Què és la resistència elèctrica i com depèn de la temperatura

Des del punt de vista del procés electromagnètic que s’hi produeix, qualsevol element o secció d’un circuit elèctric es caracteritza principalment per la capacitat de conduir corrent o d’impedir el pas del corrent. Aquesta propietat dels elements del circuit s'avalua segons els seus conductivitat elèctrica o el valor de la conductivitat inversa - resistència elèctrica.

La majoria dels dispositius elèctrics consisteixen en peces conductores fetes de conductors metàl·lics, normalment equipades amb un recobriment o aïllament aïllant. La resistència elèctrica d’un conductor depèn de les seves dimensions geomètriques i de les seves propietats. El valor de la resistència elèctrica és igual a

R = ρl / s = l / (γs)

on l - longitud del conductor, m; s — àrea de secció del conductor, mm²; ρ — conductivitat, ohm·mm²/m; γ — conductivitat específica, m / ohm·mm

Resistivitat elèctrica

La resistivitat i la conductivitat tenen en compte les propietats del material del conductor i donen els valors de resistència i conductivitat del conductor amb una longitud d’1 m i una zona de secció d’1 mm.².

En termes de resistivitat ρ Tots els materials es poden dividir en tres grups:

• conductors - metalls i els seus aliatges (ρ 0,015 a 1,2 ohm·mm²/m);

• electròlits i semiconductors (ρ a partir de les 10² fins a 20⁶ om·mm²/m);

• dielèctrics o aïllants (ρ a partir de les 10¹⁰ fins a 20¹¹ om·mm²/m).

En dispositius elèctrics s’utilitzen materials amb resistivitats petites i altes. Si es requereix que l’element del circuit tingui una lleugera resistència (per exemple, cables de connexió), s’ha de fer de conductors amb un valor baix ρ - de l'ordre de 0,015-0,03, per exemple de coure, plata, alumini.

Al contrari, altres dispositius haurien de tenir resistències importants (llums incandescents elèctrics, dispositius de calefacció, etc.), per tant, els seus elements portadors de corrent haurien de ser de materials amb alta resistència. ρ, normalment representant aliatges metàl·lics. Aquests inclouen, per exemple, el manganina, el constantan, el nichrome ρ de 0,1 a 1,2.

Dependència de la temperatura de la resistència elèctrica

El valor de la resistència elèctrica també depèn de la temperatura del conductor, que pot variar a causa de l'escalfament del conductor mitjançant corrent elèctric o a causa de canvis en la temperatura de l'entorn. Quan la temperatura del conductor canvia, la seva resistivitat canvia. Els valors p anteriors per a alguns materials són vàlids a temperatura

La independència de la resistència de la temperatura s’expressa aproximadament de la manera següent:

R_t^o = R₂₀^sobre·[1+α·(t^o-20°)]

R_t^o - resistència del conductor a temperatura t^o, R₂₀^sobre- el mateix a una temperatura de 20 ° C, ohm; α És el coeficient de temperatura de resistència elèctrica, que mostra el canvi relatiu de la resistència del filferro quan s'escalfa 1 ° C.

A partir d’aquesta expressió, la quantitat α és igual a

α = (R_t^o - R₂₀^sobre) / (R₂₀^sobre·(t^o-20°))

Per a la majoria de metalls i els seus aliatges, el valor α > 0, és a dir, quan s’escalfa, augmenta la seva resistència i viceversa.

Per al cablejat de metall pur, els valors van de 0,0037 a 0,0065 per 1 ºC. Per aliatges d’alta resistència α té valors molt petits, desenes i centenars de vegades més petits que els dels conductors de metall pur. Així, per exemple, per a la manganina α = 0,000015 a ° C.

Valors α per a semiconductors, els electròlits són negatius, de l'ordre de 0,02. El coeficient de temperatura de resistència elèctrica també és negatiu i en el seu valor absolut és deu vegades superior a α per metalls.

La dependència de la resistència de la temperatura s’utilitza àmpliament en la tecnologia per mesurar temperatures mitjançant l’anomenattermòmetres de resistènciaper a quèαhauria de ser gran. Al contrari, en diversos dispositius s’utilitzen materials amb un valor baixα per tal d’excloure la influència de les fluctuacions de temperatura en les lectures d’aquests dispositius.

Un exemple de càlcul del canvi en la resistència d’un conductor quan s’escalfa: Com calcular la temperatura de filament d'una làmpada en mode nominal

Resistència de CA

La resistència del mateix conductor per a corrent altern serà més gran que per a corrent continu. Això es deu al fenomen de l'anomenada efecte superficialque consisteix en el fet que el corrent altern es desplaça des de la part central del conductor fins a les capes perifèriques. Com a resultat, la densitat de corrent a les capes interiors serà menor que a les exteriors.

