Qu'est-ce que la résistance électrique et comment dépend-elle de la température

Du point de vue du processus électromagnétique qui s'y produit, tout élément ou section d'un circuit électrique est principalement caractérisé par sa capacité à conduire du courant ou à entraver le passage du courant. Cette propriété des éléments de circuit est évaluée par leur conductivité électrique ou la valeur de la conductivité inverse - résistance électrique.

La plupart des appareils électriques sont constitués de pièces conductrices en conducteurs métalliques, généralement équipées d'un revêtement ou d'une gaine isolante. La résistance électrique d'un conducteur dépend de ses dimensions géométriques et des propriétés des matériaux. La valeur de la résistance électrique est égale à

R = ρl / s = l / (γs)

où l - longueur du conducteur, m; s — section du conducteur, mm²; ρ — conductivité, ohm·mm²/m; γ — conductivité spécifique, m / ohm·mm

Résistivité électrique

La résistivité et la conductivité prennent en compte les propriétés du matériau du conducteur et donnent les valeurs de résistance et de conductivité du conducteur 1 m de long et une section transversale de 1 mm².

En termes de résistivité ρ Tous les documents peuvent être divisés en trois groupes:

• conducteurs - métaux et leurs alliages (ρ 0,015 à 1,2 ohm·mm²/m);

• électrolytes et semi-conducteurs (ρ à partir de 10² jusqu'à 20⁶ om·mm²/m);

• diélectriques ou isolants (ρ à partir de 10¹⁰ jusqu'à 20¹¹ om·mm²/m).

Dans les appareils électriques, des matériaux de résistivité faible et élevée sont utilisés. S'il est nécessaire que l'élément de circuit ait une légère résistance (par exemple, des fils de connexion), il doit être constitué de conducteurs de faible valeur ρ - de l'ordre de 0,015-0,03, par exemple en cuivre, argent, aluminium.

D'autres appareils, au contraire, devraient avoir des résistances importantes (lampes électriques à incandescence, appareils de chauffage, etc.), par conséquent, leurs éléments porteurs de courant devraient être faits de matériaux à haute résistivité ρ, représentant généralement des alliages métalliques. Il s'agit, par exemple, de la manganine, du constantan, du nichrome, qui comptent ρ de 0,1 à 1,2.

Dépendance à la température de la résistance électrique

La valeur de la résistance électrique dépend également de la température du conducteur, qui peut varier en raison de l'échauffement du conducteur par le courant électrique ou en raison des changements de température de l'environnement. Lorsque la température du conducteur change, sa résistivité change. Les valeurs de p ci-dessus pour certains matériaux sont valides à la température

L'indépendance de la résistance à la température s'exprime approximativement comme suit:

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

R_t^o - résistance du conducteur à la température t^o, R₂₀^{à propos}- le même à une température de 20 ° C, ohm; α Est le coefficient de température de la résistance électrique, montrant la variation relative de la résistance du fil lorsqu'il est chauffé de 1 ° C.

De cette expression, la quantité α est égal à

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

Pour la plupart des métaux et leurs alliages, la valeur α > 0, c'est-à-dire que lorsqu'ils sont chauffés, leur résistance augmente et vice versa.

Pour le câblage en métal pur, les valeurs d'une plage de 0,0037 à 0,0065 pour 1 ° C. Pour les alliages à haute résistance α a de très petites valeurs, des dizaines et des centaines de fois plus petites que celles des conducteurs en métal pur. Ainsi, par exemple, pour la manganine α = 0,000015 à ° C

Les valeurs α pour les semi-conducteurs, les électrolytes sont négatifs, de l'ordre de 0,02. Le coefficient de température de la résistance électrique est également négatif et dans sa valeur absolue est dix fois supérieur à α pour les métaux.

La dépendance de la résistance à la température est largement utilisée dans la technologie pour mesurer les températures en utilisant ce que l'on appellethermomètres à résistancepour lequelαdevrait être grand. Dans un certain nombre d'appareils, au contraire, des matériaux de faible valeur sont utilisésα afin d'exclure l'influence des fluctuations de température sur les lectures de ces appareils.

Un exemple de calcul de la variation de la résistance d'un conducteur lorsqu'il est chauffé: Comment calculer la température du filament d'une lampe à incandescence en mode nominal

Résistance AC

La résistance du même conducteur pour le courant alternatif sera plus grande que pour le courant continu. Cela est dû au phénomène de la soi-disant effet de surfacequi consiste en ce que le courant alternatif est déplacé de la partie centrale du conducteur vers les couches périphériques. En conséquence, la densité de courant dans les couches internes sera inférieure à celle des couches externes.

