы в этом плане явно проигрывают.

Чтобы рассчитать показатели конкретного проводника, необходимо произведение удельного числа и длины проволоки разделить на площадь ее сечения. В результате получится значение сопротивления в Омах. Например, чтобы определить, чему равно сопротивление 200 м проволоки из железа с номинальным сечением 5 мм², нужно 0,13 умножить на 200 и разделить полученный результат на 5. Ответ — 5,2 Ом.

Правила и особенности вычисления

Для измерения сопротивления металлических сред пользуются микроомметрами. Сегодня их выпускают в цифровом варианте, поэтому проведенные с их помощью измерения отличаются точностью. Объяснить ее можно тем, что металлы обладают высоким уровнем проводимости и имеют крайне маленькое сопротивление. Для примера, нижний порог измерительных приборов имеет значение 10 -7 Ом.

С помощью микроомметров можно быстро определить, насколько качественен контакт и какое сопротивление проявляют обмотки генераторов, электродвигателей и трансформаторов, а также электрические шины. Можно вычислить присутствие включений другого металла в слитке. Например, вольфрамовый кусок, покрытый позолотой, показывает вдвое меньшую проводимость, чем полностью золотой. Тем же способом можно определить внутренние дефекты и полости в проводнике.

Чтобы рассчитать параметры провода — его длину, диаметр и сопротивление — потребуется всего лишь знать величину его удельного значения ρ.

Формула удельного сопротивления выглядит следующим образом: ρ = Ом · мм2. Словами ее можно описать как сопротивление 1 метра проводника, имеющего площадь сечения 1 мм². Температура подразумевается стандартная — 20 °C.

Влияние температуры на измерение

Нагревание или охлаждение некоторых проводников оказывает значительное влияние на показатели измерительных приборов. В качестве примера можно привести следующий опыт: необходимо подключить к аккумулятору спирально намотанную проволоку и подключить в цепь амперметр.

Чем сильнее нагревается проводник, тем меньше становятся показания прибора. Сила тока имеет обратно пропорциональную зависимость от сопротивления. Следовательно, можно сделать вывод, что в результате нагрева проводимость металла уменьшается. В большей или меньшей степени так ведут себя все металлы, однако изменения проводимости у некоторых сплавов практически не наблюдается.

Примечательно, что жидкие проводники и некоторые твердые неметаллы имеют тенденцию уменьшать свое сопротивление с повышением температуры. Но и эту способность металлов ученые обратили себе на пользу. Зная температурный коэффициент сопротивления (α) при нагреве некоторых материалов, можно определять внешнюю температуру. Например, проволоку из платины, размещенную на каркасе из слюды, помещают в печь, после чего проводят измерение сопротивления. В зависимости от того, насколько оно изменилось, делают вывод о температуре в печи. Такая конструкция называется термометром сопротивления.

Если при температуре t0 сопротивление проводника равно r0, а при температуре t равно rt, то температурный коэффициент сопротивления равен

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

Теплопроводность твердого железа и смесей железо-кремний в условиях ядра Земли

Основные моменты

Теплопроводность внутреннего ядра в 4 раза выше, чем те, которые использовались в предыдущих исследованиях ядра.

Электропроводность в 3 раза выше, чем в предыдущих исследованиях керна.

Внутренняя сердцевина без термической конвекции.

Увеличено время магнитной диффузии до 10 тыс. Лет, возможна стабилизация геодинамо и снижение частоты инверсий.

