Comme nous le savons grâce à la loi d’Ohm, le courant dans une section du circuit est dans la relation suivante : Je = U/R. La loi a été dérivée d'une série d'expériences menées par le physicien allemand Georg Ohm au XIXe siècle. Il a remarqué une tendance : l'intensité du courant dans n'importe quelle section du circuit dépend directement de la tension appliquée à cette section, et inversement de sa résistance.

Plus tard, on a découvert que la résistance d'une section dépend de sa caractéristiques géométriques comme suit: R = ρl/S,

où l est la longueur du conducteur, S est son aire coupe transversale, et ρ est un certain coefficient de proportionnalité.

Ainsi, la résistance est déterminée par la géométrie du conducteur, ainsi que par un paramètre tel que résistivité(ci-après - nous) - c'est le nom de ce coefficient. Si vous prenez deux conducteurs de même section et longueur et les placez un par un dans un circuit, alors en mesurant le courant et la résistance, vous pouvez voir que dans les deux cas, ces indicateurs seront différents. Ainsi, le spécifique résistance électrique - il s'agit d'une caractéristique du matériau à partir duquel le conducteur est constitué ou, pour être encore plus précis, de la substance.

Conductivité et résistance

NOUS. montre la capacité d’une substance à empêcher le passage du courant. Mais en physique, il existe aussi une quantité inverse : la conductivité. Elle montre la capacité de diriger courant électrique. Elle ressemble à ceci :

σ=1/ρ, où ρ est la résistivité de la substance.

Si nous parlons de conductivité, elle est déterminée par les caractéristiques des porteurs de charge présents dans cette substance. Les métaux possèdent donc des électrons libres. Il n’y en a pas plus de trois sur l’enveloppe externe, et il est plus rentable pour l’atome de les « abandonner », ce qui se produit lorsque réactions chimiques avec les substances du côté droit du tableau périodique. Dans une situation où nous avons métal pur, il possède une structure cristalline dans laquelle ces électrons externes sont partagés. Ce sont eux qui transfèrent la charge si un champ électrique est appliqué au métal.

Dans les solutions, les porteurs de charge sont des ions.

Si nous parlons de substances telles que le silicium, alors dans ses propriétés, il s'agit semi-conducteur et cela fonctionne sur un principe légèrement différent, mais nous y reviendrons plus tard. En attendant, voyons en quoi ces classes de substances diffèrent :

1. Chefs d'orchestre ;
2. Semi-conducteurs ;
3. Diélectriques.

Conducteurs et diélectriques

Il existe des substances qui ne conduisent presque pas le courant. On les appelle diélectriques. De telles substances sont capables de se polariser dans champ électrique, c'est-à-dire que leurs molécules peuvent tourner dans ce champ en fonction de la façon dont elles y sont distribuées électrons. Mais comme ces électrons ne sont pas libres, mais servent à la communication entre les atomes, ils ne conduisent pas le courant.

La conductivité des diélectriques est presque nulle, bien qu'il n'y en ait pas parmi eux idéaux (c'est la même abstraction qu'un corps absolument noir ou un gaz parfait).

La limite conventionnelle du concept de « conducteur » est ρ<10^-5 Ом, а нижний порог такового у диэлектрика - 10^8 Ом.

Entre ces deux classes se trouvent des substances appelées semi-conducteurs. Mais leur séparation en un groupe distinct de substances n'est pas tant associée à leur état intermédiaire dans la ligne « conductivité - résistance », mais aux caractéristiques de cette conductivité dans différentes conditions.

Dépendance aux facteurs environnementaux

La conductivité n'est pas une valeur complètement constante. Les données des tableaux à partir desquels ρ est extrait pour les calculs existent pour des conditions environnementales normales, c'est-à-dire pour une température de 20 degrés. En réalité, il est difficile de trouver des conditions aussi idéales pour le fonctionnement d’un circuit ; en fait nous (et donc la conductivité) dépendent des facteurs suivants :

1. température;
2. pression;
3. présence de champs magnétiques;
4. lumière;
5. état d’agrégation.

Différentes substances ont leur propre calendrier pour modifier ce paramètre dans différentes conditions. Ainsi, les ferromagnétiques (fer et nickel) l'augmentent lorsque la direction du courant coïncide avec la direction des lignes de champ magnétique. Quant à la température, la dépendance est ici presque linéaire (il existe même une notion de coefficient de résistance thermique, et c'est aussi une valeur tabulaire). Mais la direction de cette dépendance est différente : pour les métaux, elle augmente avec l'augmentation de la température, et pour les éléments de terres rares et les solutions électrolytiques, elle augmente - et cela dans le même état d'agrégation.

