Was ist elektrischer Widerstand?
Der elektrische Strom I entsteht in jedem Stoff durch die Bewegung geladener Teilchen in eine bestimmte Richtung aufgrund der Einwirkung äußerer Energie (Potenzialdifferenz U). Jeder Stoff hat individuelle Eigenschaften, die den Stromfluss in ihm auf unterschiedliche Weise beeinflussen. Diese Eigenschaften werden durch den elektrischen Widerstand R bewertet.
Georg Ohm ermittelte empirisch die Faktoren, die die Größe des elektrischen Widerstands eines bestimmten Stoffes beeinflussen Formel seiner Abhängigkeit Spannung und Stromstärke, die nach ihm benannt ist. Die SI-Widerstandseinheit ist nach ihm benannt. 1 Ohm ist der bei 0°C gemessene Widerstandswert für eine homogene Quecksilbersäule von 106,3 cm Länge und einer Querschnittsfläche von 1 mm2.
Definition
Um Materialien für die Herstellung elektrischer Geräte zu bewerten und in der Praxis anzuwenden, wurde der Begriff „Leiterwiderstand“ eingeführt... Das hinzugefügte Adjektiv „spezifisch“ gibt den Nutzungskoeffizienten des für den betreffenden Stoff akzeptierten Volumenreferenzwerts an. Dadurch ist es möglich, die elektrischen Parameter unterschiedlicher Materialien auszuwerten.
Dabei wird berücksichtigt, dass der Widerstand des Drahtes mit zunehmender Länge und abnehmendem Querschnitt zunimmt. Das SI-System verwendet das Volumen eines homogenen Drahtes von 1 Meter Länge und 1 m2 Querschnitt... In technischen Berechnungen wird eine veraltete, aber praktische Volumeneinheit außerhalb des Systems verwendet, bestehend aus einer Länge von 1 Meter und einer Fläche von 1 mm.2... Die Formel für den Widerstand ρ ist in der Abbildung dargestellt.
Um die elektrischen Eigenschaften von Stoffen zu bestimmen, wird ein weiteres Merkmal eingeführt – die spezifische Leitfähigkeit b. Sie ist umgekehrt proportional zum Widerstandswert und bestimmt die Fähigkeit des Materials, elektrischen Strom zu leiten: b = 1 / p.
Wie der Widerstand von der Temperatur abhängt
Die Leitfähigkeit eines Materials wird durch seine Temperatur beeinflusst. Verschiedene Stoffgruppen verhalten sich beim Erhitzen oder Abkühlen nicht gleich. Diese Eigenschaft wird bei elektrischen Leitungen berücksichtigt, die im Freien bei heißem und kaltem Wetter betrieben werden.
Das Material und der spezifische Widerstand des Leiters werden unter Berücksichtigung der Betriebsbedingungen ausgewählt.
Die Erhöhung des Widerstands von Drähten gegen den Stromdurchgang beim Erhitzen erklärt sich aus der Tatsache, dass mit zunehmender Temperatur des darin enthaltenen Metalls die Bewegungsintensität von Atomen und Trägern elektrischer Ladung in alle Richtungen zunimmt, was unnötige Hindernisse schafft zur Bewegung geladener Teilchen in eine Richtung und verringert den Wert ihres Flusses.
Sinkt die Temperatur des Metalls, verbessern sich die Bedingungen für den Stromdurchgang.Beim Abkühlen auf eine kritische Temperatur tritt bei vielen Metallen das Phänomen der Supraleitung auf, wenn ihr elektrischer Widerstand praktisch Null ist. Diese Eigenschaft wird häufig bei Hochleistungselektromagneten genutzt.
Der Einfluss der Temperatur auf die Leitfähigkeit von Metallen wird von der Elektroindustrie bei der Herstellung gewöhnlicher Glühlampen genutzt. Ihre Nichromfaden Beim Durchfließen des Stroms wird es so weit erhitzt, dass es einen Lichtstrom aussendet. Unter normalen Bedingungen beträgt der Widerstand von Nichrom etwa 1,05 ÷ 1,4 (Ohm ∙ mm2) / m.
Wenn die Glühbirne unter Spannung eingeschaltet wird, fließt ein großer Strom durch den Glühfaden, der das Metall sehr schnell erhitzt. Gleichzeitig erhöht sich der Widerstand des Stromkreises, wodurch der Anlaufstrom auf den für die Beleuchtung erforderlichen Nennwert begrenzt wird . Auf diese Weise erfolgt eine einfache Regulierung der Stromstärke mittels einer Nichrom-Spirale, es ist nicht erforderlich, komplexe Vorschaltgeräte wie bei LED- und Leuchtstoffquellen zu verwenden.
Wie ist die Beständigkeit von Materialien, die in der Technik verwendet werden?