Així, amb corrent altern s’utilitza de manera incompleta la secció transversal del conductor. No obstant això, a una freqüència de 50 Hz, la diferència de resistència a corrents directes i alterns és insignificant i es pot descuidar en la pràctica.

S'anomena resistència del conductor de corrent continuohmici corrent altern -resistència activa. Les resistències òmiques i actives depenen del material (estructura interna), de les dimensions geomètriques i de la temperatura del conductor. A més, en les bobines amb un nucli d’acer, el valor de la resistència activa està afectat per la pèrdua d’acer.

Les resistències actives inclouen llums incandescents elèctrics, forns de resistència elèctrica, diversos aparells de calefacció, reòstats i cables, on l’energia elèctrica es converteix gairebé completament en calor.

A més de la resistència activa, als circuits de corrent altern hi ha resistències inductives i capacitives (vegeu -Què és la càrrega inductiva i capacitiva?).

Resistència aïllant

La fiabilitat de la xarxa elèctrica i dels equips depèn en gran mesura de la qualitat de l’aïllament entre parts vives de diferents fases, així com entre les parts vives i la terra.

La qualitat de l’aïllament es caracteritza per la magnitud de la seva resistència. La definició d’aquest valor sol limitar-se durant les proves de control de xarxes i instal·lacions amb un voltatge inferior a 1000 V. Per a instal·lacions de tensió superior, també es determina la força elèctrica i les pèrdues dielèctriques.

Segons l'estat de la xarxa (s'utilitza la xarxa amb els receptors d'alimentació apagats o no, sota tensió o no), s'utilitzen diversos circuits de commutació per a dispositius de mesura i mètodes per calcular el valor de la resistència aïllant. Els megavòmetres i voltímetres més utilitzats per a aquest propòsit.

La tasca de determinar la resistència d’aïllament és específica i extensiva en el volum, per tant, per estudiar-la, us recomanem que feu referència a aquest article:Com utilitzar un megavòmetre

Per a què serveix el càlcul dels cables per escalfar?

La resistència elèctrica afecta per a cables i cables de calefacció. Els cables que connecten la font d’energia als receptors han de proporcionar energia als receptors amb una petita pèrdua de tensió i energia, però no s’han d’escalfar pel corrent que els passa per sobre de la temperatura admissible.

Superar els valors de temperatura admissibles comporta danys a l'aïllament dels cables i, com a conseqüència, a un curtcircuit, és a dir, a un fort augment del valor actual en el circuit. Per tant, el càlcul dels cables permet determinar l'àrea de secció en què la pèrdua de tensió i l'escalfament dels cables estaran dins dels límits normals.

Típicament, es comprova la secció de cables i cables per a la calefacció segons les taules de càrregues de corrent admissibles de PUE. Si la secció no s'ajusta a les condicions de calefacció, heu d'escollir una secció més gran que compleixi aquests requisits.

Unitats de resistència

Els elements principals dels forns elèctrics són els elements de calefacció elèctrics i un dispositiu d’aïllament tèrmic que evita la pèrdua de calor a l’espai circumdant. Com a materials per als elements de calefacció elèctrica, s’utilitzen materials no metàl·lics resistents al calor amb alta resistivitat (carbó, grafit, carborund) i materials metàl·lics (nichrom, constantan, fechral, ​​etc.).

Materials d’alta resistivitat ρ permet dissenyar elements de calefacció amb una àrea i superfície transversals àmplia i l'elecció de materials amb un coeficient d'expansió reduït α, proporciona una immutabilitat de les dimensions geomètriques de l’element quan s’escalfa.

Els elements de calefacció de materials tipus grafit es fabriquen en forma de varetes amb secció tubular o sòlida. Els elements de calefacció metàl·lics es fan en forma de filferro o cinta.

Utilització de fusibles

Per protegir els fils del circuit elèctric de corrents superiors als valors permesosinterruptors de circuit ifusibles diversos tipus. En principi, un fusible és una secció d’un circuit elèctric de baixa estabilitat tèrmica.

L’inseridor de fusible sol realitzar-se en forma d’un conductor curt de petita secció fet d’un material amb bona conductivitat (coure, plata) o d’un conductor amb una resistivitat relativament alta (plom, estany). Si el corrent augmenta per sobre del valor per al qual està dissenyat el fusible, aquest es crema i desconnecta la secció de circuit protegit o el col·lector de corrent.

Vegeu tambéLes tensions, la resistència, el corrent i la potència són les principals quantitats elèctriques