Реферат

Мы сообщаем о теплопроводности и электропроводности твердого железа и смесей железо-кремний (Fe 0,92 Si 0,08 и Fe 0,93 Si 0,07 ), представляющих состав Земли. твердое внутреннее ядро ​​при соответствующих условиях давления и температуры, полученное из расчетов теории функционала плотности по формуле Кубо – Гринвуда. Находим теплопроводность k = 232 (237) Wm − 1K − 1 и удельную электропроводность σ = 1.5 (1,6) × 106 Ом − 1 м − 1 в верхней части внутреннего ядра (центр Земли). Эти значения соответственно примерно на 45–56% и 18–25% выше, чем соответствующие значения проводимости в жидком внешнем ядре. Более высокая проводимость обусловлена ​​твердой структурой и меньшей концентрацией легких примесей. Эти значения намного выше, чем те, которые использовались для предыдущих исследований внутреннего керна: k в четыре раза и σ в три раза. Высокая теплопроводность означает, что тепло отводится почти так же быстро, как формируется внутреннее ядро, что делает тепловую конвекцию маловероятной.Высокая электропроводность увеличивает время магнитного распада внутреннего ядра более чем в три раза, удлиняя время магнитной диффузии до 10 тысяч лет и делая более вероятным, что внутреннее ядро ​​стабилизирует геодинамо и снижает частоту инверсий.

Ключевые слова

внутреннее ядро ​​

проводимость

геодинамо

внутренняя конвекция

первые принципы

физика минералов

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

Просмотр аннотации

Copyright © 2014 Elsevier B.V.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Удельное электрическое сопротивление и теплопроводность жидких сплавов Fe при высоких P и T, а также тепловой поток в ядре Земли

Аннотация

Магнитное поле Земли поддерживается за счет магнитогидродинамической конвекции в металлической жидкости основной. В термически адвектирующем ядре часть тепла, доступная для движения геодинамо, уменьшается за счет тепла, проводимого вдоль геотермы ядра, которое сильно зависит от теплопроводности жидкого железа и его сплавов с возможными легкими элементами.Теплопроводность ядра Земли очень плохо ограничена, текущие оценки основаны на наборе масштабных соотношений, которые ранее не тестировались при высоких давлениях. Мы выполняем расчеты электронной структуры из первых принципов для определения теплопроводности и электросопротивления для жидких сплавов Fe, Fe – Si и Fe – O. Расчетное удельное сопротивление очень хорошо согласуется с существующими измерениями ударного сжатия и показывает сильную зависимость от концентрации и типа легких элементов. Теплопроводность при давлении и температуре, характерных для ядра Земли, выше, чем предыдущие экстраполяции.Кондуктивный тепловой поток вблизи границы ядро-мантия сравним с оценками полного теплового потока от ядра, но уменьшается с глубиной, так что тепловой поток будет ограничиваться большей глубиной в отсутствие внутреннего ядра.

Генерация магнитного поля Земли напрямую связана с тепловой эволюцией жидкого внешнего ядра, охлаждение которого модулируется тепловым потоком из ядра в основание мантии (1⇓⇓⇓⇓ – 6). В простом ядре с тепловым приводом, например, при отсутствии кристаллизующегося внутреннего ядра и связанного с ним выделения скрытого тепла и химической плавучести, тепло, переносимое за счет теплопроводности, недоступно для движения геодинамо. Знание его относительного вклада в перенос тепла в ядре, следовательно, имеет решающее значение для понимания долгосрочной стабильности магнитного поля Земли, которое присутствовало еще 3,45 миллиарда лет назад (7), когда ядро, вероятно, было слишком горячим для твердое внутреннее ядро ​​для кристаллизации (1, 4).

Существующие оценки теплопроводности ( k el ) и удельного электрического сопротивления ( ρ el ) внешнего ядра Земли основаны на экстраполяциях (8, 9) измерений удельного сопротивления в ударно сжатых Fe и Fe– Сплавы Si (10⇓ – 12) до температуры и давления в сердцевине.Эти экстраполяции предполагают прямую пропорциональность удельного электрического сопротивления температуре, его неизменность вдоль и поперек ликвидуса Fe и соблюдение закона Видемана-Франца, который связывает электрическое сопротивление и теплопроводность для металлов через число Лоренца (13) λ 0 = k el ρ el / T = 2,44 × 10 -8 WΩ / K 2 . Нет данных для Fe-сплавов других кандидатов в легкие элементы, которые были предложены для объяснения наблюдаемого сейсмически дефицита плотности ядра Земли по сравнению с чистым Fe (14).Предыдущие исследования электронных транспортных свойств Fe при высоком давлении (15⇓⇓ – 18) при высоком давлении ограничивались низкими температурами. Очевидно, что существует необходимость в прямом определении удельного электрического сопротивления и теплопроводности феррометаллических жидкостей при давлениях и температурах, характерных для внешнего ядра Земли.