Nichteisen-Edelmetalle verfügen über die besten elektrischen Leitfähigkeitseigenschaften. Daher bestehen kritische Kontakte in Elektrogeräten aus Silber. Dies erhöht jedoch den Endpreis des gesamten Produkts. Die akzeptabelste Option ist die Verwendung billigerer Metalle. Für solche Zwecke ist beispielsweise der Widerstand von Kupfer von 0,0175 (Ohm ∙ mm2)/m durchaus geeignet.
Edelmetalle – Gold, Silber, Platin, Palladium, Iridium, Rhodium, Ruthenium und Osmium, benannt vor allem wegen ihrer hohen chemischen Beständigkeit und ihrem schönen Aussehen im Schmuck.Außerdem weisen Gold, Silber und Platin eine hohe Plastizität auf, und Metalle der Platingruppe sind feuerfest und wie Gold chemisch inert. Diese Vorteile von Edelmetallen vereinen sich.
Kupferlegierungen mit guter Leitfähigkeit werden zur Herstellung von Shunts verwendet, die den Fluss großer Ströme durch den Messkopf leistungsstarker Amperemeter begrenzen.
Der Widerstand von Aluminium ist mit 0,026 ÷ 0,029 (Ohm ∙ mm2)/m etwas höher als der von Kupfer, aber die Produktion und der Preis dieses Metalls sind niedriger. Es ist auch leichter. Dies erklärt seine weit verbreitete Verwendung in der Elektrizität zur Herstellung von Außendrähten und Kabeladern.
Der Widerstand von Eisen 0,13 (Ohm ∙ mm2) / m ermöglicht auch die Verwendung zur Übertragung von elektrischem Strom, was jedoch zu größeren Leistungsverlusten führt. Stahllegierungen haben eine erhöhte Festigkeit. Daher werden in die Aluminium-Freileitungen von Hochspannungsleitungen Stahllitzen eingewebt, die auf Bruchlasten ausgelegt sind.
Dies gilt insbesondere bei Eisbildung an Leitungen oder bei starken Windböen.
Einige Legierungen, beispielsweise Konstantin und Nickel, weisen innerhalb eines bestimmten Bereichs thermisch stabile Widerstandseigenschaften auf. Der elektrische Widerstand von Nickelin ändert sich von 0 bis 100 Grad Celsius praktisch nicht. Daher bestehen Rheostatspulen aus Nickel.
In Messgeräten wird häufig die Eigenschaft einer strikten Änderung der Widerstandswerte von Platin in Abhängigkeit von seiner Temperatur genutzt. Wenn ein elektrischer Strom von einer stabilisierten Spannungsquelle durch einen Platindraht geleitet wird und der Widerstandswert berechnet wird, zeigt dieser die Temperatur des Platins an.Dadurch kann die Skala entsprechend den Ohm-Werten in Grad eingeteilt werden. Mit dieser Methode können Sie die Temperatur mit einer Genauigkeit von Bruchteilen eines Grads messen.
Um praktische Probleme zu lösen, muss man manchmal den allgemeinen oder spezifischen Widerstand des Kabels kennen... Zu diesem Zweck geben die Kabelproduktverzeichnisse für jeden Wert des Kabels die Werte des induktiven und aktiven Widerstands einer einzelnen Ader an Querschnitt. Mit ihnen werden die zulässigen Belastungen und die erzeugte Wärme berechnet, die zulässigen Betriebsbedingungen ermittelt und ein wirksamer Schutz ausgewählt.
Die spezifische Leitfähigkeit von Metallen wird durch die Art und Weise ihrer Verarbeitung beeinflusst. Die Anwendung von Druck zur plastischen Verformung zerstört die Kristallgitterstruktur, erhöht die Anzahl der Defekte und erhöht den Widerstand. Um es zu reduzieren, wird Rekristallisationsglühen eingesetzt.
Das Dehnen oder Stauchen von Metallen führt bei ihnen zu einer elastischen Verformung, wodurch die Amplituden der thermischen Schwingungen der Elektronen abnehmen und der Widerstand etwas abnimmt.
Bei der Auslegung von Erdungssystemen ist dies zu berücksichtigen Bodenwiderstand… Sie unterscheidet sich per Definition von der oben genannten Methode und wird in SI-Einheiten – Ohm – gemessen. Meter. Mit seiner Hilfe wird die Qualität der Verteilung des elektrischen Stroms im Boden bewertet.
Abhängigkeit des Bodenwiderstands von Bodenfeuchtigkeit und -temperatur:
Die Leitfähigkeit des Bodens wird von vielen Faktoren beeinflusst, darunter Bodenfeuchtigkeit, Dichte, Partikelgröße, Temperatur, Konzentration von Salzen, Säuren und Basen.