Resistència elèctrica dels cables
El concepte de resistència elèctrica i conductivitat
Qualsevol cos pel qual passa un corrent elèctric té una certa resistència. La propietat d'un material conductor d'impedir el pas del corrent elèctric a través d'ell s'anomena resistència elèctrica.
La teoria electrònica explica d'aquesta manera la naturalesa de la resistència elèctrica dels conductors metàl·lics. Els electrons lliures, quan es mouen al llarg d'un cable, es troben amb àtoms i altres electrons al seu camí innombrables vegades i, interactuant amb ells, perden inevitablement part de la seva energia. Els electrons experimenten resistència al seu moviment de totes maneres. Diferents conductors metàl·lics amb diferents estructures atòmiques tenen diferent resistència al corrent elèctric.
Exactament el mateix explica la resistència dels conductors líquids i dels gasos al pas del corrent elèctric. Tanmateix, no hem d'oblidar que en aquestes substàncies, no els electrons, sinó les partícules carregades de molècules troben resistència durant el seu moviment.
La resistència es denota amb les lletres llatines R o r.
L'ohm es pren com a unitat de resistència elèctrica.
Ohm és la resistència d'una columna de mercuri de 106,3 cm d'alçada amb una secció transversal d'1 mm2 a una temperatura de 0 °C.
Si, per exemple, la resistència elèctrica del cable és de 4 ohms, s'escriu així: R = 4 ohms o r = 4è.
Per mesurar resistències de gran valor, s'adopta una unitat anomenada megohm.
Un megaohm equival a un milió d'ohms.
Com més gran sigui la resistència del cable, pitjor condueix el corrent elèctric i, per contra, com més baixa sigui la resistència del cable, més fàcil serà que el corrent elèctric passi per aquest cable.
Per tant, per a les característiques d'un conductor (des del punt de vista del pas d'un corrent elèctric a través d'ell), es pot tenir en compte no només la seva resistència, sinó també el valor invers de la resistència i anomenat conductivitat.
La conductivitat elèctrica s'anomena la capacitat d'un material de passar un corrent elèctric a través de si mateix.
Com que la conductància és el recíproc de la resistència, s'expressa com 1 /R, la conductància es denota amb la lletra llatina g.
Influència del material del conductor, les seves dimensions i la temperatura ambient en el valor de la resistència elèctrica
La resistència dels diferents cables depèn del material del qual estiguin fets. Per caracteritzar la resistència elèctrica de diversos materials, el concepte de l'anomenat Resistència.
La resistència anomenada resistència d'un cable amb una longitud d'1 m i una àrea de secció transversal d'1 mm2. La resistència es denota amb la lletra grega r. Cada material del qual està fet un conductor té la seva pròpia resistència específica.
Per exemple, la resistència del coure és de 0,017, és a dir, un cable de coure amb una longitud d'1 m i una secció transversal d'1 mm2 té una resistència de 0,017 ohms. La resistència de l'alumini és de 0,03, la resistència del ferro és de 0,12, la resistència del constantan és de 0,48 i la resistència del nicrom és d'1-1,1.
Llegeix més sobre això aquí: Què és la resistència elèctrica?
La resistència d'un cable és directament proporcional a la seva longitud, és a dir, com més llarg sigui el cable, més gran serà la seva resistència elèctrica.
La resistència d'un cable és inversament proporcional a la seva àrea de secció transversal, és a dir, com més gruixut és el cable, menor és la seva resistència i, per contra, com més prim és el cable, més gran és la seva resistència.
Per entendre millor aquesta relació, imagineu dos parells de vasos comunicants, un parell de vasos amb un tub de connexió prim i l'altre gruixut. És evident que quan un dels recipients (cada parell) s'omple d'aigua, el seu trasllat a un altre recipient a través d'un tub gruixut es farà molt més ràpid que a través d'un de prim, és a dir. una canonada gruixuda tindrà menys resistència al flux d'aigua. De la mateixa manera, és més fàcil que un corrent elèctric passi per un fil gruixut que per un de prim, és a dir, el primer té menys resistència que el segon.
La resistència elèctrica d'un conductor és igual a la resistència específica del material del qual està fet aquest conductor, multiplicada per la longitud del conductor i dividida per l'àrea de l'àrea de la secció transversal del conductor. conductor:
R = p l / S,
on - R - resistència del cable, ohm, l - longitud del cable en m, C - àrea de la secció transversal del cable, mm2.
Àrea de la secció transversal d'un cable rodó calculada per la fórmula:
S = Pi xd2 / 4
on Pi és un valor constant igual a 3,14; d — diàmetre del cable.
I així és com es determina la longitud del cable:
l = S R / p,
Aquesta fórmula permet determinar la longitud del cable, la seva secció i la resistència, si es coneixen les altres magnituds incloses en la fórmula.
Si cal determinar l'àrea de la secció transversal del cable, la fórmula condueix a la forma següent:
S = p l / R
Transformant la mateixa fórmula i resolent la igualtat en termes de p, trobem la resistència del cable:
R = R S / l
Aquesta última fórmula s'ha d'utilitzar en els casos en què es coneguin la resistència i les dimensions del conductor, però el seu material és desconegut i, a més, és difícil de determinar a partir del seu aspecte. Per fer-ho, cal determinar la resistència del cable i, utilitzant la taula, trobar un material amb aquesta resistència.
Un altre factor que afecta la resistència dels cables és la temperatura.
S'ha establert que amb l'augment de la temperatura augmenta la resistència dels cables metàl·lics i, amb una disminució, disminueix. Aquest augment o disminució de la resistència dels conductors metàl·lics purs és gairebé el mateix i té una mitjana d'un 0,4% per 1 °C... La resistència dels conductors líquids i del carbó disminueix amb l'augment de la temperatura.
La teoria electrònica de l'estructura de la matèria dóna la següent explicació per a l'augment de la resistència dels conductors metàl·lics amb l'augment de la temperatura.Quan s'escalfa, el conductor rep energia tèrmica, que inevitablement es transmet a tots els àtoms de la substància, com a conseqüència de la qual cosa augmenta la intensitat del seu moviment. L'augment del moviment dels àtoms crea una major resistència al moviment dirigit dels electrons lliures, per això augmenta la resistència del conductor. A mesura que disminueix la temperatura, es creen millors condicions per al moviment direccional dels electrons i la resistència del conductor disminueix. Això explica un fenomen interessant: la superconductivitat dels metalls.
Superconductivitat La reducció de la resistència dels metalls a zero es produeix a una temperatura negativa enorme -273° ° L'anomenat zero absolut. A una temperatura de zero absolut, els àtoms metàl·lics semblen congelar-se al seu lloc, completament imperturbats pel moviment dels electrons.