Мы вычисляем k el и ρ el для Fe, Fe 7 Si, Fe 3 Si, Fe 7 O и Fe 3 O жидких сплавов (6.7, 14,3 мас.% Si; 3.9, 8.7 мас.% O) из первых принципов, используя теорию функционала плотности и функционал Мермина для определения конечной температурной равновесной плотности заряда и электронной структуры (19⇓ – 21). Моделирование из первых принципов молекулярной динамики (FPMD) выполняется в каноническом ансамбле для температур 2 000–8 000 K и объемов, соответствующих давлениям 0–360 ГПа. Свойства электронного переноса впоследствии вычисляются для серии некоррелированных снимков из моделирования FPMD с использованием уравнения Кубо – Гринвуда (22, 23) (см. методы ), которое выражает электронные коэффициенты Онзагера L ij непосредственно в члены математических ожиданий электронного оператора скорости (24).

Расчетные удельные сопротивления для чистой жидкости Fe (рис. 1) полностью согласуются с измерениями ударного сжатия Киллера (10) и точки самого низкого давления Bi et al. (11), при давлениях, где температуры Гюгонио (25) сравнимы с таковыми в наших расчетах. Аналогично, значения для жидкости Fe 3 Si согласуются с ударными измерениями Матасова (12) для того же состава. Измерения ударного сжатия при более низком давлении проводятся при все более низких температурах; измерение 18 ГПа Киллера (10) при 320 К и хорошо согласуется со статическими измерениями при комнатной температуре в ГПУ Fe (17, 18), что добавляет уверенности данным по сопротивлению ударному сжатию и нашим результатам.В свете большого разброса результатов Bi et al. (11), и серьезное расхождение между данными Bi et al. (11) и Киллер (10) выше 120 ГПа, мы считаем, что сравнение наших результатов с измерениями Киллера (10) более уместно. Расчетное сопротивление при низком давлении для чистого жидкого Fe несколько меньше экспериментальных значений (26, 27), однако расчетная теплопроводность при атмосферном давлении хорошо согласуется с экспериментальными оценками для жидкого Fe при температурах выше плавления (1810 K) (28).

Рис. 1.

Расчетное удельное электрическое сопротивление ( ρ el ), теплопроводность ( k el ) и соответствующие числа Лоренца ( λ ). Сплошные линии (верхний ряд) и пунктирные линии (средний и нижний ряды) показывают модели Блоха – Грюнайзена жидкости Fe; горизонтальная пунктирная линия указывает значение числа Лоренца, ожидаемое с помощью соотношения Видемана – Франца (W-F). Для сравнения показаны температуры Гюгонио (25) для выбранных точек данных ударного сжатия [K71 (10), M77 (12), B02 (11)].Другие экспериментальные данные (см. Текст): R83 (17), B61 (18), T71 (28), S89 (27), V80 (26).

При сравнении с измерениями удельного сопротивления ударному сжатию мы предполагаем, что удельное сопротивление жидкой и твердой металлических фаз одинаково, что, как известно, имеет место для Fe при низком давлении (26, 27). В нашем сравнении теплопроводностей мы также предполагаем, что электронный вклад в перенос тепла намного больше, чем за счет переноса только фононами. В жидком Fe при атмосферном давлении последнее оценивается примерно в 3 Вт / м · К (8), что намного меньше экспериментальной полной проводимости, равной 40.3 Вт / м · К (28).

В отличие от предыдущих предположений для ядра Земли (8, 9), мы находим, что справедливость соотношения Видемана – Франца сильно зависит от температуры и состава. При температурах ядра вычисленные числа Лоренца для жидкостей Fe и Fe – Si находятся в диапазоне 2,2–2,4 × 10 -8 ВтΩ / К 2 ; легирование жидкого Fe с O приводит к заметному уменьшению λ со значениями всего 1,8 × 10 -8 WΩ / K 2 для жидкости Fe 3 O при высоком давлении и температуре.Это отклонение от соотношения Видемана – Франца предполагает, что рассеяние электронов в жидких сплавах Fe – O является сильно неупругим, что приводит к нарушению простой картины времени релаксации электронной миграции.