Ainsi, avec un courant alternatif, la section du conducteur est utilisée, pour ainsi dire, de manière incomplète. Cependant, à une fréquence de 50 Hz, la différence de résistance aux courants directs et alternatifs est insignifiante et peut être négligée en pratique.

La résistance du conducteur CC est appeléeohmiqueet courant alternatif -résistance active. Les résistances ohmiques et actives dépendent du matériau (structure interne), des dimensions géométriques et de la température du conducteur. De plus, dans les bobines à âme en acier, la valeur de la résistance active est affectée par la perte d'acier.

Les résistances actives comprennent les lampes à incandescence électriques, les fours à résistance électrique, divers appareils de chauffage, les rhéostats et les fils, où l'énergie électrique est presque entièrement convertie en chaleur.

En plus de la résistance active, dans les circuits à courant alternatif, il existe des résistances inductives et capacitives (voir -Qu'est-ce qu'une charge inductive et capacitive?).

Résistance d'isolement

La fiabilité du réseau électrique et des équipements dépend en grande partie de la qualité de l'isolation entre les parties actives des différentes phases, ainsi qu'entre les parties actives et la terre.

La qualité de l'isolation se caractérise par l'ampleur de sa résistance. La définition de cette valeur est généralement limitée lors des tests de contrôle des réseaux et des installations avec une tension inférieure à 1000 V. Pour les installations à plus haute tension, la rigidité électrique et les pertes diélectriques sont en outre déterminées.

En fonction de l'état du réseau (le réseau avec des récepteurs de puissance éteints ou allumés, sous tension ou non), divers dispositifs de commutation pour les appareils de mesure et méthodes de calcul de la valeur de la résistance d'isolement sont utilisés. Les mégohmmètres et voltmètres les plus utilisés à cet effet.

La tâche de déterminer la résistance d'isolement est spécifique et étendue en volume, donc, pour l'étudier, nous vous recommandons de vous référer à cet article:Comment utiliser un mégohmmètre

À quoi sert le calcul des fils de chauffage?

La résistance électrique affecte pour chauffer les fils et les câbles. Les fils reliant la source d'énergie aux récepteurs devraient fournir de l'énergie aux récepteurs avec une petite perte de tension et d'énergie, mais en même temps, ils ne devraient pas être chauffés par le courant qui les traverse au-dessus de la température admissible.

Le dépassement des valeurs de température admissibles entraîne des dommages à l'isolation des fils et, par conséquent, un court-circuit, c'est-à-dire une forte augmentation de la valeur de courant dans le circuit. Par conséquent, le calcul des fils vous permet de déterminer la zone de section à laquelle la perte de tension et le chauffage des fils seront dans les limites normales.

En règle générale, la section des fils et câbles de chauffage est vérifiée selon les tableaux des charges de courant admissibles de PUE. Si la section transversale ne correspond pas aux conditions de chauffage, vous devez choisir une section transversale plus grande qui répond à ces exigences.

Unités de chauffage par résistance

Les principaux éléments des fours électriques sont des éléments chauffants électriques et un dispositif d'isolation thermique qui empêche la perte de chaleur dans l'espace environnant. Des matériaux non métalliques résistants à la chaleur à haute résistivité (charbon, graphite, carborundum) et des matériaux métalliques (nichrome, constantan, fechral, ​​etc.) sont utilisés comme matériaux pour les éléments de chauffage électriques.

Matériaux à haute résistivité ρ permet de concevoir des éléments chauffants avec une grande surface et une grande section transversale, et le choix de matériaux avec un petit coefficient de dilatation α, assure l'immuabilité des dimensions géométriques de l'élément lorsqu'il est chauffé.

Les éléments chauffants en matériaux tels que le graphite sont réalisés sous forme de tiges à section tubulaire ou pleine. Les éléments chauffants métalliques sont réalisés sous forme de fil ou de ruban.

Utilisation de fusibles

Pour protéger les fils du circuit électrique des courants dépassant les valeurs admissibles, appliquerdisjoncteurs etfusibles différents types. En principe, un fusible est une section d'un circuit électrique à faible stabilité thermique.

L'insert fusible se présente généralement sous la forme d'un conducteur court de faible section en matériau à bonne conductivité (cuivre, argent) ou à conducteur à résistivité relativement élevée (plomb, étain). Si le courant augmente au-dessus de la valeur pour laquelle le fusible est conçu, ce dernier s'éteint et déconnecte le circuit protégé ou le collecteur de courant.

Voir aussi:La tension, la résistance, le courant et la puissance sont les principales quantités électriques