¿Qué es la resistencia eléctrica y cómo depende de la temperatura?

Desde el punto de vista del proceso electromagnético que ocurre en él, cualquier elemento o sección de un circuito eléctrico se caracteriza principalmente por la capacidad de conducir corriente o impedir el paso de corriente. Esta propiedad de los elementos del circuito es evaluada por sus conductividad electrica o el valor de la conductividad inversa - resistencia eléctrica.

La mayoría de los dispositivos eléctricos consisten en partes conductoras hechas de conductores metálicos, generalmente equipados con una capa o revestimiento aislante. La resistencia eléctrica de un conductor depende de sus dimensiones geométricas y propiedades del material. El valor de la resistencia eléctrica es igual a

R = ρl / s = l / (γs)

donde l - longitud del conductor, m; s — área de la sección transversal del conductor, mm²; ρ — conductividad, ohm·mm²/m; γ — conductividad específica, m / ohm·mm

Resistividad eléctrica

La resistividad y la conductividad tienen en cuenta las propiedades del material del conductor y dan los valores de resistencia y conductividad del conductor de 1 m de largo y 1 mm de área de sección transversal².

En términos de resistividad ρ Todos los materiales se pueden dividir en tres grupos:

• conductores - metales y sus aleaciones (ρ 0.015 a 1.2 ohmios·mm²/m);

• electrolitos y semiconductores (ρ de 10² hasta 20⁶ om·mm²/m);

• dieléctricos o aislantes (ρ de 10¹⁰ hasta 20¹¹ om·mm²/m)

En dispositivos eléctricos, se utilizan materiales con resistividades pequeñas y altas. Si se requiere que el elemento del circuito tenga una ligera resistencia (por ejemplo, cables de conexión), debe estar hecho de conductores con un valor bajo ρ - del orden de 0.015-0.03, por ejemplo de cobre, plata, aluminio.

Otros dispositivos, por el contrario, deben tener resistencias significativas (lámparas incandescentes eléctricas, dispositivos de calefacción, etc.), por lo tanto, sus elementos portadores de corriente deben estar hechos de materiales con alta resistividad ρ, generalmente representando aleaciones metálicas. Estos incluyen, por ejemplo, manganin, constantan, nicrom, que importan ρ de 0.1 a 1.2.

Dependencia de la temperatura de la resistencia eléctrica.

El valor de la resistencia eléctrica también depende de la temperatura del conductor, que puede variar debido al calentamiento del conductor por corriente eléctrica o debido a cambios en la temperatura del ambiente. Cuando la temperatura del conductor cambia, su resistividad cambia. Los valores p anteriores para algunos materiales son válidos a temperatura

La independencia de la resistencia a la temperatura se expresa aproximadamente de la siguiente manera:

R_t^o = R₂₀^{acerca de}·[1+α·(t^o-20°)]

R_t^o - resistencia del conductor a temperatura t^o, R₂₀^{acerca de}- lo mismo a una temperatura de 20 ° C, ohm; α Es el coeficiente de temperatura de resistencia eléctrica, que muestra el cambio relativo en la resistencia del cable cuando se calienta a 1 ° C.

De esta expresión, la cantidad α es igual a

α = (R_t^o - R₂₀^{acerca de}) / (R₂₀^{acerca de}·(t^o-20°))

Para la mayoría de los metales y sus aleaciones, el valor α > 0, es decir, cuando se calienta, su resistencia aumenta y viceversa.

Para el cableado de metal puro, los valores de un rango de 0.0037 a 0.0065 por 1 ° C. Para aleaciones de alta resistencia. α tiene valores muy pequeños, decenas y cientos de veces más pequeños que los de los conductores de metal puro. Entonces, por ejemplo, para la manganina α = 0.000015 a ° C.

Valores α para semiconductores, los electrolitos son negativos, del orden de 0.02. El coeficiente de temperatura de resistencia eléctrica también es negativo y en su valor absoluto es diez veces mayor que α para metales

La dependencia de la resistencia a la temperatura se usa ampliamente en la tecnología para medir temperaturas utilizando el llamadotermómetros de resistenciapara queαdebería ser grande En una serie de dispositivos, por el contrario, se utilizan materiales con un valor bajo.α para excluir la influencia de las fluctuaciones de temperatura en las lecturas de estos dispositivos.

Un ejemplo de cálculo del cambio en la resistencia de un conductor cuando se calienta: Cómo calcular la temperatura del filamento de una lámpara de filamento en modo nominal

Resistencia AC

La resistencia del mismo conductor para corriente alterna será mayor que para corriente continua. Esto se debe al fenómeno de la llamada efecto de superficieque consiste en el hecho de que la corriente alterna se desplaza desde la parte central del conductor a las capas periféricas. Como resultado, la densidad de corriente en las capas internas será menor que en las capas externas.