Мы обнаружили, что удельное электрическое сопротивление изменяется линейно с температурой, что согласуется с предсказанием уравнения Блоха – Грюнайзена для систем, в которых электроны в основном рассеиваются фононами. Однако ρ el не прямо пропорционально T (рис.2), как предполагается при часто используемых экстраполяциях экспериментальных измерений на условия активной зоны (8, 9). Дополняя формализм Блоха – Грюнайзена (29), мы строим описания моделей для k el и ρ el в зависимости от объема и температуры для различных рассматриваемых жидких фаз (таблица 1; см. методы ). . Комбинируя эти модели с уравнением состояния для проводящих жидкостей давление-объем-температура (30), мы получаем значения ρ el и k el вдоль набора возможных адиабатических тепловых профилей для ядра Земли, полученных из диапазон температур плавления Fe (25, 31, 32).

Рис. 2.

Температурная зависимость электросопротивления для чистого жидкого Fe при 136 ГПа, определенная с использованием модели в Таблице 1 (сплошная красная линия), очень хорошо согласуется с измерением удельного сопротивления Киллера (10) при том же давлении. Стейси и Андерсон (8) использовали ρ el T (пунктирная линия) при экстраполяции этого измерения на температуры ядра вблизи границы ядро ​​– мантия. Заштрихованная область указывает диапазон T вблизи границы ядро ​​– мантия из диапазона использованных возможных адиабат (см. Текст).

Таблица 1. Параметры модели

k el и ρ el для уравнения. 5

Наши значения k el для внешнего ядра заметно выше, чем предыдущие экстраполяции [Рис. 3; 30–60 Вт / м · К (8, 9)], что отражает неверную температурную зависимость удельного сопротивления, принятую в более ранних исследованиях (рис. 2). Как следствие, наш прогнозируемый кондуктивный тепловой поток в верхней части ядра составляет 14-20 ТВт, что больше, чем 5-15 ТВт полного теплового потока через границу ядро-мантия, полученного из внутриплитного вулканизма (5).Более низкий тепловой поток в верхней части сердечника потребует меньшего размера k el , который может быть получен за счет большей концентрации легких элементов в этой области. Действительно, аномальная доля легких элементов в верхней части ядра была предложена на динамических основаниях (33) и подтверждена сейсмическими наблюдениями (34). Однако, поскольку такая концентрация легких элементов, вероятно, является результатом кристаллизации внутреннего ядра и связанной с ним химической плавучести, трудности, создаваемые большим теплопроводным потоком тепла, остаются, особенно в отсутствие кристаллизующегося внутреннего ядра.

Рис. 3. Удельное электрическое сопротивление

( Верх, ) и ( Среднее ) электронная теплопроводность для различных составов, рассматриваемых в этом исследовании, оцененные с использованием моделей в Таблице 1 по ряду возможных основных адиабат (см. Текст). ( Bottom ) Соответствующие значения теплового потока, рассчитанные как 4 πr 2 k el T , где r — радиус, по сравнению с геофизическими оценками теплового потока на границе ядра и мантии (CMB) (5).

Модельный кондуктивный тепловой поток быстро уменьшается с глубиной в активной зоне, в первую очередь из-за сферической геометрии. За исключением возможных эффектов радиогенного нагрева и скрытого тепла, выделяемого при кристаллизации внутреннего ядра, сохранение энергии требует, чтобы общий тепловой поток оставался постоянным по всей активной зоне. Следовательно, доля общего теплового потока, переносимого посредством конвекции, будет увеличиваться с глубиной, что позволяет предположить, что поток, вызванный тепловым воздействием, будет происходить в основном в более глубокой части жидкого ядра.

Методы

Моделирование из первых принципов.

