Плазменная струя имеет широкие перспективы применения в качестве теплового источника для сварки и резки металлов. В настоящее время исследуются особенности плазменной струи и выясняются возможности использования ее в различных областях техники.

§ 15. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ТВЕРДЫХ И ЖИДКИХ ПРОВОДНИКОВ

Электрический ток, проходя через проводник, нагревает его по закону Джоуля — Ленца. Выделение тепла при нагреве происходит по всему объему, пронизываемому током. Нагрев за счет сопротивления проводников отличается от действия таких источников тепла, как газовое пламя, дуга и др.

В простейшей форме механизм сопротивления проводника и выделение в нем тепла при протекании тока можно представить следующим образом. Свободные электроны проводника под действием приложенного напряжения приобретают ускорение и дополнительный запас кинетической энергии. Двигаясь между атомами, составляющими структуру проводника, некоторые электроны сталкиваются с атомами и передают им часть своей кинетической энергии. Это приводит к усилению тепловых колебаний атомов проводника, т. е. к повышению его температуры.

Наличие в металле проводника искажений решетки и несовершенств всякого рода увеличивает вероятность столкновения электронов с атомами, т. е. повышает сопротивление проводника. В частности, к числу факторов, увеличивающих сопротивление металлических проводников, относятся упругие искажения решетки, все виды дислокаций, внедрения чужеродных атомов в кристаллическую решетку и другие дефекты.

Сопротивление металлических проводников выражается известной формулой

г=р^-ом,(111.26)

где р — удельное сопротивление металла, ом • см; I — длина проводника, см.;

я — площадь поперечного сечения проводника, см2. Для некоторых металлов и сплавов значения р при температуре 18—20 °С даны ниже:

Материалрх10в,

Алюминий.2,7—2,8

Железо .9,9—10

Малоуглеродистая сталь. . 12—15

Медь.1,7-1,75

Никель.7,4—9

Нихром .МО—110

Нержавеющая сталь 1X18Н9 70—75 32

Влияние температуры на удельное сопротивление. Для чистых немагнитных металлов сопротивление с повышением температуры растет приблизительно по линейному закону:

рг - Ро (1 + аТ),(111.27)

где рг — удельное сопротивление при Т °С, ом • см; р0 — то же при 0 °С, ом • см;

а — температурный коэффициент электрического сопротивления, 1/°С; в среднем можно принимать а = 0,004;

Т — температура нагрева проводника, °С.

Для ферромагнитных металлов, а также для сплавов (например, сталей) зависимость сопротивления от температуры гораздо более сложная.

На рис. 41 показаны кривые рт = / (Т) для чистого железа (1), малоуглеродистой стали (2) и аустенитной нержавеющей стали 1Х18Н9 (3).

Существуют сплавы, для которых значение а близко к нулю.

Сопротивление кон-такта. Если пропускать электрический ток через сжатые детали, то в месте соприкосновения их будет наблюдаться значительное падение напряжения. Это результат контактного сопротивления. Последнее зависит от сужения линий тока, от характера механической обработки соприкасающихся деталей, величины давления в контакте, а также от температуры и потому меняет свое значение в весьма широких пределах.

Поверхность деталей имеет выступы и впадины. Поэтому при сближении детали соприкасаются лишь в отдельных точках. Суммарная площадь контактирующих участков значительно меньше сечения всего проводника. Поверхность их, к тому же, не всегда бывает идеально чистой. Загрязнение ее оксидами, маслами и т. п. в общем приводит к увеличению сопротивления контакта. Величина контактного сопротивления Як зависит также от свойств металла и давления, приложенного в контакте. С ростом давления часть выступов сминается, площадь соприкосновения деталей увеличивается, окисные и другие пленки на поверхности разрушаются, что в конечном счете приводит к падению контактного сопротивления.

Для определения г?к опытным путем была выведена формула '£„ = -^0*.(111.28)

икон МО 120 100

60 40 20 0

200 600 1000 1400 Т.°С

41. Кривые зависимости удель-сопротивления от температуры.