Pour les semi-conducteurs, la dépendance à la température n'est pas linéaire, mais hyperbolique et inverse : avec l'augmentation de la température, leur conductivité augmente. Cela distingue qualitativement les conducteurs des semi-conducteurs. Voici à quoi ressemble la dépendance de ρ à la température pour les conducteurs :

Les résistivités du cuivre, du platine et du fer sont indiquées ici. Certains métaux, par exemple le mercure, ont un graphique légèrement différent - lorsque la température descend à 4 K, il le perd presque complètement (ce phénomène est appelé supraconductivité).

Et pour les semi-conducteurs, cette dépendance ressemblera à ceci :

Lors du passage à l’état liquide, le ρ du métal augmente, mais ils se comportent alors tous différemment. Par exemple, pour le bismuth fondu, il est inférieur à la température ambiante et pour le cuivre, il est 10 fois supérieur à la normale. Le nickel quitte le graphique linéaire à 400 degrés supplémentaires, après quoi ρ diminue.

Mais le tungstène dépend tellement de la température qu’il provoque l’extinction des lampes à incandescence. Lorsqu'il est allumé, le courant chauffe la bobine et sa résistance augmente plusieurs fois.

Aussi y. Avec. les alliages dépendent de la technologie de leur production. Ainsi, s'il s'agit d'un simple mélange mécanique, alors la résistance d'une telle substance peut être calculée en utilisant la moyenne, mais pour un alliage de substitution (c'est-à-dire lorsque deux éléments ou plus sont combinés en un seul réseau cristallin), ce sera différent , en règle générale, beaucoup plus grand. Par exemple, le nichrome, à partir duquel sont fabriquées les spirales pour cuisinières électriques, a une telle valeur pour ce paramètre que lorsqu'il est connecté au circuit, ce conducteur chauffe jusqu'au rouge (c'est pourquoi, en fait, il est utilisé).

Voici la caractéristique ρ des aciers au carbone :

Comme on peut le constater, à mesure qu’on s’approche de la température de fusion, il se stabilise.

Résistivité de divers conducteurs

Quoi qu'il en soit, dans les calculs, ρ est utilisé précisément dans des conditions normales. Voici un tableau grâce auquel vous pouvez comparer cette caractéristique de différents métaux :

Comme le montre le tableau, le meilleur conducteur est l’argent. Et seul son coût empêche son utilisation généralisée dans la production de câbles. NOUS. l'aluminium est également petit, mais moins que l'or. Le tableau montre clairement pourquoi le câblage dans les maisons est en cuivre ou en aluminium.

Le tableau n’inclut pas le nickel qui, comme nous l’avons déjà dit, présente un graphique de y légèrement inhabituel. Avec. sur la température. La résistivité du nickel après avoir augmenté la température à 400 degrés commence non pas à augmenter, mais à diminuer. Il se comporte également de manière intéressante dans d’autres alliages de substitution. Voici comment se comporte un alliage de cuivre et de nickel, en fonction du pourcentage des deux :

Et ce graphique intéressant montre la résistance des alliages Zinc - Magnésium :

Les alliages à haute résistivité sont utilisés comme matériaux pour la fabrication des rhéostats, voici leurs caractéristiques :

Ce sont des alliages complexes constitués de fer, d’aluminium, de chrome, de manganèse et de nickel.

Quant aux aciers au carbone, il est d'environ 1,7*10^-7 Ohm·m.

La différence entre y. Avec. Les différents conducteurs sont déterminés par leur application. Ainsi, le cuivre et l'aluminium sont largement utilisés dans la production de câbles, et l'or et l'argent sont utilisés comme contacts dans un certain nombre de produits d'ingénierie radio. Les conducteurs à haute résistance ont trouvé leur place chez les fabricants d'appareils électriques (plus précisément, ils ont été créés à cet effet).

La variabilité de ce paramètre en fonction des conditions environnementales constitue la base de dispositifs tels que des capteurs de champ magnétique, des thermistances, des jauges de contrainte et des photorésistances.

Chaque substance est capable de conduire le courant à des degrés divers, cette valeur est affectée par la résistance du matériau. La résistivité du cuivre, de l'aluminium, de l'acier et de tout autre élément est désignée par la lettre ρ de l'alphabet grec. Cette valeur ne dépend pas des caractéristiques du conducteur telles que la taille, la forme et l'état physique ; la résistance électrique ordinaire prend en compte ces paramètres. La résistivité est mesurée en Ohms multiplié par mm² et divisée par mètre.