Метод, используемый для вычисления свойств электронного транспорта, аналогичен методу в справочниках. 22 и 23. Молекулярная динамика Борна – Оппенгеймера (FPMD) выполняется с использованием кода VASP (35). Чтобы проверить эффекты конечного размера, мы рассматриваем размеры системы из 64, 128, 144 и 192 атомов (см. Ниже). Обменно-корреляционный потенциал представлен в приближении обобщенного градиента (GGA-PBE) (36), причем валентные электроны представлены в виде плоских волн с порогом отсечки 300 эВ в формализме проектора расширенной волны (PAW) (37, 38).Зона Бриллюэна отбирается только в точке Γ. Моделирование выполняется в ансамбле NVT для объемов V / V X = 1,0, 0,7, 0,65 и 0,6, где V X = 7,121 см 3 / моль атома и температуры 2000, 3000, 4000, 6000 и 8000 K, и покрывают не менее 20 пс времени моделирования. Среднеквадратичное смещение, зависящее от времени, используется для проверки того, что системы действительно находятся в жидком состоянии.

Из каждой фазовой траектории, генерируемой FPMD, мы извлекаем моментальные снимки атомной конфигурации каждые 1000 фс (т. Е. 20 на точку P T ), для которых мы вычисляем удельное электрическое сопротивление ( ρ, el ) и теплопроводность. ( к эл ). Все функции автокорреляции скорости (39) для наших симуляций затухают в пределах 250 фс, что указывает на то, что временного разноса в 1000 фс достаточно для того, чтобы отдельные снимки не коррелировали. Таким образом получают репрезентативную выборку структуры жидкости в каждой точке P T .

Электронные транспортные свойства ρ el и k el вычисляются с использованием уравнения Кубо – Гринвуда, реализованного в коде Abinit (22, 40). Уравнение, которое следует из автокорреляционной функции электронного тока через формализм линейного отклика Кубо, имеет вид [1] [2] [3] In Eqs. 1 3 ϵ F — энергия Ферми; ψ k , ϵ k и f ( ϵ k ) — волновая функция, собственное значение и ферми-дираковское заполнение собственного состояния k , соответственно; — оператор скорости; и V cell — объем ячейки моделирования.Для данного снимка самосогласованная электронная релаксация выполняется для электронной температуры, равной ионной температуре, с помощью функционала Мермина (21). ψ k и ϵ k представлены собственными функциями Кона – Шэма и собственными значениями для каждого данного снимка, а вычисляются из градиента гамильтониана,.

Ячейки из 144 атомов для Fe и 128 атомов для сплавов Fe – Si и Fe – O используются в производственных циклах; тестовое моделирование со 192 атомами при В / В X = 0. 6 и 1,0 для T = 8000 K дали коэффициенты переноса в пределах 1% от значений, определенных для меньших систем. Чтобы избежать перекрытия зарядов ядра в расчетах линейного отклика при высоких степенях сжатия, мы построили атомные потенциалы GGA-PAW с малыми радиусами отсечки (0,9 Å для Fe и Si, 0,53 Å для O) (36, 41). Установлено, что отсечка базисной волны в 400 эВ дает конвергентные коэффициенты электронного переноса. Производственные циклы отбирают зону Бриллюэна только в Γ-точке.Этот выбор подходит для больших ячеек моделирования, где край зоны Бриллюэна эффективно загибается в центр. Испытательные значения, рассчитанные с использованием 2 × 2 × 2 сетки Monkhorst – Pack k (42) при В / В X = 0,6 и 1,0 для T = 8000 K, изменяются не более чем на 5% от результатов одиночных баллов k .

Следует отметить, что уравнение Кубо – Гринвуда определяет электронные транспортные свойства непосредственно из самосогласованной электронной структуры в приближении Борна – Оппенгеймера.Ионное и электронное рассеяние неявно учитываются в расчетах, но электрон-фононная связь не описывается. Таким образом, этот подход хорошо подходит для характеристики коэффициентов электронного переноса при высоких температурах, особенно в жидких металлах.

