Таблица удельных сопротивлений проводников и металлов

Определение удельного сопротивления

Общая формула для расчета удельного сопротивления ρ любого вещества выглядит следующим образом:

$ ρ = R * { S над L } $ (1),

где: R – сопротивление, S – площадь поперечного сечения, L – длина проводника. На основе экспериментальных данных с помощью закона Ома и этой формулы определяют удельные сопротивления большого количества материалов, которые приведены в справочниках и на специализированных интернет-ресурсах.

Единицы измерения удельного сопротивления

Из формулы (1) следует, что, поскольку сопротивление в международной системе СИ измеряется в омах, а длина и площадь в метрах и квадратных метрах соответственно, единицей измерения удельного сопротивления будет Ом*м:

$ ρ = {{Om*m^2}over [m]} = Om*[m] $ (2).

Для практических расчетов часто используют внесистемную единицу Ом*мм2/м.Эта единица равна удельному сопротивлению материала, из которого изготовлен проводник длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм2.

Числовые значения ρ становятся более комфортными для восприятия. Другая причина в том, что сечение реальных проводов и кабелей составляет 1-10 мм2, и для расчета их параметров удобнее использовать внесистемный прибор.

 

Влияние температуры на удельное сопротивление

В энциклопедиях значения ρ для металлов приводятся при комнатной температуре 200С. Но эксперименты показали, что зависимость ρ(Т) носит линейный характер и описывается формулой:

$ ρ(T) = ρ0 * (1 + α*T)$ (3),

где: ρ0 – удельное сопротивление проводника при температуре 00С, α – температурный коэффициент сопротивления, который также имеет индивидуальное значение для каждого вещества. Значения α, полученные опытным путем, можно найти в энциклопедиях. Ниже приведены значения α для некоторых металлов:

• Серебро — 0,0035;
• Медь — 0,004;
• Алюминий — 0,004;
• Железо — 0,0066;
• Платина — 0,0032;
• Вольфрам — 0,0045.

Таким образом, с повышением температуры сопротивление металлов увеличивается. Это объясняется тем, что с повышением температуры увеличивается количество дефектов в кристаллической решетке из-за более интенсивных тепловых колебаний ионов, тормозящих поток электронов.

Когда температура металла приближается к абсолютному нулю, удельное сопротивление резко падает до нуля. Это явление называется сверхпроводимостью, а материалы, обладающие этой способностью, называются сверхпроводниками.

Этот эффект был открыт в 1911 году голландским физиком Камерлинг-Оннесом. В его эксперименте удельное сопротивление ртути упало до нуля при температуре 4,10 К.

Электрическое сопротивление

Электрическое сопротивление, одна из составляющих закона Ома, выражается в омах (Ом). Следует отметить, что электрическое сопротивление и удельное сопротивление — это не одно и то же. Удельное сопротивление — это свойство материала, а электрическое сопротивление — это свойство объекта.

Электрическое сопротивление резистора определяется сочетанием формы и удельного сопротивления материала, из которого он изготовлен.

Например, проволочный резистор из длинного тонкого провода имеет большее сопротивление, чем резистор из короткого толстого провода из того же металла.

В то же время проволочный резистор из высокоомного материала имеет большее электрическое сопротивление, чем резистор из низкоомного материала. И все это при том, что оба резистора сделаны из проволоки одинаковой длины и диаметра.

В качестве иллюстрации можно провести аналогию с гидравлической системой, где вода перекачивается по трубам.

• Чем длиннее и тоньше труба, тем большую водонепроницаемость она обеспечит.
• Труба, заполненная песком, будет сопротивляться воде больше, чем труба без песка

Проводимость и сопротивление

Ws указывает на способность вещества блокировать ток. Но в физике есть и обратная величина — проводимость. Он показывает способность проводить электричество. Это выглядит так:

σ=1/ρ, где ρ — удельное сопротивление вещества.

Если говорить о проводимости, то она определяется свойствами носителей заряда в этом веществе. Итак, в металлах есть свободные электроны. На внешней оболочке их не более трех, и атому выгоднее их «отдать», что и происходит при химических реакциях с веществами из правой части таблицы Менделеева.

В ситуации, когда у нас есть чистый металл, он имеет кристаллическую структуру, в которой эти внешние электроны являются общими. Они несут заряд, если к металлу приложено электрическое поле.

В растворах носителями заряда являются ионы.

Если говорить о таких веществах, как кремний, то по своим свойствам он является полупроводником и работает немного по другому принципу, но об этом позже. А пока давайте выясним, чем отличаются такие классы веществ, например:

Проводники и диэлектрики

Это вещества, которые плохо проводят электричество. Их называют диэлектриками. Такие вещества способны поляризоваться в электрическом поле, то есть их молекулы могут вращаться в этом поле в зависимости от того, как в них распределены электроны. Но поскольку эти электроны не свободны, а служат для связи между атомами, они не проводят электричество.

Проводимость диэлектриков почти нулевая, хотя идеальных среди них нет (это такая же абстракция, как абсолютно черное тело или идеальный газ).