Por lo tanto, con corriente alterna, la sección transversal del conductor se usa, por así decirlo, de forma incompleta. Sin embargo, a una frecuencia de 50 Hz, la diferencia en la resistencia a las corrientes directas y alternas es insignificante y puede despreciarse en la práctica.

La resistencia del conductor de CC se llamaohmicy corriente alternaresistencia activa. Las resistencias óhmicas y activas dependen del material (estructura interna), las dimensiones geométricas y la temperatura del conductor. Además, en bobinas con núcleo de acero, el valor de la resistencia activa se ve afectado por la pérdida de acero.

Las resistencias activas incluyen lámparas incandescentes eléctricas, hornos de resistencia eléctrica, diversos dispositivos de calentamiento, reóstatos y cables, donde la energía eléctrica se convierte casi por completo en calor.

Además de la resistencia activa, en los circuitos de corriente alterna hay resistencias inductivas y capacitivas (ver -¿Qué es la carga inductiva y capacitiva?).

Resistencia de aislamiento

La confiabilidad de la red eléctrica y el equipo depende en gran medida de la calidad del aislamiento entre partes vivas de diferentes fases, así como entre partes vivas y tierra.

La calidad del aislamiento se caracteriza por la magnitud de su resistencia. La definición de este valor suele estar limitada durante las pruebas de control de redes e instalaciones con un voltaje inferior a 1000 V. Para instalaciones de mayor voltaje, se determinan adicionalmente la resistencia eléctrica y las pérdidas dieléctricas.

Dependiendo del estado de la red (la red con los receptores de alimentación apagados o encendidos, esté o no bajo voltaje), se utilizan varios circuitos de conmutación para dispositivos de medición y métodos para calcular el valor de la resistencia de aislamiento. Los megaohmímetros y voltímetros más utilizados para este propósito.

La tarea de determinar la resistencia de aislamiento es específica y extensa en volumen, por lo tanto, para estudiarla, le recomendamos que consulte este artículo:Cómo usar un megaohmímetro

¿Para qué sirve el cálculo de cables para calefacción?

La resistencia eléctrica afecta para calentar alambres y cables. Los cables que conectan la fuente de energía a los receptores deben proporcionar energía a los receptores con una pequeña pérdida de voltaje y energía, pero al mismo tiempo no deben ser calentados por la corriente que pasa a través de ellos por encima de la temperatura permisible.

Exceder los valores de temperatura permisibles conduce a daños en el aislamiento de los cables y, como consecuencia de esto, a un cortocircuito, es decir, un fuerte aumento en el valor de corriente en el circuito. Por lo tanto, el cálculo de los cables le permite determinar el área de la sección transversal en la cual la pérdida de voltaje y el calentamiento de los cables estarán dentro de los límites normales.

Por lo general, se verifica la sección transversal de los cables y alambres para calefacción de acuerdo con las tablas de cargas de corriente permitidas de PUE. Si la sección transversal no se ajusta a las condiciones de calentamiento, debe elegir una sección transversal más grande que cumpla con estos requisitos.

Unidades de calentamiento por resistencia

Los elementos principales de los hornos eléctricos son los elementos calefactores eléctricos y un dispositivo de aislamiento térmico que evita la pérdida de calor en el espacio circundante. Los materiales no metálicos resistentes al calor con alta resistividad (carbón, grafito, carborundo) y materiales metálicos (nicromo, constantano, fecral, etc.) se utilizan como materiales para elementos de calentamiento eléctrico.

Materiales de alta resistividad ρ le permite diseñar elementos calefactores con un área y superficie de sección transversal grande, y la elección de materiales con un pequeño coeficiente de expansión α, proporciona la inmutabilidad de las dimensiones geométricas del elemento cuando se calienta.

Los elementos de calentamiento hechos de materiales de tipo grafito están hechos en forma de varillas con una sección tubular o sólida. Los elementos de calentamiento de metal están hechos en forma de alambre o cinta.

Usando fusibles

Para proteger los cables del circuito eléctrico de corrientes que excedan los valores permitidos, apliquedisyuntores yfusibles varios tipos En principio, un fusible es una sección de un circuito eléctrico con baja estabilidad térmica.

El inserto del fusible generalmente está hecho en forma de un conductor corto de sección transversal pequeña hecho de un material con buena conductividad (cobre, plata) o un conductor con una resistividad relativamente alta (plomo, estaño). Si la corriente aumenta por encima del valor para el cual está diseñado el fusible, este último se quema y apaga la sección del circuito o el colector de corriente que protege.

Ver también:Voltaje, resistencia, corriente y potencia son las principales cantidades eléctricas.