Cos'è la resistività di una sostanza? Rispondere in parole semplici Per rispondere a questa domanda, è necessario ricordare il corso di fisica e immaginare l'incarnazione fisica di questa definizione. Una corrente elettrica viene fatta passare attraverso una sostanza e questa, a sua volta, impedisce il passaggio della corrente con una certa forza.
Il concetto di resistività di una sostanza
È questo valore, che mostra quanto fortemente una sostanza ostacola il flusso della corrente, cioè la resistenza specifica (la lettera latina “rho”). Nel sistema internazionale delle unità, la resistenza espresso in Ohm, moltiplicato per metro. La formula per il calcolo è: “La resistenza viene moltiplicata per l'area della sezione trasversale e divisa per la lunghezza del conduttore”.
Sorge la domanda: "Perché viene utilizzata un'altra resistenza quando si trova la resistività?" La risposta è semplice, esistono due quantità diverse: resistività e resistenza. Il secondo mostra quanto una sostanza sia capace di impedire alla corrente di attraversarla, e il primo mostra praticamente la stessa cosa stiamo parlando non più su una sostanza in senso generale, ma su un conduttore con una lunghezza e un'area di sezione trasversale specifiche, che sono costituiti da questa sostanza.
La quantità reciproca che caratterizza la capacità di una sostanza di trasmettere elettricità è chiamata conduttività elettrica specifica e la formula con cui viene calcolata la resistività specifica è direttamente correlata alla conduttività specifica.
Applicazioni del rame
Il concetto di resistività è ampiamente utilizzato nel calcolo della conduttività della corrente elettrica. vari metalli. Sulla base di questi calcoli, viene presa la decisione sull'opportunità di utilizzare un particolare metallo per la fabbricazione di conduttori elettrici, che vengono utilizzati nell'edilizia, nella costruzione di strumenti e in altri campi.
Tavolo di resistenza in metallo
Ci sono tabelle specifiche? che raccolgono le informazioni disponibili sulla trasmissione e sulla resistenza dei metalli, di norma queste tabelle sono calcolate per determinate condizioni.
In particolare, è ampiamente noto tavolo di resistenza monocristallo in metallo ad una temperatura di venti gradi Celsius, nonché una tabella di resistenza di metalli e leghe.
Queste tabelle vengono utilizzate per calcolare vari dati nel cosiddetto condizioni ideali Per calcolare valori per scopi specifici è necessario utilizzare le formule.
Rame. Le sue caratteristiche e proprietà
Descrizione della sostanza e delle proprietà
Il rame è un metallo scoperto molto tempo fa dall'uomo e da tempo utilizzato anche per diversi scopi tecnici. Il rame è un metallo molto malleabile e duttile con elevata conduttività elettrica, che lo rende molto popolare per realizzare vari fili e conduttori.
Proprietà fisiche del rame:
- punto di fusione: 1084 gradi Celsius;
- punto di ebollizione - 2560 gradi Celsius;
- densità a 20 gradi - 8890 chilogrammi divisi per metro cubo;
- capacità termica specifica a pressione e temperatura costanti 20 gradi - 385 kJ/J*kg
- resistività elettrica - 0,01724;
Gradi di rame
Questo metallo può essere suddiviso in diversi gruppi o gradi, ognuno dei quali ha le proprie proprietà e la propria applicazione nell'industria:
- I gradi M00, M0, M1 sono ottimi per la produzione di cavi e conduttori; durante la rifusione viene eliminata la sovrasaturazione con ossigeno.
- I gradi M2 e M3 sono opzioni a basso costo progettate per la laminazione su piccola scala e soddisfano la maggior parte dei compiti tecnici e industriali su piccola scala.
- I marchi M1, M1f, M1r, M2r, M3r lo sono marchi costosi rame, prodotti per un consumatore specifico con requisiti e richieste specifiche.
Francobolli tra loro differiscono in diversi modi:
L'influenza delle impurità sulle proprietà del rame
Le impurità possono influenzare le proprietà meccaniche, tecniche e operative dei prodotti.
Resistenza elettrica specifica, o semplicemente resistività di una sostanza - quantità fisica che caratterizza la capacità di una sostanza di impedire il passaggio di corrente elettrica.