Условный предел термина «лидер» равен ρ

Удельное сопротивление металлов — это мера их способности сопротивляться прохождению электрического тока. Это значение выражается в Ом-метрах (Ом⋅м). Символом сопротивления является греческая буква ρ (ро). Высокое удельное сопротивление означает, что материал плохо проводит электрический заряд.

Сопротивление провода

Величина сопротивления провода зависит от трех параметров: удельного сопротивления металла, длины и диаметра самого провода. Формула расчета сопротивления провода:

где: R — сопротивление провода (Ом) ρ — сопротивление металла (Ом.м) L — длина провода (м) A — площадь поперечного сечения провода (м2)

В качестве примера рассмотрим резистор из нихромовой проволоки с удельным сопротивлением 1,10×10-6 Ом·м. Кабель имеет длину 1500 мм и диаметр 0,5 мм. По этим трем параметрам рассчитываем сопротивление нихромовой проволоки:

R = 1,1 * 10-6 * (1,5 / 0,000000196) = 8,4 Ом

Нихром и константан часто используются в качестве резистивных материалов. Ниже в таблице вы можете увидеть удельное сопротивление некоторых из наиболее часто используемых металлов.

Химический состав сплава и электропроводность

Различный состав сплавов и процент легирующих добавок в них сильно влияют на величину электрического сопротивления. Углеродистые и низколегированные стали проводят электричество в несколько раз лучше, чем высоколегированные и жаропрочные стали, имеющие высокое содержание никеля и хрома.

Углеродистый сплав

Углеродный сплав при комнатной температуре имеет низкое электрическое сопротивление из-за высокого содержания железа. При 20°С величина их удельного сопротивления находится в пределах от 13·10 -8 (для стали 08КП) до 20·10 -8 Ом·м (для У12).

При нагреве до температур выше 1000°С способность углеродного сплава проводить электрический ток заметно снижается. Сопротивление увеличивается на порядок и может достигать значения 130·10 -8 Ом·м.

Низколегированный сплав

Низколегированный сплав более устойчив к прохождению электричества, чем углеродистый сплав. Его удельное электрическое сопротивление составляет (20…43)·10 -8 Ом·м при комнатной температуре.

Отметим, к сплавам этого типа, которые очень плохо проводят электрический ток, относятся 18Х2Х4ВА и 50С2Г. А вот при высоких температурах способность проводить электрический ток для сталей, перечисленных в таблице, практически ничем не отличается.

Хромистая нержавеющая сталь

Хромистая нержавеющая сталь имеет высокую концентрацию атомов хрома, что увеличивает удельное сопротивление – электропроводность такой нержавеющей стали низкая. При нормальных температурах сопротивление составляет (50…60)·10 -8 Ом·м.

Удельное электрическое сопротивление для хромоникелевой нержавеющей стали ρe 108, Ом·м

Х13	50,6	58,4	76,9	93,8	110,3	115	119	125,3
2х13	58,8	65,3	80	95,2	110,2	—	—	—
3х13	52,2	59,5	76,9	93,5	109,9	114,6	120,9	125
4X13	59,1	64,6	78,8	94	108	—	—	—

Хромоникелевая нержавеющая аустенитная сталь

Аустенитный хромоникелевый сплав также является нержавеющим, но за счет добавки никеля имеет удельное сопротивление в полтора раза выше, чем у хрома, — достигает значения (70…90) 10-8 Ом·м.

Удельное электрическое сопротивление для хромоникелевой нержавеющей стали ρe 108, Ом·м

12Х18Н9	—	74,3	89,1	100,1	109,4	114	—
12Х18Н9Т	72,3	79,2	91,2	101,5	109,2	—	—
17Х18Н9	72	73,5	92,5	103	111,5	118,5	—
Х18Н11Б	—	84,6	97,6	107,8	115	—	—
Х18Н9В	71	77,6	91,6	102,6	111,1	117,1	122
4Х14НВ2М (ЭИ69)	81,5	87,5	одна сотня	110	117,5	—	—
1Х14Н14В2М (ЭИ257)	—	82,4	95,6	104,5	112	119,2	—
1х14Н18М3Т	—	89	одна сотня	107,5	115	—	—
36Х18Н25С2 (ЭЯ3С)	—	98,5	105,5	110	117,5	—	—
Х13Н25М2В2	—	103	112,1	118,1	121	—	—
Х7Н25 (ЭИ25)	—	—	109	115	121	127	—
Х2Н35 (ЭИ36)	87,5	92,5	103	110	116	120,5	—
H28	84,2	89,1	99,6	107,7	114,2	118,4	122,5

Какое сопротивление меди и алюминия

Алюминий — легкий металл, который легко обрабатывается и отливается. Обладает высокой электропроводностью: стоит на 4-м месте после серебра, меди и золота.

Важно! Несмотря на ряд преимуществ (дешевизна, легкий вес, простота обработки и др.), алюминиевые провода в долгосрочной перспективе менее рентабельны, чем медные.