Catégories et leurs descriptions

Tout matériau est capable de présenter deux types de résistance en fonction de l'électricité qui lui est fournie. Le courant peut être variable ou constant, ce qui affecte considérablement les performances techniques de la substance. Il existe donc de telles résistances :

1. Ohmique. Apparaît sous l'influence du courant continu. Caractérise la friction créée par le mouvement de particules chargées électriquement dans un conducteur.
2. Actif. Il est déterminé selon le même principe, mais est créé sous l'influence du courant alternatif.

À cet égard, il existe également deux définitions de valeur spécifique. Pour le courant continu, elle est égale à la résistance exercée par une unité de longueur de matériau conducteur d’une unité de section transversale fixe. Le champ électrique potentiel affecte tous les conducteurs, ainsi que les semi-conducteurs et les solutions capables de conduire des ions. Cette valeur détermine les propriétés conductrices du matériau lui-même. La forme du conducteur et ses dimensions ne sont pas prises en compte, on peut donc le qualifier de fondamental en génie électrique et en science des matériaux.

Sous condition de passage de courant alternatif, la valeur spécifique est calculée en tenant compte de l'épaisseur du matériau conducteur. Ici, l'influence non seulement du potentiel, mais également des courants de Foucault se produit et, en outre, la fréquence des champs électriques est prise en compte. La résistivité de ce type est supérieure à celle du courant continu, puisqu'ici la valeur positive de la résistance au champ vortex est prise en compte. Cette valeur dépend également de la forme et de la taille du conducteur lui-même. Ce sont ces paramètres qui déterminent la nature du mouvement vortex des particules chargées.

Le courant alternatif provoque certains phénomènes électromagnétiques dans les conducteurs. Ils sont très importants pour les caractéristiques électriques du matériau conducteur :

1. L'effet peau se caractérise par un affaiblissement du champ électromagnétique, d'autant plus qu'il pénètre dans le milieu du conducteur. Ce phénomène est également appelé effet de surface.
2. L'effet de proximité réduit la densité de courant en raison de la proximité des fils adjacents et de leur influence.

Ces effets sont très importants lors du calcul de l'épaisseur optimale du conducteur, car lors de l'utilisation d'un fil dont le rayon est supérieur à la profondeur de pénétration du courant dans le matériau, le reste de sa masse restera inutilisé et cette approche sera donc inefficace. Conformément aux calculs effectués, le diamètre efficace du matériau conducteur dans certaines situations sera le suivant :

• pour un courant de 50 Hz - 2,8 mm ;
• 400 Hz - 1 mm ;
• 40 kHz - 0,1 mm.

Compte tenu de cela, l'utilisation de câbles multiconducteurs plats, constitués de nombreux fils fins, est activement utilisée pour les courants haute fréquence.

Caractéristiques des métaux

Des indicateurs spécifiques des conducteurs métalliques sont contenus dans des tableaux spéciaux. À l'aide de ces données, vous pouvez effectuer les calculs supplémentaires nécessaires. Un exemple d'une telle table de résistivité peut être vu dans l'image.

Le tableau montre que l'argent a la plus grande conductivité - c'est un conducteur idéal parmi tous les métaux et alliages existants. Si vous calculez la quantité de fil de ce matériau nécessaire pour obtenir une résistance de 1 ohm, vous obtiendrez 62,5 m de fil de fer pour la même valeur, il faudra jusqu'à 7,7 m.

Quelles que soient les merveilleuses propriétés de l'argent, il s'agit d'un matériau trop coûteux pour une utilisation massive dans les réseaux électriques. Le cuivre a donc trouvé de nombreuses applications dans la vie quotidienne et dans l'industrie. En termes d'indicateur spécifique, il se classe au deuxième rang après l'argent, et en termes de prévalence et de facilité d'extraction, il est bien meilleur que lui. Le cuivre présente d’autres avantages qui lui ont permis de devenir le conducteur le plus répandu. Ceux-ci incluent :

Pour une utilisation en génie électrique, on utilise du cuivre raffiné qui, après fusion à partir du minerai sulfuré, passe par les processus de grillage et de soufflage, puis subit nécessairement une purification électrolytique. Après un tel traitement, vous pouvez obtenir un matériau de très haute qualité (grades M1 et M0), qui contiendra de 0,1 à 0,05 % d'impuretés. Une nuance importante est la présence d'oxygène en quantités extrêmement faibles, car elle affecte négativement les caractéristiques mécaniques du cuivre.

Ce métal est souvent remplacé par des matériaux moins chers - l'aluminium et le fer, ainsi que divers bronzes (alliages avec du silicium, du béryllium, du magnésium, de l'étain, du cadmium, du chrome et du phosphore). De telles compositions ont une résistance plus élevée que le cuivre pur, bien qu'elles aient une conductivité plus faible.