Resistività indicato con la lettera greca ρ. Il reciproco della resistività è chiamato conduttività specifica (conduttività elettrica). A differenza della resistenza elettrica, che è una proprietà di un conduttore e dipende dal suo materiale, forma e dimensione, la resistività elettrica è una proprietà solo di una sostanza.
Resistenza elettrica di un conduttore omogeneo con resistività ρ, lunghezza l e area della sezione trasversale S può essere calcolata utilizzando la formula (si presuppone che né l'area né la forma della sezione trasversale cambino lungo il conduttore). Di conseguenza, per ρ abbiamo
Dall'ultima formula segue: significato fisico La resistività di una sostanza è che rappresenta la resistenza di un conduttore omogeneo di lunghezza unitaria e con area di sezione trasversale unitaria costituito da questa sostanza.
L'unità di resistività nel Sistema Internazionale di Unità (SI) è Ohm m.
Dalla relazione ne consegue che l'unità di misura della resistività nel sistema SI è uguale alla resistività di una sostanza alla quale ha un conduttore omogeneo lungo 1 m con una sezione trasversale di 1 m², costituito da questa sostanza una resistenza pari a 1 Ohm. Di conseguenza, la resistività di una sostanza arbitraria, espressa in unità SI, è numericamente uguale alla resistenza di una sezione di un circuito elettrico costituito da una determinata sostanza con una lunghezza di 1 me una sezione trasversale di 1 m².
Nella tecnologia viene utilizzata anche l'ormai superata unità non sistemica Ohm mm²/m, pari a 10 −6 di 1 Ohm m. Questa unità è uguale alla resistività di una sostanza alla quale un conduttore omogeneo lungo 1 m con una sezione trasversale di 1 mm², costituito da questa sostanza, ha una resistenza pari a 1 Ohm. Di conseguenza, la resistività di una sostanza, espressa in queste unità, è numericamente uguale alla resistenza di una sezione di un circuito elettrico costituito da questa sostanza, lunga 1 me una sezione trasversale di 1 mm².
La forza elettromotrice (EMF) è una quantità fisica scalare che caratterizza il lavoro delle forze esterne, cioè qualsiasi forza di origine non elettrica che agisce in circuiti CC o CA quasi stazionari. In un circuito conduttivo chiuso, la FEM è uguale al lavoro di queste forze per spostare un'unità Carica positiva lungo tutto il contorno.
Per analogia con l'intensità del campo elettrico, viene introdotto il concetto di intensità di forza esterna, intesa come grandezza fisica vettoriale pari al rapporto tra la forza esterna agente sulla prova carica elettrica, all'entità di tale addebito. Quindi in un ciclo chiuso la FEM sarà uguale a:
dov'è l'elemento di contorno.
I campi elettromagnetici, come la tensione, sono misurati in volt nel Sistema Internazionale di Unità (SI). Possiamo parlare di forza elettromotrice in qualsiasi parte del circuito. Questo è il lavoro specifico delle forze esterne non lungo l'intero circuito, ma solo in una determinata area. La forza elettromagnetica di una cella galvanica è il lavoro delle forze esterne quando si sposta una singola carica positiva all'interno dell'elemento da un polo all'altro. Il lavoro delle forze esterne non può essere espresso attraverso una differenza di potenziale, poiché le forze esterne non sono potenziali e il loro lavoro dipende dalla forma della traiettoria. Quindi, ad esempio, il lavoro delle forze esterne quando si sposta una carica tra i terminali della corrente all'esterno di se stessa? la fonte è zero.
Quando un circuito elettrico è chiuso, ai cui terminali è presente una differenza di potenziale, si verifica una corrente elettrica. Gli elettroni liberi, sotto l'influenza delle forze del campo elettrico, si muovono lungo il conduttore. Nel loro movimento, gli elettroni si scontrano con gli atomi del conduttore e forniscono loro la loro energia energia cinetica. La velocità del movimento degli elettroni cambia continuamente: quando gli elettroni entrano in collisione con atomi, molecole e altri elettroni, diminuisce, quindi sotto l'influenza di un campo elettrico aumenta e diminuisce di nuovo durante una nuova collisione. Di conseguenza, il conduttore è installato moto uniforme flusso di elettroni ad una velocità di diverse frazioni di centimetro al secondo. Di conseguenza, gli elettroni che passano attraverso un conduttore incontrano sempre resistenza al loro movimento da quel lato. Quando la corrente elettrica passa attraverso un conduttore, quest'ultimo si riscalda.