В электротехнике важны 2 понятия:

• Проводимость: Отвечает за передачу тока из одной точки в другую. Чем выше электропроводность металла, тем лучше он пропускает электричество. При +20 градусах проводимость меди составляет 59,5 млн сименс на метр (См/м), алюминия — 38 млн См/м. Проводимость медного кабеля практически не зависит от температуры.
• Электрическое сопротивление: чем выше это понятие, тем хуже материал будет пропускать ток. Удельное сопротивление меди 0,01724-0,0180 мкОм/м, алюминия — 0,0262-0,0295.

Другими словами, медь имеет более высокую проводимость и меньшее сопротивление, чем алюминий.

Читайте также: Тяговый электродвигатель: назначение и применение

Свойства резистивных материалов

Удельное сопротивление металла зависит от его температуры. Их значения обычно приводятся для комнатной температуры (20 °С). Изменение удельного сопротивления в результате изменения температуры характеризуется температурным коэффициентом.

Например, в термисторах (термисторах) это свойство используется для измерения температуры. С другой стороны, в прецизионной электронике это довольно нежелательный эффект. Металлопленочные резисторы обладают отличной температурной стабильностью.

Это достигается не только из-за низкого удельного сопротивления материала, но и из-за механической конструкции самого резистора.

При изготовлении резисторов используется множество различных материалов и сплавов. Нихром (сплав никеля и хрома) благодаря высокому удельному сопротивлению и стойкости к окислению при высоких температурах часто используется в качестве материала для изготовления проволочных резисторов.

Минус в том, что нельзя паять. Константан, еще один популярный материал, легко паяется и имеет более низкий температурный коэффициент.

Удельное сопротивление металлов, электролитов и веществ (Таблица)

Удельное сопротивление металлов и изоляторов

В справочной таблице приведены значения удельного сопротивления р для некоторых металлов и диэлектриков при температуре 18-20°С, выраженные в Ом·см.

Значение р для металлов сильно зависит от примесей, в таблице приведены значения р для химически чистых металлов, для изоляторов они даны приблизительно. Металлы и изоляторы расположены в таблице в порядке возрастания p-значения.

Удельное сопротивление чистых металлов при низких температурах

В таблице приведены значения удельного сопротивления (в Ом·см) для некоторых чистых металлов при низких температурах (0°С).

Чистые металлы	ч (°С)	Удельное сопротивление, 104 ρ (Ом·см)
Висмут	-200	0,348
Золото	-262,8	0,00018
Железо	-252,7	0,00011
Медь	-258,6	0,00014 1
Платина	-265	0,0010
Меркурий	-183,5	0,0697
Свинец	-252,9	0,0059
Серебряный	-258,6	0,00009

Удельное сопротивление электролитов

В таблице приведены значения удельного сопротивления электролитов в Ом·см при температуре 18 °С. Концентрация растворов с дана в процентах, что определяет количество граммов безводной соли или кислоты в 100 г решение.

с (%)	NH 4 Cl	NaCl	ZnSO4	CuSO4	КОН	NaOH	H2SO4
5	10,9	14,9	52,4	52,9	5,8	5.1	4,8
10	5.6	8.3	31,2	31,3	3.2	3.2	2,6
15	3,9	6.1	24.1	23,8	2,4	2,9	1,8
20	3.0	5.1	21,3	—	2.0	3.0	1,5
25	2,5	4.7	20,8	—	1,9	3,7	1,4

Состав и структура железа

Железо является типичным металлом и химически активным. Вещество реагирует при нормальной температуре, а нагревание или повышение влажности сильно увеличивает реакционную способность. Железо разъедает на воздухе, горит в атмосфере чистого кислорода, а в виде мелкой пыли может также воспламеняться на воздухе.

Чистое железо ковкое, но в таком виде металл встречается очень редко. По сути, железо представляет собой сплав с небольшой долей примесей — до 0,8 %, который характеризуется мягкостью и ковкостью чистого вещества. Важное значение для народного хозяйства имеют сплавы с углеродом — сталь, чугун, нержавеющая сталь.

Железу присущ полиморфизм: существует целых 4 модификации, отличающиеся строением и параметрами решетки:

• α-Fe – существует от нуля до +769 С. Имеет объемно-центрированную кубическую решетку и является ферромагнетиком, то есть сохраняет намагниченность в отсутствие внешнего магнитного поля. +769 С – точка Кюри для металла;
• от +769 до +917 С появляется β-Fe. Она отличается от α-фазы только параметрами решетки. При этом почти все физические свойства сохраняются, за исключением магнитных: железо становится парамагнитным, то есть теряет способность намагничиваться и втягивается в магнитное поле. Металловедение не считает β-фазу отдельной модификацией. Поскольку переход не влияет на существенные физические свойства;
• в интервале от 917 до 1394 С – γ-модификация, для которой характерна гранецентрированная кубическая решетка;
• при температурах выше +1394 С возникает δ-фаза, для которой характерна объемно-центрированная кубическая решетка.

При высоком давлении, а также при легировании металла некоторыми добавками образуется ε-фаза с гексагональной плотноупакованной решеткой.

Температура фазовых переходов заметно меняется при легировании одним и тем же углеродом. По сути, сама способность железа образовывать столько модификаций служит основой для обработки стали в различных температурных условиях. Без таких переходов металл не получил бы такого распространения.