Удельное сопротивление меди. Физика процесса

Видео: Электричество. Постоянный электрический ток. Урок 129. Задача 690

Часто в электротехнической литературе встречается понятие "удельное электрическое сопротивление меди". И невольно задаешься вопросом, а что же это такое?

Видео: Интерактивный учебник по физике

Понятие «сопротивление» для любого проводника непрерывно связано с пониманием процесса протекания по нему электрического тока. Так как речь в статье пойдет о сопротивлении меди, то и рассматривать нам следует ее свойства и свойства металлов.

Когда речь идет о металлах, то невольно вспоминаешь, что все они имеют определенное строение – кристаллическую решетку. Атомы находятся в узлах такой решетки и совершают относительно них периодические колебания. Расстояния и местоположение этих узлов зависит от сил взаимодействия атомов друг с другом (отталкивания и притяжения), и различны для разных металлов. А вокруг атомов по своим орбитам вращаются электроны. Их удерживает на орбите тоже равновесие сил. Только это силы притяжения к атому и центробежная. Представили себе картинку? Можно назвать ее, в некотором плане, статической.

А теперь добавим динамики. На кусок меди начинает действовать электрическое поле. Что же происходит внутри проводника? Электроны, сорванные силой электрического поля со своих орбит, устремляются к его положительному полюсу. Вот Вам и направленное движение электронов, а вернее, электрический ток. Но на пути своего движения они натыкаются на атомы в узлах кристаллической решетки и электроны, еще продолжающие вращаться вокруг своих атомов. При этом они теряют свою энергию и изменяют направление движения. Теперь становится немного понятнее смысл фразы «сопротивление проводника»? Это атомы решетки и вращающиеся вокруг них электроны оказывают сопротивление направленному движению электронов, сорванных электрическим полем со своих орбит. Но понятие сопротивление проводника можно назвать общей характеристикой. Более индивидуально характеризует каждый проводник удельное сопротивление. Меди в том числе. Эта характеристика индивидуальна для каждого металла, поскольку напрямую зависит только от формы и размеров кристаллической решетки и, в некоторой мере, от температуры. При повышении температуры проводника атомы совершают более интенсивное колебание в узлах решетки. А электроны вращаются вокруг узлов с большей скоростью и на орбитах большего радиуса. И, естественно, что свободные электроны при движении встречают и большее сопротивление. Такова физика процесса.

Удельное сопротивление меди - это стандартная величина. Значения этого параметра для всех металлов и других веществ, измеренные при 20° C, можно легко найти в справочной таблице. Для меди она составляет 0,0175 Ом*мм2/м. Из наиболее широко встречающихся в природе металлов эта величина близка по значению только у алюминия. У него она составляет 0,0271 Ом*мм2/м. Удельное сопротивление меди по своему значению уступает только серебру, величина которого равна 0,016 Ом*мм2/м. Это обуславливает ее широкое применение в электротехническом оборудовании, при изготовлении силовых кабелей, различных видов проводников, при печатном монтаже электронных устройств. Без медных проводов невозможно создание силовых трансформаторов и двигателей для малых бытовых электроприборов, обладающих свойством энергосбережения. В этом случае существенно возрастают требования к химической чистоте вещества, так как при присутствии в нем даже 0,02% алюминия удельное сопротивление меди увеличивается на 10%. Такая медь, правда, считается технически чистой и допускается изготовление из нее ряда определенных изделий.

Видео: Физика. Термодинамика: Циклические процессы. Центр онлайн-обучения «Фоксфорд»

Без знания значений удельного сопротивления невозможно осуществлять расчеты общего сопротивления проводников по их размерам и форме при разработке и проектировании электротехнического оборудования. Для расчета общего сопротивления проводника используется формула R = р*l / S, где встречающиеся сокращения обозначают следующее:

R – общее сопротивление проводника-

p – удельное сопротивление металла-

l – длина данного проводника-

S – площадь сечения проводника.

Для нужд электротехнической сферы налажено широкое производство таких металлов, как алюминий и медь, удельное сопротивление которых достаточно мало. Из этих металлов изготавливают кабели и различного типа провода, которые широко используются в строительстве, для производства бытовых приборов, изготовления шин, обмоток трансформаторов и других электротехнических изделий.