Resistenza elettrica
La resistenza elettrica di un conduttore, che è designata Lettera latina R, è la proprietà di un corpo o mezzo di trasformarsi energia elettrica in calore quando viene attraversato da una corrente elettrica.
Nei diagrammi la resistenza elettrica è indicata come in Figura 1, UN.
Viene chiamata resistenza elettrica variabile, che serve a cambiare la corrente in un circuito reostato. Nei diagrammi, i reostati sono designati come mostrato nella Figura 1, B. IN vista generale Un reostato è costituito da un filo di una resistenza o dell'altra, avvolto su una base isolante. Il cursore o la leva del reostato viene posizionato in una determinata posizione, a seguito della quale viene introdotta nel circuito la resistenza richiesta.
Un lungo conduttore con una piccola sezione trasversale crea una grande resistenza alla corrente. I conduttori corti con una sezione trasversale ampia offrono poca resistenza alla corrente.
Se prendiamo due conduttori da materiali diversi, ma della stessa lunghezza e sezione trasversale, i conduttori condurranno la corrente in modo diverso. Ciò dimostra che la resistenza di un conduttore dipende dal materiale del conduttore stesso.
Anche la temperatura del conduttore influisce sulla sua resistenza. All'aumentare della temperatura aumenta la resistenza dei metalli e diminuisce la resistenza dei liquidi e del carbone. Solo alcune leghe metalliche speciali (manganina, costantana, nichel e altre) difficilmente cambiano la loro resistenza con l'aumento della temperatura.
Quindi vediamo che la resistenza elettrica di un conduttore dipende: 1) dalla lunghezza del conduttore, 2) dalla sezione trasversale del conduttore, 3) dal materiale del conduttore, 4) dalla temperatura del conduttore.
L'unità di resistenza è un ohm. Om è spesso indicato in greco lettera maiuscolaΩ (omega). Pertanto, invece di scrivere “La resistenza del conduttore è 15 ohm”, potete semplicemente scrivere: R= 15 Ω.
1.000 ohm si chiamano 1 kiloohm(1kOhm o 1kΩ),
1.000.000 di ohm si chiama 1 megaohm(1mOhm o 1MΩ).
Quando si confronta la resistenza di conduttori di materiali diversi, è necessario prendere una certa lunghezza e sezione trasversale per ciascun campione. Allora saremo in grado di giudicare quale materiale conduce meglio o peggio la corrente elettrica.
Video 1. Resistenza del conduttore
Resistività elettrica
Viene chiamata la resistenza in ohm di un conduttore lungo 1 m, con una sezione trasversale di 1 mm² resistività ed è indicato con la lettera greca ρ (ro).
La tabella 1 mostra le resistività di alcuni conduttori.
Tabella 1
Resistività di vari conduttori
La tabella mostra che un filo di ferro con una lunghezza di 1 me una sezione di 1 mm² ha una resistenza di 0,13 Ohm. Per ottenere 1 Ohm di resistenza è necessario prendere 7,7 m di tale filo. L'argento ha la resistività più bassa. 1 Ohm di resistenza può essere ottenuto prendendo 62,5 m di filo d'argento con una sezione di 1 mm². L'argento è il miglior conduttore, ma il costo dell'argento esclude la possibilità del suo utilizzo di massa. Dopo l'argento nella tabella viene il rame: 1 m di filo di rame con una sezione di 1 mm² ha una resistenza di 0,0175 Ohm. Per ottenere una resistenza di 1 ohm, devi prendere 57 m di tale filo.
Il rame chimicamente puro, ottenuto mediante raffinazione, ha trovato ampio utilizzo nell'ingegneria elettrica per la fabbricazione di fili, cavi, avvolgimenti di macchine e dispositivi elettrici. Anche l’alluminio e il ferro sono ampiamente utilizzati come conduttori.
La resistenza del conduttore può essere determinata dalla formula:
Dove R– resistenza del conduttore in ohm; ρ – resistenza specifica del conduttore; l– lunghezza del conduttore in m; S– sezione del conduttore in mm².
Esempio 1. Determinare la resistenza di 200 m di filo di ferro con una sezione di 5 mm².
Esempio 2. Calcolare la resistenza di 2 km di filo di alluminio con sezione di 2,5 mm².
Dalla formula della resistenza puoi facilmente determinare la lunghezza, la resistività e la sezione trasversale del conduttore.