Благодарности

Мы благодарим Анри Самуэля за полезные обсуждения. Эта работа стала возможной благодаря поддержке Deutsche Forschungsgemeinschaft по контракту KO3958 / 2-1 в рамках целевой программы «Планетарный магнетизм». Вычислительное оборудование было предоставлено Суперкомпьютерным центром им. Лейбница Баварской академии наук и гуманитарных наук.

Сноски

  • Вклад авторов: N.d.K. и Г.С.-Н. спланированное исследование; N.d.K. и В.В. проведенное исследование; N.d.K. проанализированные данные; и N.d.K. и Г.С.-Н. написал газету.

  • Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

  • Эта статья представляет собой прямое представление PNAS.

Доступно бесплатно в Интернете через опцию открытого доступа PNAS.

Электросопротивление стеклокомпозитов силицид железа – боромолибдат бария

  • 1.

    Харитонов Е.В., Диэлектрические материалы с неоднородной структурой, , М .: Радио и связь, 1983.

    Google Scholar

  • 2.

    Хилл Р. Электротранспорт в толстопленочных резисторах, Electrocomp. Sci. Technol. , 1980, т. 6, вып. 9. С. 141–145.

    Google Scholar

  • 3.

    Сачков, И.Н., Повзнер А.А. Переход полупроводник-металл и транспортное поведение FeSi-FeSi 2 Смешанные фазовые системы // Физ. Тверь. Тела (С.-Петербург), 1996, т. 38, нет. 10. С. 2969–2972.

    Google Scholar

  • 4.

    Сайфуллин Р.С., Неорганические композиционные материалы , М .: Химия, 1983.

    Google Scholar

  • 5.

    Качурина Е.Е., Мякиненков В.И., Щеглова В.В. Тугоплавкие силициды в полупроводниковой технике, часть 2, Obz. Электрон. Тех., Сер. 2: Полупроводн приб. , 1982, № 7 (903).

  • 6.

    Вечерский С.И., Сидоренко Ф.А. Электропроводность стекла из боромолибдата бария, легированного кремнием. Матер. , 1992, т. 28, вып. 7. С. 1461–1465.

    Google Scholar

  • 7.

    Гельд, П.В., Сидоренко Ф.А., Силициды переходных металлов четвертого периода, , М .: Металлургия, 1971.

    Google Scholar

  • 8.

    Роджерс Д. Б., Шеннон Р. Д., Слейт А. В., Гиллсон Дж. Кристаллохимия диоксидов металлов со структурами, связанными с рутилом, Inorg. Chem. , 1969, т. 8, вып. 4. С. 841–849.

    Google Scholar

  • 9.

    Вечерский С.И., Сидоренко Ф.А. Удельное электрическое сопротивление FeSi 2 -MoO 3 -Стеклянные композиты. Металл. (Киев), 1991, вып. 9. С. 43–47.

  • 10.

    Амбегаокар В., Гальперин Б., Лангер Дж. Прыжковая проводимость в неупорядоченных системах, Phys. Ред. B: твердое тело , 1971, т. 4, вып. 8. С. 2612–2620.

    Google Scholar

  • 11.

    Rao, C.N.R. и Гопалакришнан, Дж., Новые направления в химии твердого тела: структура, синтез, свойства, реакционная способность и дизайн материалов , Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1986.

    Google Scholar

  • 12.

    Самсонов Г.В., Дворина Л.А., Рудь Б.М., Силициды (Силициды), М .: Металлургия, 1979.

    Google Scholar

  • 13.

    Pike, G.E. и Сигер, C.H., Электрические свойства и механизмы проводимости толстопленочных (металлокерамических) резисторов на основе Ru, Appl.Phys. , 1977, т. 17, нет. 48 (12), стр. 5152–5169.