Avantages de l'aluminium

Bien que l’aluminium soit plus résistant et plus fragile, son utilisation généralisée est due au fait qu’il n’est pas aussi rare que le cuivre et donc moins cher. L'aluminium a une résistivité de 0,028 et sa faible densité le rend 3,5 fois plus léger que le cuivre.

Pour les travaux électriques, on utilise de l'aluminium purifié de qualité A1, ne contenant pas plus de 0,5 % d'impuretés. La qualité supérieure AB00 est utilisée pour la fabrication de condensateurs électrolytiques, d'électrodes et de feuilles d'aluminium. La teneur en impuretés de cet aluminium ne dépasse pas 0,03 %. Il existe également du métal pur AB0000, ne comprenant pas plus de 0,004 % d'additifs. Les impuretés elles-mêmes comptent également : le nickel, le silicium et le zinc ont un léger effet sur la conductivité de l'aluminium, et la teneur en cuivre, argent et magnésium de ce métal a un effet notable. Le thallium et le manganèse réduisent le plus la conductivité.

L'aluminium possède de bonnes propriétés anticorrosion. Au contact de l'air, il se recouvre d'une fine pellicule d'oxyde qui le protège d'une destruction ultérieure. Pour améliorer les caractéristiques mécaniques, le métal est allié à d'autres éléments.

Indicateurs d'acier et de fer

La résistivité du fer par rapport au cuivre et à l'aluminium est très élevée, cependant, en raison de sa disponibilité, de sa solidité et de sa résistance à la déformation, le matériau est largement utilisé dans la production électrique.

Bien que le fer et l’acier, dont la résistivité est encore plus élevée, présentent des inconvénients importants, les fabricants de matériaux conducteurs ont trouvé des méthodes pour les compenser. En particulier, une faible résistance à la corrosion est surmontée en enduisant le fil d'acier de zinc ou de cuivre.

Propriétés du sodium

Le sodium métal est également très prometteur dans la production de conducteurs. En termes de résistance, il dépasse largement le cuivre, mais a une densité 9 fois inférieure. Cela permet au matériau d'être utilisé dans la fabrication de fils ultra-légers.

Le sodium métallique est très mou et totalement instable à tout type de déformation, ce qui rend son utilisation problématique : un fil fabriqué à partir de ce métal doit être recouvert d'une gaine très résistante et extrêmement peu flexible. La coque doit être scellée car le sodium présente une forte activité chimique dans les conditions les plus neutres. Il s'oxyde instantanément dans l'air et présente une réaction violente avec l'eau, y compris l'eau contenue dans l'air.

Un autre avantage de l’utilisation du sodium est sa disponibilité. Il peut être obtenu par électrolyse du chlorure de sodium fondu, dont il existe une quantité illimitée dans le monde. Les autres métaux sont clairement inférieurs à cet égard.

Pour calculer les performances d'un conducteur spécifique, il est nécessaire de diviser le produit du nombre spécifique et de la longueur du fil par sa section transversale. Le résultat sera la valeur de la résistance en Ohms. Par exemple, pour déterminer la résistance de 200 m de fil de fer d'une section nominale de 5 mm², il faut multiplier 0,13 par 200 et diviser le résultat par 5. La réponse est 5,2 Ohms.

Règles et caractéristiques de calcul

Les microohmmètres sont utilisés pour mesurer la résistance des supports métalliques. Aujourd'hui, ils sont produits en version numérique, les mesures prises avec leur aide sont donc précises. Cela peut s’expliquer par le fait que les métaux ont un niveau de conductivité élevé et une résistance extrêmement faible. Par exemple, le seuil inférieur des instruments de mesure a une valeur de 10 -7 Ohms.

À l'aide de microohmmètres, vous pouvez déterminer rapidement la qualité du contact et la résistance présentée par les enroulements des générateurs, des moteurs électriques et des transformateurs, ainsi que des bus électriques. Il est possible de calculer la présence d'inclusions d'un autre métal dans le lingot. Par exemple, un morceau de tungstène plaqué d’or présente la moitié de la conductivité de tout l’or. La même méthode peut être utilisée pour déterminer les défauts internes et les cavités du conducteur.

La formule de résistivité est la suivante : ρ = Ohm mm 2 /m. En mots, cela peut être décrit comme la résistance de 1 mètre de conducteur, ayant une section transversale de 1 mm². La température est supposée être standard – 20 °C.

Effet de la température sur la mesure

Le chauffage ou le refroidissement de certains conducteurs ont un effet significatif sur les performances des instruments de mesure. Un exemple est l'expérience suivante : il est nécessaire de connecter un fil enroulé en spirale à la batterie et de connecter un ampèremètre au circuit.