Esempio 3. Per un ricevitore radio, è necessario avvolgere una resistenza da 30 Ohm in filo di nichel con una sezione trasversale di 0,21 mm². Determinare la lunghezza del cavo richiesta.
Esempio 4. Determina la sezione trasversale di 20 m di filo di nicromo se la sua resistenza è di 25 Ohm.
Esempio 5. Un filo con una sezione di 0,5 mm² e una lunghezza di 40 m ha una resistenza di 16 Ohm. Determina il materiale del filo.
Il materiale del conduttore caratterizza la sua resistività.
Sulla base della tabella della resistività, troviamo che il piombo ha questa resistenza.
È stato affermato sopra che la resistenza dei conduttori dipende dalla temperatura. Facciamo il seguente esperimento. Avvolgiamo diversi metri di filo metallico sottile sotto forma di spirale e colleghiamo questa spirale al circuito della batteria. Per misurare la corrente, colleghiamo un amperometro al circuito. Quando la bobina viene riscaldata nella fiamma del bruciatore, noterai che le letture dell'amperometro diminuiranno. Ciò dimostra che la resistenza di un filo metallico aumenta con il riscaldamento.
Per alcuni metalli, se riscaldati di 100°, la resistenza aumenta del 40–50%. Ci sono leghe che cambiano leggermente la loro resistenza con il riscaldamento. Alcune leghe speciali non mostrano praticamente alcun cambiamento nella resistenza al variare della temperatura. La resistenza dei conduttori metallici aumenta con l'aumentare della temperatura, la resistenza degli elettroliti (conduttori liquidi), del carbone e altro solidi, al contrario, diminuisce.
La capacità dei metalli di modificare la propria resistenza al variare della temperatura viene utilizzata per costruire termometri a resistenza. Questo termometro è costituito da un filo di platino avvolto su un telaio di mica. Posizionando ad esempio un termometro in un forno e misurando la resistenza del filo di platino prima e dopo il riscaldamento, è possibile determinare la temperatura nel forno.
Viene chiamata la variazione di resistenza di un conduttore quando viene riscaldato per 1 ohm di resistenza iniziale e per 1° di temperatura coefficiente di resistenza alla temperatura ed è indicato con la lettera α.
Se a temperatura T 0 la resistenza del conduttore è R 0 e a temperatura T equivale r t, quindi il coefficiente di temperatura della resistenza
Nota. Il calcolo utilizzando questa formula può essere effettuato solo in un determinato intervallo di temperature (fino a circa 200°C).
Presentiamo i valori del coefficiente di temperatura della resistenza α per alcuni metalli (Tabella 2).
Tavolo 2
Valori dei coefficienti di temperatura per alcuni metalli
Dalla formula per il coefficiente di temperatura della resistenza determiniamo r t:
r t = R 0 .
Esempio 6. Determina la resistenza di un filo di ferro riscaldato a 200°C se la sua resistenza a 0°C era 100 Ohm.
r t = R 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 ohm.
Esempio 7. Un termometro a resistenza realizzato con filo di platino aveva una resistenza di 20 ohm in una stanza a 15°C. Si metteva il termometro nel forno e dopo qualche tempo se ne misurava la resistenza. Risultò essere pari a 29,6 Ohm. Determina la temperatura nel forno.
Conduttività elettrica
Finora abbiamo considerato la resistenza di un conduttore come l'ostacolo che il conduttore fornisce alla corrente elettrica. Tuttavia, la corrente passa attraverso il conduttore. Pertanto, oltre alla resistenza (ostacolo), il conduttore ha anche la capacità di condurre corrente elettrica, cioè conduttività.
Maggiore è la resistenza di un conduttore, minore è la sua conduttività, peggiore è la conduzione della corrente elettrica e, al contrario, minore è la resistenza del conduttore, maggiore è la sua conduttività, più facile è che la corrente passi attraverso il conduttore . Pertanto, la resistenza e la conduttività di un conduttore sono quantità reciproche.
Dalla matematica è noto che l'inverso di 5 è 1/5 e, viceversa, l'inverso di 1/7 è 7. Pertanto, se la resistenza di un conduttore è indicata con la lettera R, allora la conduttività è definita come 1/ R. La conduttività è solitamente indicata con la lettera g.
La conduttività elettrica si misura in (1/Ohm) o in Siemens.