    Google Scholar

  • % PDF-1.6 % 1 0 obj > эндобдж 2 0 obj > поток 2017-08-24T18: 02: 48 + 09: 002017-08-24T18: 02: 48 + 09: 002017-08-24T18: 02: 48 + 09: 00 Приложение Adobe InDesign CC 2017 (Macintosh) / pdfuuid: 99f5245d-bb44 -784c-b11f-10c8797dbef2uuid: b82a0dd9-211c-aa45-857f-c225666caef2 Adobe PDF Library 15.0 конечный поток эндобдж 3 0 obj > эндобдж 5 0 obj > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / Properties> / Shading> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0. 0 0,0 595,276 841,89] / Тип / Страница >> эндобдж 6 0 obj > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / Properties> / Shading> / XObject >>> / Rotate 0 / TrimBox [0.0 0.0 595.276 841.89] / Type / Page >> эндобдж 30 0 объект > поток HWko; _V (wѻ5XÙ6i (_ԃif5ER & ‘oî |% w | x0⎑r = 9YaT) _ Lz’ 5J «4UL? NX _I5% QaI # * juK> ڇ H-j ؒ # lopc ‘+ d & 9UN 䆬 & Wi͘4 \ ŧnw [ÓɅTM + K / 5Ka..R \ ‡ + 9, \ 1 & Q / ] KW? C $ r \ ͎ 㗯 * C @ pAv $ L + -Bϼ9.k? A6O3 ** + # he: *; Ic3B

    Удельное сопротивление: медь — лучший металлический проводник? | Научный проект

    Где R — сопротивление в омах, L — длина провода в метрах, A — площадь поперечного сечения провода в квадратных метрах, а ρ — удельное электрическое сопротивление в ом-метрах.

    Электрический Электропроводность — это величина, обратная удельному сопротивлению: это способность материала пропускать ток. Обозначается греческой буквой сигма, σ, и измеряется в единицах Сименс ( S ).

    В этом эксперименте вы сможете найти удельное сопротивление и проводимость материалов, которые вы тестируете, используя закон Ома, который гласит, что напряжение пропорционально произведению тока и сопротивления. Амперметр поможет вам измерить ток, протекающий по цепи, в то время как вольтметр покажет падение напряжения на участке, который вы проверяете.

    Где В, — напряжение, измеренное в вольтах, I — ток, измеренный в амперах, а R — сопротивление в омах.

    Задача: Определите удельное сопротивление различных материалов и толщину материалов и рассчитайте электрическую проводимость.

    Какой материал будет более резистивным? Проводящий?

    Материалы

    • аккумулятор 9В
    • 30 см неизолированного медного провода (меньшего сечения)
    • 30 см неизолированного медного провода (большего сечения)
    • 30 см неизолированной железной проволоки (такого же диаметра, как и более тонкая медная проволока)
    • 30 см неизолированной железной проволоки (такого же диаметра, как и у более толстой медной проволоки)
    • Любые другие провода, которые вы хотите проверить
    • Кусачки
    • Амперметр
    • Вольтметр
    • Линейка

    Процедура

    1. Присоедините положительный вывод амперметра к отрицательной клемме 9-вольтовой батареи.
    2. Присоедините отрицательный вывод амперметра к одному концу одного из проводов.
    3. Подключите другой конец провода к положительной клемме 9-вольтовой батареи.
    4. Используйте вольтметр для измерения падения напряжения на проводе разной длины (начните с 2 см, затем измерьте 3 см, 4 см и т. Д.). Убедитесь, что положительный вывод вольтметра касается начала провода.
    1. Запишите ток (по амперметру) и падение напряжения (по вольтметру) для каждой длины каждого проверенного провода.
    2. Используйте закон Ома, чтобы определить сопротивление и то, как длина, калибр и материал влияют на сопротивление.
    3. Постройте ваши результаты для каждого типа провода. Нанесите длину провода (в метрах) по оси абсцисс, а сопротивление (в омах) — по оси ординат.
    4. Рассчитайте удельное сопротивление по формуле:

    Где R — сопротивление в Ом ρ — удельное сопротивление в Ом-метрах L — длина провода в метрах и A — площадь поперечного сечения провода в метрах.* площадь поперечного сечения проводов разного калибра можно посмотреть в Интернете.

    1. Используйте удельное сопротивление ρ для расчета электропроводности σ .