Plus le conducteur chauffe, plus les lectures sur l'appareil diminuent. La force du courant est inversement proportionnelle à la résistance. Par conséquent, nous pouvons conclure qu’en raison du chauffage, la conductivité du métal diminue. Dans une plus ou moins grande mesure, tous les métaux se comportent de cette façon, mais dans certains alliages, la conductivité ne change pratiquement pas.

Il est à noter que les conducteurs liquides et certains non-métaux solides ont tendance à diminuer leur résistance à mesure que la température augmente. Mais les scientifiques ont également exploité cette capacité des métaux à leur avantage. Connaissant le coefficient de température de résistance (α) lors du chauffage de certains matériaux, il est possible de déterminer la température extérieure. Par exemple, un fil de platine posé sur une armature en mica est placé dans un four et la résistance est mesurée. En fonction de son évolution, une conclusion est tirée sur la température dans le four. Cette conception est appelée thermomètre à résistance.

Si à température t 0 résistance de conducteur est r 0, et à température t est égal rt, alors le coefficient de température de résistance est égal à

Le calcul à l'aide de cette formule ne peut être effectué que dans une certaine plage de température (jusqu'à environ 200 °C).

La résistance du cuivre change avec la température, mais nous devons d'abord décider si nous parlons de la résistivité électrique des conducteurs (résistance ohmique), qui est importante pour l'alimentation CC sur Ethernet, ou si nous parlons de signaux dans les réseaux de données, et nous parlons alors de pertes d'insertion lors de la propagation d'une onde électromagnétique dans un milieu à paire torsadée et de la dépendance de l'atténuation à la température (et à la fréquence, ce qui n'est pas moins important).

Résistivité du cuivre

Dans le système international SI, la résistivité des conducteurs est mesurée en Ohm∙m. Dans le domaine informatique, la dimension hors système Ohm∙mm 2 /m est plus souvent utilisée, ce qui est plus pratique pour les calculs, puisque les sections des conducteurs sont généralement indiquées en mm 2. La valeur de 1 Ohm∙mm 2 /m est un million de fois inférieure à 1 Ohm∙m et caractérise la résistivité d'une substance dont un conducteur homogène de 1 m de long et de section transversale de 1 mm 2 donne une résistance de 1 Ohm.

La résistivité du cuivre électrique pur à 20°C est 0,0172 Ohm∙mm 2 /m. Dans diverses sources, vous pouvez trouver des valeurs allant jusqu'à 0,018 Ohm∙mm 2 /m, qui peuvent également s'appliquer au cuivre électrique. Les valeurs varient en fonction du traitement auquel le matériau est soumis. Par exemple, le recuit après étirage (« étirage ») du fil réduit la résistivité du cuivre de plusieurs pour cent, bien qu'il soit effectué principalement pour modifier les propriétés mécaniques plutôt qu'électriques.

La résistivité du cuivre a des implications directes pour les applications Power over Ethernet. Seule une partie du courant continu d'origine injecté dans le conducteur atteindra l'extrémité du conducteur ; une certaine perte en cours de route est inévitable. Ainsi, par exemple, PoE Type 1 nécessite que sur 15,4 W fournis par la source, au moins 12,95 W atteigne l'appareil alimenté à l'extrémité.

La résistivité du cuivre varie avec la température, mais pour les températures informatiques, les changements sont faibles. La variation de résistivité est calculée à l'aide des formules :

ΔR = α R ΔT

R 2 = R 1 (1 + α (T 2 - T 1))

où ΔR est le changement de résistivité, R est la résistivité à une température prise comme niveau de base (généralement 20°C), ΔT est le gradient de température, α est le coefficient de température de résistivité pour un matériau donné (dimension °C -1 ). Dans la plage de 0°C à 100°C, un coefficient de température de 0,004 °C -1 est accepté pour le cuivre. Calculons la résistivité du cuivre à 60°C.

R 60°C = R 20°C (1 + α (60°C - 20°C)) = 0,0172 (1 + 0,004 40) ≈ 0,02 Ohm∙mm 2 /m

La résistivité a augmenté de 16% avec une augmentation de température de 40°C. Bien entendu, lors de l'exploitation de systèmes de câbles, la paire torsadée ne doit pas être exposée à des températures élevées ; Avec un système correctement conçu et installé, la température des câbles diffère peu des 20°C habituels, et le changement de résistivité sera alors faible. Selon les normes de télécommunications, la résistance d'un conducteur en cuivre de 100 m dans un câble à paires torsadées de catégorie 5e ou 6 ne doit pas dépasser 9,38 ohms à 20°C. En pratique, les fabricants intègrent cette valeur avec une marge, de sorte que même à des températures de 25°C ÷ 30°C, la résistance du conducteur en cuivre ne dépasse pas cette valeur.

