Cos'è la resistenza elettrica e come dipende dalla temperatura

Dal punto di vista del processo elettromagnetico che si verifica in esso, qualsiasi elemento o sezione di un circuito elettrico è principalmente caratterizzato dalla capacità di condurre corrente o impedire il passaggio di corrente. Questa proprietà degli elementi del circuito è valutata dal loro conduttività elettrica o il valore della conducibilità inversa - resistenza elettrica.

La maggior parte dei dispositivi elettrici sono costituiti da parti conduttive realizzate con conduttori metallici, generalmente dotate di un rivestimento o guaina isolante. La resistenza elettrica di un conduttore dipende dalle sue dimensioni geometriche e dalle proprietà del materiale. Il valore della resistenza elettrica è uguale a

R = ρl / s = l / (γs)

dove l - lunghezza del conduttore, m; s — sezione del conduttore, mm²; ρ — conducibilità, ohm·mm²/m; γ — conducibilità specifica, m / ohm·mm.

Resistività elettrica

La resistività e la conducibilità tengono conto delle proprietà del materiale del conduttore e forniscono i valori di resistenza e conduttività del conduttore 1 m di lunghezza e 1 mm di sezione².

In termini di resistività ρ Tutti i materiali possono essere divisi in tre gruppi:

• conduttori - metalli e loro leghe (ρ Da 0,015 a 1,2 ohm·mm²/m);

• elettroliti e semiconduttori (ρ dalle 10² fino a 20⁶ ohm·mm²/m);

• dielettrici o isolanti (ρ dalle 10¹⁰ fino a 20¹¹ ohm·mm²/m).

Nei dispositivi elettrici vengono utilizzati materiali con resistività sia piccole che alte. Se è necessario che l'elemento del circuito abbia una leggera resistenza (ad esempio, i cavi di collegamento), dovrebbe essere costituito da conduttori con un valore basso ρ - dell'ordine di 0,015-0,03, ad esempio rame, argento, alluminio.

Altri dispositivi, al contrario, dovrebbero avere resistenze significative (lampade a incandescenza elettriche, dispositivi di riscaldamento, ecc.), Pertanto i loro elementi che trasportano corrente dovrebbero essere realizzati con materiali ad alta resistività ρ, che di solito rappresenta leghe metalliche. Questi includono, ad esempio, manganina, costantana, nicromo, che contano ρ da 0,1 a 1,2.

Dipendenza dalla temperatura della resistenza elettrica

Il valore della resistenza elettrica dipende anche dalla temperatura del conduttore, che può variare a causa del riscaldamento del conduttore da parte della corrente elettrica o da variazioni della temperatura dell'ambiente. Quando la temperatura del conduttore cambia, la sua resistività cambia. I valori p sopra riportati per alcuni materiali sono validi a temperatura

L'indipendenza della resistenza dalla temperatura è approssimativamente espressa come segue:

R_t^o = R₂₀^su·[1+α·(t^o-20°)]

R_t^o - resistenza del conduttore alla temperatura t^o, R₂₀^su- lo stesso ad una temperatura di 20 ° C, ohm; α Coefficiente di temperatura della resistenza elettrica, che mostra la variazione relativa della resistenza del filo quando viene riscaldato di 1 ° C.

Da questa espressione, la quantità α è uguale a

α = (R_t^o - R₂₀^su) / (R₂₀^su·(t^o-20°))

Per la maggior parte dei metalli e delle loro leghe, il valore α > 0, cioè quando riscaldato, la loro resistenza aumenta e viceversa.

Per il cablaggio in metallo puro, i valori sono compresi tra 0,0037 e 0,0065 per 1 ° C. Per leghe ad alta resistenza α ha valori molto piccoli, decine e centinaia di volte più piccoli di quelli dei conduttori in metallo puro. Quindi, per esempio, per la manganina α = 0,000015 a ° C.

significato α per i semiconduttori, gli elettroliti sono negativi, dell'ordine di 0,02. Anche il coefficiente di temperatura della resistenza elettrica è negativo e nel suo valore assoluto è dieci volte superiore a α per i metalli.

La dipendenza della resistenza dalla temperatura è ampiamente utilizzata nella tecnologia per misurare le temperature utilizzando il cosiddettotermometri a resistenzaper il qualeαdovrebbe essere grande. In diversi dispositivi, al contrario, vengono utilizzati materiali con un valore bassoα al fine di escludere l'influenza delle fluttuazioni di temperatura sulle letture di questi dispositivi.

Un esempio di calcolo della variazione della resistenza di un conduttore quando riscaldato: Come calcolare la temperatura del filamento di una lampada a incandescenza in modalità nominale

Resistenza AC

La resistenza dello stesso conduttore per la corrente alternata sarà maggiore rispetto alla corrente continua. Ciò è dovuto al fenomeno del cosiddetto effetto di superficieche consiste nel fatto che la corrente alternata viene spostata dalla parte centrale del conduttore agli strati periferici. Di conseguenza, la densità corrente negli strati interni sarà inferiore rispetto a quelli esterni.

Pertanto, con corrente alternata, la sezione trasversale del conduttore viene utilizzata, per così dire, in modo incompleto. Tuttavia, a una frequenza di 50 Hz, la differenza di resistenza alle correnti dirette e alternate è insignificante e può essere trascurata nella pratica.

Viene chiamata resistenza del conduttore CCohmicoe corrente alternata -resistenza attiva. Le resistenze ohmiche e attive dipendono dal materiale (struttura interna), dalle dimensioni geometriche e dalla temperatura del conduttore. Inoltre, nelle bobine con un nucleo in acciaio, il valore della resistenza attiva è influenzato dalla perdita di acciaio.

Le resistenze attive includono lampade a incandescenza elettriche, forni a resistenza elettrica, vari dispositivi di riscaldamento, reostati e fili, dove l'energia elettrica viene quasi completamente convertita in calore.

Oltre alla resistenza attiva, nei circuiti a corrente alternata ci sono resistenze induttive e capacitive (vedi -Che cos'è il carico induttivo e capacitivo?).

Resistenza di isolamento

L'affidabilità della rete elettrica e delle apparecchiature dipende in larga misura dalla qualità dell'isolamento tra parti sotto tensione di diverse fasi, nonché tra parti sotto tensione e terra.

La qualità dell'isolamento è caratterizzata dall'entità della sua resistenza. La definizione di questo valore è generalmente limitata durante i test di controllo di reti e impianti con una tensione inferiore a 1000 V. Per installazioni di tensione più elevata, vengono determinati ulteriormente la resistenza elettrica e le perdite dielettriche.

A seconda dello stato della rete (la rete con i ricevitori di potenza spenti o accesi, anche sotto tensione), vengono utilizzati vari circuiti di commutazione per dispositivi di misurazione e metodi per il calcolo del valore della resistenza di isolamento. I megaohmmetri e voltmetri più utilizzati a questo scopo.

Il compito di determinare la resistenza di isolamento è specifico e di ampio volume, pertanto, per studiarlo, si consiglia di fare riferimento a questo articolo:Come usare un megaohmmetro

A cosa serve il calcolo dei fili per il riscaldamento?

La resistenza elettrica influisce per il riscaldamento di fili e cavi. I fili che collegano la fonte di energia ai ricevitori dovrebbero fornire energia ai ricevitori con una piccola perdita di tensione ed energia, ma allo stesso tempo non dovrebbero essere riscaldati dalla corrente che li attraversa al di sopra della temperatura consentita.

Il superamento dei valori di temperatura consentiti comporta danni all'isolamento dei fili e, di conseguenza, un cortocircuito, ovvero un forte aumento del valore di corrente nel circuito. Pertanto, il calcolo dei fili consente di determinare l'area della sezione trasversale in cui la perdita di tensione e il riscaldamento dei fili rientrano nei limiti normali.

In genere, viene controllata la sezione di fili e cavi per il riscaldamento secondo le tabelle dei carichi di corrente consentiti dal PUE. Se la sezione trasversale non soddisfa le condizioni di riscaldamento, è necessario scegliere una sezione trasversale più grande che soddisfi questi requisiti.

Unità di riscaldamento a resistenza

Gli elementi principali dei forni elettrici sono gli elementi riscaldanti elettrici e un dispositivo di isolamento termico che impedisce la dispersione di calore nello spazio circostante. Materiali non metallici resistenti al calore con elevata resistività (carbone, grafite, carborundum) e materiali metallici (nichelcromo, costantana, fecrale, ecc.) Sono utilizzati come materiali per elementi riscaldanti elettrici.

Materiali ad alta resistività ρ ti consente di progettare elementi riscaldanti con una grande area e superficie della sezione trasversale e la scelta dei materiali con un piccolo coefficiente di espansione α, fornisce l'immutabilità delle dimensioni geometriche dell'elemento quando riscaldato.

Gli elementi riscaldanti realizzati con materiali di tipo grafite sono realizzati sotto forma di barre a sezione tubolare o solida. Gli elementi riscaldanti in metallo sono realizzati sotto forma di filo o nastro.

Usando i fusibili

Per proteggere i fili del circuito elettrico da correnti che superano i valori ammessi, applicareinterruttori automatici efusibili vari tipi. In linea di principio, un fusibile è una sezione di un circuito elettrico con bassa stabilità termica.

L'inserto del fusibile è di solito realizzato sotto forma di un conduttore corto di piccola sezione trasversale realizzato in un materiale con buona conduttività (rame, argento) o un conduttore con una resistività relativamente elevata (piombo, stagno). Se la corrente aumenta al di sopra del valore per cui è progettato il fusibile, quest'ultimo si brucia e disconnette la sezione del circuito protetto o il collettore di corrente.

Vedi anche:Tensione, resistenza, corrente e potenza sono le principali quantità elettriche