Esempio 8. La resistenza del conduttore è di 20 ohm. Determinarne la conduttività.
Se R= 20 Ohm, quindi
Esempio 9. La conduttività del conduttore è 0,1 (1/Ohm). Determina la sua resistenza
Se g = 0,1 (1/Ohm), allora R= 1 / 0,1 = 10 (Ohm)
Resistività elettrica, o semplicemente resistività sostanza - una quantità fisica che caratterizza la capacità di una sostanza di impedire il passaggio di corrente elettrica.
La resistività è indicata con la lettera greca ρ. Il reciproco della resistività è chiamato conduttività specifica (conduttività elettrica). A differenza della resistenza elettrica, che è una proprietà conduttore e a seconda del materiale, della forma e delle dimensioni, la resistività elettrica è solo una proprietà sostanze.
Resistenza elettrica di un conduttore omogeneo con resistività ρ, lunghezza l e l'area della sezione trasversale S può essere calcolato utilizzando la formula R = ρ ⋅ l S (\displaystyle R=(\frac (\rho \cdot l)(S)))(si presuppone che né l'area né la forma della sezione trasversale cambino lungo il conduttore). Di conseguenza, per ρ abbiamo ρ = R ⋅ S l . (\displaystyle \rho =(\frac (R\cdot S)(l)).)
Dall'ultima formula segue: il significato fisico della resistività di una sostanza è che rappresenta la resistenza di un conduttore omogeneo di lunghezza unitaria e con area di sezione trasversale unitaria costituito da questa sostanza.
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L'unità di resistività nel Sistema Internazionale di Unità (SI) è Ohm · . Dalla relazione ρ = R ⋅ S l (\displaystyle \rho =(\frac (R\cdot S)(l))) ne consegue che l'unità di misura della resistività nel sistema SI è uguale alla resistività di una sostanza alla quale un conduttore omogeneo lungo 1 m con una sezione trasversale di 1 m², costituito da questa sostanza, ha una resistenza pari a 1Ohm. Di conseguenza, la resistività di una sostanza arbitraria, espressa in unità SI, è numericamente uguale alla resistenza di una sezione di un circuito elettrico costituito da una determinata sostanza con una lunghezza di 1 me una sezione trasversale di 1 m².
Nella tecnologia viene utilizzata anche l'antiquata unità non sistemica Ohm mm²/m, pari a 10 −6 di 1 Ohm m. Questa unità è uguale alla resistività di una sostanza alla quale un conduttore omogeneo lungo 1 m con una sezione trasversale di 1 mm², costituito da questa sostanza, ha una resistenza pari a 1 Ohm. Di conseguenza, la resistività di una sostanza, espressa in queste unità, è numericamente uguale alla resistenza di una sezione di un circuito elettrico costituito da questa sostanza, lunga 1 me una sezione trasversale di 1 mm².
Generalizzazione del concetto di resistività
La resistività può essere determinata anche per un materiale non uniforme le cui proprietà variano da punto a punto. In questo caso non si tratta di una costante, ma di una funzione scalare delle coordinate, un coefficiente relativo all'intensità del campo elettrico E → (r →) (\displaystyle (\vec (E))((\vec (r)))) e densità di corrente J → (r →) (\displaystyle (\vec (J))((\vec (r)))) a questo punto r → (\displaystyle (\vec (r))). Questa relazione è espressa dalla legge di Ohm in forma differenziale:
E → (r →) = ρ (r →) J → (r →) . (\displaystyle (\vec (E))((\vec (r)))=\rho ((\vec (r)))(\vec (J))((\vec (r))).)Questa formula è valida per una sostanza eterogenea ma isotropa. Una sostanza può anche essere anisotropa (la maggior parte dei cristalli, plasma magnetizzato, ecc.), ovvero le sue proprietà possono dipendere dalla direzione. In questo caso, la resistività è un tensore dipendente dalle coordinate del secondo rango, contenente nove componenti. In una sostanza anisotropa, i vettori della densità di corrente e dell'intensità del campo elettrico in ciascun punto della sostanza non sono co-diretti; la connessione tra loro è espressa dalla relazione
E io (r →) = ∑ j = 1 3 ρ io j (r →) J j (r →) . (\displaystyle E_(i)((\vec (r)))=\sum _(j=1)^(3)\rho _(ij)((\vec (r)))J_(j)(( \vec (r))).)In una sostanza anisotropa ma omogenea, il tensore ρ io j (\displaystyle \rho _(ij)) non dipende dalle coordinate.
Tensore ρ io j (\displaystyle \rho _(ij)) simmetrico, cioè per qualsiasi io (\displaystyle io) E j (\displaystyle j) eseguita ρ io j = ρ j io (\displaystyle \rho _(ij)=\rho _(ji)).
Come per qualsiasi tensore simmetrico, per ρ io j (\displaystyle \rho _(ij)) puoi scegliere un sistema ortogonale di coordinate cartesiane in cui la matrice ρ io j (\displaystyle \rho _(ij)) diventa diagonale, cioè assume la forma in cui su nove componenti ρ io j (\displaystyle \rho _(ij)) Solo tre sono diversi da zero: ρ 11 (\displaystyle \rho _(11)), ρ 22 (\displaystyle \rho _(22)) E ρ 33 (\displaystyle \rho _(33)). In questo caso, denotando ρ io io (\displaystyle \rho _(ii)) come, invece della formula precedente ne otteniamo una più semplice
E io = ρ io J io . (\displaystyle E_(i)=\rho _(i)J_(i).)Le quantità ρ io (\displaystyle \rho _(i)) chiamato valori principali tensore di resistività.
Relazione con la conduttività
Nei materiali isotropi, il rapporto tra resistività ρ (\displaystyle \rho ) e conducibilità specifica σ (\displaystyle \sigma ) espresso dall'uguaglianza
ρ = 1 σ. (\displaystyle \rho =(\frac (1)(\sigma )).)Nel caso di materiali anisotropi, il rapporto tra le componenti del tensore di resistività ρ io j (\displaystyle \rho _(ij)) e il tensore di conduttività è più complesso. Infatti, la legge di Ohm in forma differenziale per i materiali anisotropi ha la forma:
J io (r →) = ∑ j = 1 3 σ io j (r →) E j (r →) . (\displaystyle J_(i)((\vec (r)))=\sum _(j=1)^(3)\sigma _(ij)((\vec (r)))E_(j)(( \vec (r))).)Da questa uguaglianza e dalla relazione precedentemente data per E i (r →) (\displaystyle E_(i)((\vec (r)))) ne consegue che il tensore di resistività è l'inverso del tensore di conducibilità. Tenendo conto di ciò, per le componenti del tensore di resistività vale quanto segue:
ρ 11 = 1 det (σ) [ σ 22 σ 33 − σ 23 σ 32 ] , (\displaystyle \rho _(11)=(\frac (1)(\det(\sigma)))[\sigma _( 22)\sigma _(33)-\sigma _(23)\sigma _(32)],) ρ 12 = 1 det (σ) [ σ 33 σ 12 − σ 13 σ 32 ] , (\displaystyle \rho _(12)=(\frac (1)(\det(\sigma)))[\sigma _( 33)\sigma _(12)-\sigma _(13)\sigma _(32)],)Dove det (σ) (\displaystyle \det(\sigma))- determinante di una matrice composta da componenti tensoriali σ io j (\displaystyle \sigma _(ij)). Le restanti componenti del tensore di resistività sono ottenute dalle equazioni di cui sopra come risultato della riorganizzazione ciclica degli indici 1 , 2 E 3 .
Resistività elettrica di alcune sostanze
Cristalli singoli in metallo
Nella tabella sono riportati i principali valori del tensore di resistività dei monocristalli alla temperatura di 20 °C.
Cristallo ρ 1 = ρ 2, 10 −8 Ohm m ρ 3, 10 −8 Ohm m Lattina 9,9 14,3 Bismuto 109 138 Cadmio 6,8 8,3 Zinco 5,91 6,13 Contenuto:
Nell'ingegneria elettrica, uno degli elementi principali dei circuiti elettrici sono i fili. Il loro compito è far passare la corrente elettrica con perdite minime. È stato a lungo stabilito sperimentalmente che per ridurre al minimo le perdite di elettricità, i fili sono meglio realizzati in argento. È questo metallo che fornisce le proprietà di un conduttore con una resistenza minima in ohm. Ma poiché questo metallo nobile è costoso, il suo utilizzo nell’industria è molto limitato.