Atténuation du signal sur paire torsadée/perte d'insertion

Lorsqu’une onde électromagnétique se propage à travers un câble à paire torsadée en cuivre, une partie de son énergie est dissipée le long du trajet allant de l’extrémité proche à l’extrémité distante. Plus la température du câble est élevée, plus le signal s'atténue. Aux hautes fréquences, l'atténuation est plus grande qu'aux basses fréquences, et pour les catégories supérieures, les limites acceptables pour les tests de perte d'insertion sont plus strictes. Dans ce cas, toutes les valeurs limites sont fixées pour une température de 20°C. Si à 20°C le signal d'origine arrive à l'extrémité d'un segment de 100 m avec un niveau de puissance P, alors à des températures élevées, cette puissance de signal sera observée à des distances plus courtes. S'il est nécessaire de fournir la même puissance de signal à la sortie du segment, vous devrez alors soit installer un câble plus court (ce qui n'est pas toujours possible), soit sélectionner des marques de câbles avec une atténuation plus faible.

• Pour les câbles blindés à des températures supérieures à 20°C, une variation de température de 1 degré entraîne une modification de l'atténuation de 0,2 %
• Pour tous types de câbles et toutes fréquences à des températures jusqu'à 40°C, une variation de température de 1 degré entraîne une variation d'atténuation de 0,4%
• Pour tous types de câbles et toutes fréquences à des températures de 40°C à 60°C, une variation de température de 1 degré entraîne une variation d'atténuation de 0,6%
• Les câbles de catégorie 3 peuvent subir un changement d'atténuation de 1,5 % par degré Celsius.

Déjà début 2000. TIA/EIA-568-B.2 a recommandé que la longueur maximale autorisée d'une liaison/canal permanent de catégorie 6 soit réduite si le câble est installé dans un environnement à température élevée, et plus la température est élevée, plus le segment doit être court.

Étant donné que le plafond de fréquence dans la catégorie 6A est deux fois plus élevé que dans la catégorie 6, les restrictions de température pour de tels systèmes seront encore plus strictes.

Aujourd'hui, lors de la mise en œuvre d'applications PoE Nous parlons de vitesses maximales de 1 gigabit. Cependant, lorsque des applications 10 Gigabit sont utilisées, l'alimentation via Ethernet n'est pas une option, du moins pas encore. Ainsi, en fonction de vos besoins, lorsque la température change, vous devez prendre en compte soit le changement de résistivité du cuivre, soit le changement d'atténuation. Dans les deux cas, il est plus judicieux de veiller à ce que les câbles soient maintenus à des températures proches de 20°C.

Il est donc important de connaître les paramètres de tous les éléments et matériaux utilisés. Et pas seulement électrique, mais aussi mécanique. Et ayez à votre disposition des matériaux de référence pratiques qui vous permettent de comparer les caractéristiques de différents matériaux et de choisir pour la conception et le travail exactement ce qui sera optimal dans une situation particulière.
Dans les lignes de transport d'énergie, où la tâche est de fournir de l'énergie au consommateur de la manière la plus productive, c'est-à-dire avec un rendement élevé, l'économie des pertes et la mécanique des lignes elles-mêmes sont prises en compte. L'efficacité économique finale de la ligne dépend de la mécanique, c'est-à-dire du dispositif et de la disposition des conducteurs, des isolateurs, des supports, des transformateurs élévateurs/abaisseurs, du poids et de la résistance de toutes les structures, y compris les fils tendus sur de longues distances, ainsi que les matériaux sélectionnés pour chaque élément de structure, ses travaux et coûts d'exploitation. De plus, dans les lignes transportant de l'électricité, il existe des exigences plus élevées pour assurer la sécurité des lignes elles-mêmes et de tout ce qui se passe autour de elles. Et cela ajoute des coûts à la fois pour la fourniture du câblage électrique et pour une marge de sécurité supplémentaire de toutes les structures.

À des fins de comparaison, les données sont généralement réduites à une forme unique et comparable. Souvent, l'épithète « spécifique » est ajoutée à ces caractéristiques, et les valeurs elles-mêmes sont considérées sur la base de certaines normes unifiées par des paramètres physiques. Par exemple, la résistivité électrique est la résistance (ohms) d'un conducteur constitué d'un métal (cuivre, aluminium, acier, tungstène, or) ayant une unité de longueur et une section unitaire dans le système d'unités de mesure utilisé (généralement SI ). De plus, la température est précisée, car lorsqu'ils sont chauffés, la résistance des conducteurs peut se comporter différemment. Les conditions de fonctionnement moyennes normales sont prises comme base - à 20 degrés Celsius. Et lorsque les propriétés sont importantes lors de la modification des paramètres environnementaux (température, pression), des coefficients sont introduits et des tableaux et graphiques de dépendance supplémentaires sont compilés.