    Результаты

    Более толстые провода будут иметь меньшее сопротивление, но более длинные провода будут иметь более высокое сопротивление. Медь имеет более низкое удельное сопротивление и лучше проводит электричество, чем железо.

    Почему?

    Сопротивление провода увеличивается с увеличением длины. Поскольку сопротивление — это свойство материала, который сопротивляется потоку электронов, логично, что чем больше у вас материала (большей длины), тем большее сопротивление у вас будет.Удельное электрическое сопротивление, ρ , является константой, которая является свойством материала и нормализует сопротивление к площади поперечного сечения материала, через который проходит ток. Наклон линии на графике зависимости длины от сопротивления — это удельное электрическое сопротивление.

    Так медь — лучший металлический проводник? Медь является лучшим проводником, чем железо, а это означает, что ток может проходить легче (с меньшим сопротивлением) через медь. Это неотъемлемое свойство материала.

    Вы можете использовать закон Ома для расчета сопротивления измеряемой секции, потому что цепь относится к серии , а это означает, что ток будет одинаковым во всех частях цепи.

    Заявление об отказе от ответственности и меры предосторожности

    Education.com предоставляет идеи проекта Science Fair для информационных целей. только для целей. Education.com не дает никаких гарантий или заверений относительно идей проектов Science Fair и не несет ответственности за любые убытки или ущерб, прямо или косвенно вызванные использованием вами таких Информация.Получая доступ к идеям проекта Science Fair, вы отказываетесь от отказаться от любых претензий к Education.com, которые возникают в связи с этим. Кроме того, ваш доступ к веб-сайту Education.com и идеям проектов Science Fair покрывается Политика конфиденциальности Education.com и Условия использования сайта, которые включают ограничения об ответственности Education.com.

    Настоящим дается предупреждение, что не все идеи проекта подходят для всех индивидуально или при любых обстоятельствах. Реализация идеи любого научного проекта должны проводиться только в соответствующих условиях и с соответствующими родительскими или другой надзор.Прочтите и соблюдайте правила техники безопасности всех Материалы, используемые в проекте, являются исключительной ответственностью каждого человека. Для Для получения дополнительной информации обратитесь к справочнику по научной безопасности вашего штата.

    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, используйте 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 файлах 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.

    «Удельное электрическое сопротивление расплавов сплавов Ni, Fe и Fe-Si при высоком давлении» Рейнольд Э. Зильбер

    Абстрактные

    Жидкое внешнее ядро ​​Земли (ОК) состоит из Fe, легированного до 10% Ni и небольшой долей легких элементов.Однако влияние легких элементов, таких как Si, на транспортные свойства жидкого сплава Fe в ОК Земли неясно. Теплопроводность ( κ ) и соответствующее удельное электрическое сопротивление ( ρ ) являются наименее ограниченными параметрами в OC. Следовательно, определение транспортных свойств Ni, Fe и Fe-Si при высоком давлении имеет важные геофизические последствия для ядра Земли. ρ твердого и жидкого Ni, Fe и Fe 4% Si были измерены при давлении и температуре до 12 ГПа и 2100 К соответственно.Все эксперименты проводились на многопозиционном прессе большого объема, а измерения проводились с использованием новой адаптации 4-проводного метода. В качестве среды давления использовалась стандартная октаэдрическая ячейка COnsortium on Materials Properties Research in Earth Sciences (COMPRES), в то время как внутренние компоненты были переработаны, чтобы позволить сохранить геометрию жидкого образца, удерживать расплав и минимизировать эффект диффузного загрязнения. В твердом состоянии ρ твердых Fe и Ni демонстрирует знакомое зависимое от давления уменьшение после температуры Кюри ( Tc ).Аномальное значение ρ Fe-4,5 мас.% Si выше Tc сильно модулируется температурой и давлением и объясняется фазовыми переходами и структурным упорядочением в сплаве. ρ жидкого Ni остается постоянным в начале плавления при всех давлениях. В то время как ρ жидкого Fe уменьшается до 5 ГПа, оно остается неизменным вдоль границы плавления после тройной точки δ-γ-жидкости.

    Разное

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *