O que é resistência elétrica e como isso depende da temperatura

Do ponto de vista do processo eletromagnético que ocorre nele, qualquer elemento ou seção de um circuito elétrico é caracterizado principalmente pela capacidade de conduzir corrente ou impedir a passagem de corrente. Esta propriedade dos elementos do circuito é avaliada por seus condutividade elétrica ou o valor da condutividade reversa - resistência elétrica.

A maioria dos dispositivos elétricos consiste em peças condutoras feitas de condutores de metal, geralmente equipadas com um revestimento ou bainha isolante. A resistência elétrica de um condutor depende de suas dimensões geométricas e propriedades do material. O valor da resistência elétrica é igual a

R = ρl / s = l / (γs)

onde eu - comprimento do condutor, m; s — área da seção transversal do condutor, mm²; ρ — condutividade, ohm·mm²/m; γ — condutividade específica, m / ohm·mm

Resistividade elétrica

A resistividade e a condutividade levam em consideração as propriedades do material do condutor e fornecem os valores de resistência e condutividade do condutor com 1 m de comprimento e 1 mm de seção transversal².

Em termos de resistividade ρ Todos os materiais podem ser divididos em três grupos:

• condutores - metais e suas ligas (ρ 0,015 a 1,2 ohm·mm²/m);

• eletrólitos e semicondutores (ρ de 10² até 20⁶ om·mm²/m);

• dielétricos ou isoladores (ρ de 10¹⁰ até 20¹¹ om·mm²/m)

Em dispositivos elétricos, materiais com resistências pequenas e altas são usados. Se for necessário que o elemento do circuito tenha uma leve resistência (por exemplo, fios de conexão), ele deve ser feito de condutores com um valor baixo ρ - da ordem de 0,015-0,03, por exemplo, cobre, prata, alumínio.

Outros dispositivos, pelo contrário, devem ter resistências significativas (lâmpadas incandescentes elétricas, dispositivos de aquecimento etc.); portanto, seus elementos de transporte de corrente devem ser feitos de materiais com alta resistividade ρ, geralmente representando ligas metálicas. Estes incluem, por exemplo, manganina, constantan, nicrômio, que são importantes ρ de 0,1 a 1,2.

Dependência da temperatura da resistência elétrica

O valor da resistência elétrica também depende da temperatura do condutor, que pode variar devido ao aquecimento do condutor por corrente elétrica ou devido a mudanças na temperatura do ambiente. Quando a temperatura do condutor muda, sua resistividade muda. Os valores de p acima para alguns materiais são válidos à temperatura

A independência da resistência da temperatura é expressa aproximadamente da seguinte forma:

R_t^o = R₂₀^sobre·[1+α·(t^o-20°)]

R_t^o - resistência do condutor à temperatura t^o, R₂₀^sobre- o mesmo a uma temperatura de 20 ° C, ohm; α É o coeficiente de temperatura da resistência elétrica, mostrando a mudança relativa na resistência do fio quando é aquecido a 1 ° C.

A partir dessa expressão, a quantidade α é igual a

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

Para a maioria dos metais e suas ligas, o valor α > 0, isto é, quando aquecido, sua resistência aumenta e vice-versa.

Para fiação de metal puro, os valores variam de 0,0037 a 0,0065 por 1 ° C. Para ligas de alta resistência α possui valores muito pequenos, dezenas e centenas de vezes menores que os dos condutores de metal puro. Então, por exemplo, para manganina α = 0,000015 a ° C.

Valores α para semicondutores, os eletrólitos são negativos, da ordem de 0,02. O coeficiente de temperatura da resistência elétrica também é negativo e em seu valor absoluto é dez vezes maior que o α para metais.

A dependência da resistência à temperatura é amplamente utilizada na tecnologia para medir temperaturas usando o chamadotermômetros de resistênciapara qualαdeve ser grande. Em vários dispositivos, pelo contrário, são usados ​​materiais de baixo valorα para excluir a influência de flutuações de temperatura nas leituras desses dispositivos.

Um exemplo de cálculo da alteração na resistência de um condutor quando aquecido: Como calcular a temperatura do filamento de uma lâmpada de filamento no modo nominal

Resistência AC

A resistência do mesmo condutor para corrente alternada será maior que para corrente contínua. Isto é devido ao fenômeno da chamada efeito de superfícieque consiste no fato de que a corrente alternada é deslocada da parte central do condutor para as camadas periféricas. Como resultado, a densidade de corrente nas camadas internas será menor do que nas externas.

Assim, com corrente alternada, a seção transversal do condutor é usada, por assim dizer, incompletamente. No entanto, a uma frequência de 50 Hz, a diferença de resistência a correntes diretas e alternadas é insignificante e pode ser negligenciada na prática.

A resistência do condutor DC é chamadaôhmicoe corrente alternada -resistência ativa. As resistências ôhmicas e ativas dependem do material (estrutura interna), das dimensões geométricas e da temperatura do condutor. Além disso, em bobinas com núcleo de aço, o valor da resistência ativa é afetado pela perda de aço.

As resistências ativas incluem lâmpadas incandescentes elétricas, fornos de resistência elétrica, vários dispositivos de aquecimento, reostatos e fios, onde a energia elétrica é quase completamente convertida em calor.

Além da resistência ativa, em circuitos de corrente alternada existem resistências indutivas e capacitivas (consulte -O que é carga indutiva e capacitiva?).

Resistência de isolamento

A confiabilidade da rede e equipamentos elétricos depende em grande parte da qualidade do isolamento entre partes vivas de diferentes fases, bem como entre partes vivas e o solo.

A qualidade do isolamento é caracterizada pela magnitude de sua resistência. A definição desse valor geralmente é limitada durante os testes de controle de redes e instalações com uma tensão menor que 1000 V. Para instalações de alta tensão, a força elétrica e as perdas dielétricas são adicionalmente determinadas.

Dependendo do estado da rede (a rede com os receptores de energia desligados ou ligados, com ou sem tensão), são utilizados vários circuitos de comutação para dispositivos de medição e métodos para calcular o valor da resistência de isolamento. Os megaohmímetros e voltímetros mais utilizados para esse fim.

A tarefa de determinar a resistência do isolamento é específica e extensa em volume; portanto, para estudá-la, recomendamos que você consulte este artigo:Como usar um megaohmímetro

Para que serve o cálculo dos fios para aquecimento?

A resistência elétrica afeta para aquecimento de fios e cabos. Os fios que conectam a fonte de energia aos receptores devem fornecer energia aos receptores com uma pequena perda de tensão e energia, mas ao mesmo tempo não devem ser aquecidos pela corrente que passa por eles acima da temperatura permitida.

Exceder os valores de temperatura permitidos leva a danos no isolamento dos fios e, como conseqüência disso, a um curto-circuito, isto é, um aumento acentuado no valor atual no circuito. Portanto, o cálculo dos fios permite determinar a área da seção transversal na qual a perda de tensão e o aquecimento dos fios estarão dentro dos limites normais.

Normalmente, a seção transversal de fios e cabos para aquecimento é verificada de acordo com as tabelas de cargas de corrente admissíveis de PUE. Se a seção transversal não atender às condições de aquecimento, escolha uma seção transversal maior que atenda a esses requisitos.

Unidades de aquecimento por resistência

Os principais elementos dos fornos elétricos são os elementos de aquecimento elétrico e um dispositivo de isolamento térmico que evita a perda de calor no espaço circundante. Materiais não metálicos resistentes ao calor com alta resistividade (carvão, grafite, carborundo) e materiais metálicos (nicrômio, constantan, fechral, ​​etc.) são usados ​​como materiais para elementos de aquecimento elétrico.

Materiais de alta resistividade ρ permite projetar elementos de aquecimento com uma grande área e superfície de seção transversal e a escolha de materiais com um pequeno coeficiente de expansão α, fornece imutabilidade das dimensões geométricas do elemento quando aquecido.

Os elementos de aquecimento feitos de materiais como grafite são feitos na forma de barras com uma seção tubular ou sólida. Os elementos de aquecimento de metal são feitos na forma de arame ou fita.

Usando fusíveis

Para proteger os fios do circuito elétrico de correntes que excedam os valores permitidos, apliquedisjuntores efusíveis vários tipos. Em princípio, um fusível é uma seção de um circuito elétrico com baixa estabilidade térmica.

A inserção do fusível é geralmente feita na forma de um condutor curto de seção transversal pequena, feito de um material com boa condutividade (cobre, prata) ou um condutor com uma resistividade relativamente alta (chumbo, estanho). Se a corrente aumentar acima do valor para o qual o fusível foi projetado, este último queima e desconecta a seção do circuito protegido ou o coletor de corrente.

Veja também:Tensão, resistência, corrente e potência são as principais quantidades elétricas