Types de résistivité

Puisque la résistance se produit :

• actif - ou ohmique, résistif - résultant de la dépense d'électricité pour chauffer le conducteur (métal) lorsqu'un courant électrique le traverse, et
• réactif - capacitif ou inductif - qui résulte des pertes inévitables dues à la création de tout changement dans le courant traversant le conducteur de champs électriques, alors la résistivité du conducteur se décline en deux variétés :

1. Résistance électrique spécifique au courant continu (ayant un caractère résistif) et
2. Résistance électrique spécifique au courant alternatif (ayant un caractère réactif).

Ici, la résistivité de type 2 est une valeur complexe ; elle se compose de deux composants TC - actif et réactif, car la résistance résistive existe toujours lorsque le courant passe, quelle que soit sa nature, et la résistance réactive ne se produit qu'avec tout changement de courant dans les circuits. Dans les circuits à courant continu, la réactance se produit uniquement pendant les processus transitoires associés à l'activation du courant (changement du courant de 0 au nominal) ou à la désactivation (différence du nominal à 0). Et ils ne sont généralement pris en compte que lors de la conception de la protection contre les surcharges.

Dans les circuits à courant alternatif, les phénomènes liés à la réactance sont beaucoup plus diversifiés. Ils dépendent non seulement du passage réel du courant à travers une certaine section, mais également de la forme du conducteur, et la dépendance n'est pas linéaire.

Le fait est que le courant alternatif induit un champ électrique à la fois autour du conducteur qu'il traverse et dans le conducteur lui-même. Et de ce champ naissent des courants de Foucault, qui ont pour effet de « pousser » le mouvement principal réel des charges, des profondeurs de toute la section transversale du conducteur jusqu'à sa surface, ce qu'on appelle « l'effet de peau » (de peau - peau). Il s'avère que les courants de Foucault semblent « voler » sa section au conducteur. Le courant circule dans une certaine couche proche de la surface, l'épaisseur restante du conducteur reste inutilisée, cela ne réduit pas sa résistance et il ne sert tout simplement à rien d'augmenter l'épaisseur des conducteurs. Surtout aux hautes fréquences. Par conséquent, pour le courant alternatif, la résistance est mesurée dans les sections de conducteurs où toute sa section peut être considérée comme proche de la surface. Un tel fil est dit fin ; son épaisseur est égale à deux fois la profondeur de cette couche superficielle, où les courants de Foucault déplacent le courant principal utile circulant dans le conducteur.

Bien entendu, réduire l’épaisseur des fils ronds n’épuise pas la conduction efficace du courant alternatif. Le conducteur peut être aminci, mais en même temps rendu plat sous la forme d'un ruban, la section transversale sera alors supérieure à celle d'un fil rond et, par conséquent, la résistance sera inférieure. De plus, la simple augmentation de la surface aura pour effet d’augmenter la section efficace. La même chose peut être obtenue en utilisant du fil toronné au lieu du fil monoconducteur. De plus, le fil toronné est plus flexible que le fil monoconducteur, ce qui est souvent précieux. D'autre part, compte tenu de l'effet de peau dans les fils, il est possible de rendre les fils composites en réalisant l'âme à partir d'un métal qui présente de bonnes caractéristiques de résistance, par exemple l'acier, mais de faibles caractéristiques électriques. Dans ce cas, une tresse d'aluminium est réalisée sur l'acier, qui présente une résistivité plus faible.

En plus de l'effet de peau, la circulation du courant alternatif dans les conducteurs est affectée par l'excitation des courants de Foucault dans les conducteurs environnants. De tels courants sont appelés courants d'induction, et ils sont induits à la fois dans des métaux qui ne jouent pas le rôle de câblage (éléments structurels porteurs) et dans les fils de l'ensemble du complexe conducteur - jouant le rôle de fils d'autres phases, neutres , mise à la terre.

Tous ces phénomènes se produisent dans toutes les structures électriques, ce qui rend encore plus important de disposer d’une référence complète pour une grande variété de matériaux.

La résistivité des conducteurs est mesurée avec des instruments très sensibles et précis, car les métaux ayant la plus faible résistance sont sélectionnés pour le câblage - de l'ordre de l'ohm * 10 -6 par mètre de longueur et m². mm. sections. Pour mesurer la résistivité de l'isolement, vous avez au contraire besoin d'instruments qui ont des plages de valeurs de résistance très larges - généralement des mégohms. Il est clair que les conducteurs doivent bien conduire et que les isolants doivent bien isoler.