L'alluminio e il rame divennero i principali metalli per i fili. Sfortunatamente, la resistenza del ferro come conduttore di elettricità è troppo elevata per realizzare un buon filo. Nonostante il costo inferiore, viene utilizzato solo come base portante fili della linea elettrica.
Resistenze così diverse
La resistenza è misurata in ohm. Ma per i fili questo valore risulta essere molto piccolo. Se si tenta di effettuare misurazioni con un tester in modalità di misurazione della resistenza, sarà difficile ottenere il risultato corretto. Inoltre, indipendentemente dal cavo che prendiamo, il risultato sul display del dispositivo differirà poco. Ma ciò non significa che in realtà la resistenza elettrica di questi fili avrà lo stesso effetto sulle perdite di elettricità. Per verificarlo è necessario analizzare la formula utilizzata per calcolare la resistenza:
Questa formula utilizza quantità come:
Si scopre che la resistenza determina la resistenza. C'è una resistenza calcolata da una formula utilizzando un'altra resistenza. Questa resistività elettrica ρ (lettera greca rho) è ciò che determina il vantaggio di un particolare metallo come conduttore elettrico:
Pertanto, se si utilizza rame, ferro, argento o qualsiasi altro materiale per realizzare fili o conduttori identici con un design speciale, il materiale svolgerà il ruolo principale nelle sue proprietà elettriche.
Ma in realtà la situazione con la resistenza è più complessa del semplice calcolo utilizzando le formule sopra riportate. Queste formule non tengono conto della temperatura e della forma del diametro del conduttore. E con l'aumentare della temperatura, la resistività del rame, come di qualsiasi altro metallo, aumenta. Un esempio molto chiaro di ciò sarebbe una lampadina a incandescenza. Puoi misurare la resistenza della sua spirale con un tester. Quindi, dopo aver misurato la corrente nel circuito con questa lampada, utilizzare la legge di Ohm per calcolare la sua resistenza nello stato di incandescenza. Il risultato sarà molto maggiore rispetto a quando si misura la resistenza con un tester.
Allo stesso modo, il rame non fornirà l’efficienza attesa a correnti elevate se si trascura la forma della sezione trasversale del conduttore. L'effetto pelle, che si verifica in modo direttamente proporzionale all'aumento della corrente, rende inefficaci i conduttori a sezione circolare, anche se si utilizza argento o rame. Per questo motivo la resistenza di un filo di rame tondo ad alta corrente può essere superiore a quella di un filo piatto di alluminio.
Inoltre, anche se le loro aree di diametro sono le stesse. Con la corrente alternata compare anche l'effetto pelle, che aumenta all'aumentare della frequenza della corrente. Per effetto pelle si intende la tendenza della corrente a fluire più vicino alla superficie di un conduttore. Per questo motivo, in alcuni casi è più vantaggioso utilizzare il rivestimento in argento dei fili. Anche una leggera riduzione della resistività superficiale di un conduttore in rame argentato riduce significativamente la perdita di segnale.
Generalizzazione del concetto di resistività
Come in ogni altro caso associato alla visualizzazione delle dimensioni, la resistività è espressa in sistemi diversi unità. Il SI (Sistema Internazionale di Unità) utilizza ohm m, ma è anche possibile utilizzare Ohm*kV mm/m (questa è un'unità di resistività non sistemica). Ma in un conduttore reale il valore di resistività non è costante. Poiché tutti i materiali hanno una certa purezza che può variare da punto a punto, è stato necessario creare una rappresentazione corrispondente della resistenza del materiale reale. Questa manifestazione era la legge di Ohm in forma differenziale:
Questa legge molto probabilmente non si applicherà ai pagamenti delle famiglie. Ma durante la progettazione di vari componenti elettronici, ad esempio resistori, elementi in cristallo, viene sicuramente utilizzato. Poiché consente di eseguire calcoli in base a un dato punto per il quale esiste una densità di corrente e un'intensità del campo elettrico. E la resistività corrispondente. La formula viene utilizzata per sostanze isotrope disomogenee e anisotrope (cristalli, scariche di gas, ecc.).
Come ottenere il rame puro
Per ridurre al minimo le perdite nei fili di rame e nei nuclei dei cavi, deve essere particolarmente puro. Ciò è ottenuto tramite speciale processi tecnologici:
- basato sul fascio di elettroni e sulla fusione zonale;
- pulizia ripetuta dell'elettrolisi.