Tableau

Le fer comme conducteur en électrotechnique

Le fer est le métal le plus répandu dans la nature et dans la technologie (après l’hydrogène, qui est aussi un métal). C'est le moins cher et possède d'excellentes caractéristiques de résistance, il est donc utilisé partout comme base pour la résistance de diverses structures.

En électrotechnique, le fer est utilisé comme conducteur sous forme de fils d'acier flexibles où la résistance physique et la flexibilité sont nécessaires, et la résistance requise peut être obtenue grâce à la section appropriée.

Disposant d'un tableau des résistivités de divers métaux et alliages, vous pouvez calculer les sections transversales des fils constitués de différents conducteurs.

A titre d'exemple, essayons de trouver la section électriquement équivalente de conducteurs constitués de différents matériaux : fil de cuivre, de tungstène, de nickel et de fer. Prenons comme fil d'aluminium d'une section de 2,5 mm comme fil initial.

Il faut que sur une longueur de 1 m la résistance du fil composé de tous ces métaux soit égale à la résistance de celui d'origine. La résistance de l'aluminium par 1 m de longueur et 2,5 mm de section sera égale à

Où R.- résistance, ρ – résistivité du métal du tableau, S– surface transversale, L- longueur.

En remplaçant les valeurs d'origine, nous obtenons la résistance d'un morceau de fil d'aluminium d'un mètre de long en ohms.

Après cela, résolvons la formule de S

Nous remplacerons les valeurs du tableau et obtiendrons les surfaces transversales pour différents métaux.

Puisque la résistivité dans le tableau est mesurée sur un fil de 1 m de long, en microohms par section de 1 mm 2, alors nous l'avons obtenue en microohms. Pour l'obtenir en ohms, vous devez multiplier la valeur par 10 -6. Mais on n’a pas forcément besoin d’obtenir le nombre ohm avec 6 zéros après la virgule, puisqu’on retrouve quand même le résultat final en mm2.

Comme vous pouvez le constater, la résistance du fer est assez élevée, le fil est épais.

Mais il existe des matériaux pour lesquels il est encore plus important, par exemple le nickel ou le constantan.

L'une des grandeurs physiques utilisées en génie électrique est la résistivité électrique. Lorsqu'on considère la résistivité de l'aluminium, il ne faut pas oublier que cette valeur caractérise la capacité d'une substance à empêcher le passage du courant électrique à travers elle.

Concepts de résistivité

La valeur opposée à la résistance spécifique est appelée conductivité spécifique ou conductivité électrique. La résistance électrique ordinaire n'est caractéristique que d'un conducteur, et la résistance électrique spécifique n'est caractéristique que d'une substance particulière.

En règle générale, cette valeur est calculée pour un conducteur ayant une structure homogène. Pour déterminer les conducteurs électriques homogènes, la formule est utilisée :

La signification physique de cette grandeur réside dans une certaine résistance d'un conducteur homogène avec une certaine unité de longueur et une certaine section transversale. L'unité de mesure est l'unité SI Om.m ou l'unité non système Om.mm2/m. La dernière unité signifie qu'un conducteur constitué d'une substance homogène, de 1 m de long, ayant une section transversale de 1 mm2, aura une résistance de 1 Ohm. Ainsi, la résistivité de toute substance peut être calculée à l'aide d'une section d'un circuit électrique de 1 m de long dont la section sera de 1 mm2.

Résistivité de différents métaux

Chaque métal a ses propres caractéristiques. Si l’on compare la résistivité de l’aluminium, par exemple, avec celle du cuivre, on peut noter que pour le cuivre cette valeur est de 0,0175 Ohm.mm2/m, et pour l’aluminium elle est de 0,0271 Ohm.mm2/m. Ainsi, la résistivité de l’aluminium est nettement supérieure à celle du cuivre. Il s'ensuit que la conductivité électrique est bien supérieure à celle de l'aluminium.

La valeur de résistivité des métaux est influencée par certains facteurs. Par exemple, lors de la déformation, la structure du réseau cristallin est perturbée. En raison des défauts qui en résultent, la résistance au passage des électrons à l'intérieur du conducteur augmente. La résistivité du métal augmente donc.

La température a également un effet. Lorsqu'ils sont chauffés, les nœuds du réseau cristallin commencent à vibrer plus fortement, augmentant ainsi la résistivité. Actuellement, en raison de leur résistivité élevée, les fils d’aluminium sont largement remplacés par des fils de cuivre, qui ont une conductivité plus élevée.