Специфична съпротива е какво?

Когато казват, че медта е по-тежък метал от алуминий, сравнете тяхната плътност. По същия начин, когато се казва, че медта е по-добър проводник от алуминий, те сравняват съпротивлението (rho-), чиято стойност не зависи от размера или формата на дадена проба - само върху самия материал.

Теоретична обосновка

Съпротивлението е мярка за съпротивлението на електрическата проводимост за даден размер на материала. Нейната противоположност е електрическата проводимост. Металите са добри електрически проводници (висока проводимост и ниска стойност rho-), докато неметалните са основно слаби проводници (ниска проводимост и висока стойност rho-).

По-познатото термално електрическо съпротивление измерва колко трудно е материалът да извършва електричество. Това зависи от размера на частта: съпротивлението е по-голямо за по-дълга или по-тясна част от материала. За да се елиминира ефектът от размера на съпротивлението, се използва съпротивлението на проводника - това е материално свойство, което не зависи от размера. За повечето материали съпротивлението се увеличава с температурата. Изключенията са полупроводници (напр. силиций), в който тя намалява с температурата.

Лекотата, с която материалът променя топлината, се измерва чрез топлопроводимост. Като първа оценка добри електрически проводници също са добри термични проводници. Съпротивлението се обозначава със символа r, а неговата единица мярка е омметър. Съпротивлението на чистата мед е 1,7 × 10 -8 Ohm. Този много малък брой - 0.000 000 017 ома показва, че кубическият метър от мед практически не се съпротивлява. Колкото по-малка е съпротивлението (омметър или Omega-m), толкова по-добре е материалът да се използва при окабеляването. Съпротивлението е обратната страна на проводимостта.

Класификация на материалите

Мащабите на съпротивлението на материалите често се използват за класификация като проводник, полупроводник или изолатор. Твърдите елементи се класифицират като изолатори, полупроводници или проводници чрез тяхното "статично съпротивление" в периодичната таблица на елементите. Съпротивлението в изолатора, в полупроводниковия или в проводящия материал е основното свойство, което се взема предвид при използването му в електротехниката.

Таблицата показва някои данни Rho, сигма и температурни коефициенти. За металите съпротивлението се увеличава при повишаване на температурата. За полупроводници и много изолатори обратното е вярно.

Изчисляване на съпротивлението

За дадена температура можем да изчислим електрическото съпротивление на обекта в ома, като използваме следната формула.

В тази формула:

• R е съпротивлението на обекта, в ома;
• rho- е съпротивлението (специфичността) на материала, от който е направен обектът;
• L е дължината на обекта в метри;
• A е площта на напречното сечение на обекта в квадратни метри.

Съпротивлението е равно на определен брой омметри. Въпреки факта, че единицата Ро-в системата SI, като правило, омметър, понякога се използва размерът на ома на сантиметър.

Съпротивлението на материала се определя от големината на електрическото поле по него, което дава определена плътност на тока.

rho- = E / J, където:

• rho- в омметъра;
• E е величината на електрическото поле във волта на метър;
• J е плътността на тока в ампера на квадратен метър.

Как да се определи съпротивление? Много резистори и проводници имат еднообразно напречно сечение с еднороден текущ поток. Ето защо има по-специфично, но по-широко използвано уравнение.

rho = R * A / J, където:

• R е устойчивостта на хомогенна проба от материала, измерена в ома;
• l е дължината на парче материал, измерено в метри, m;
• A е площта на напречното сечение на пробата, измерена в квадратни метри, m².

Основи на съпротивлението на материалите

Електрическото съпротивление на материала е известно също като електрическото съпротивление. Това е показател за това колко материалът е устойчив на потока от електрически ток. Тя може да бъде определена чрез разделяне на съпротивлението на единица дължина и площ на напречното сечение на единица материал за даден материал при дадена температура.

Това означава, че ниско rho - показва материал, който лесно позволява движението на електрони. Обратно, материал с висока rho - ще има висока устойчивост и ще попречи на потока от електрони. Елементи като мед и алуминий са известни с ниското си ниво Rho. Среброто и по-специално златото имат много ниска стойност rho-, но по очевидни причини тяхното използване е ограничено.

Област на резистивност

Материалите се поставят в различни категории в зависимост от техния индикатор Rho. В таблицата по-долу е дадено обобщение.

Нивото на проводимост на полупроводниците зависи от нивото на допинг. Без сплав те изглеждат почти като изолатори, което е същото за електролитите. ниво РО-материалите се различават значително.

Температурен коефициент на съпротивление

В повечето случаи съпротивлението се увеличава с температурата. В резултат на това е необходимо да се разбере температурната зависимост на съпротивлението. Причината за температурния коефициент на съпротивление в проводника може да бъде оправдана интуитивно. Съпротивлението на материала зависи от редица явления. Един от тях е броят на сблъсъците, които се случват между носителите на заряд и атомите в материала. Съпротивлението на проводника ще се увеличава с увеличаване на температурата, тъй като броят на сблъсъците се увеличава.

Това може да не винаги е така, тъй като допълнителните носители на заряд се освобождават с повишаваща се температура, което ще доведе до намаляване на съпротивлението на материалите. Този ефект често се наблюдава при полупроводникови материали.

При отчитане на температурната зависимост на съпротивлението обикновено се приема, че температурният коефициент на съпротивление следва линеен закон. Това се отнася за температурата в помещението и за металите и много други материали. Установено е обаче, че ефектите на съпротивлението, произтичащо от броя на сблъсъците, не винаги са постоянни, особено при много ниски температури (феноменът на свръхпроводимост).

Температурна диаграма на устойчивостта

Съпротивлението на проводника при всяка дадена температура може да се изчисли от стойността на температурата и нейния температурен коефициент на съпротивление.

R = Rref * (1+ алфа- (Т-Треф)), където:

• R е съпротивлението;
• Rref - съпротивление при референтна температура;
• алфа - температурен коефициент на съпротивление на материала;
• Tref е референтната температура, за която е указан температурният коефициент.

Температурен коефициент на съпротивление, обикновено стандартизиран при температура от 20 ° С. Съответно, уравнение, което обикновено се използва в практически смисъл:

R = R20 * (1+ алфа-20 (Т-Т20)), където:

• R20 = устойчивост при 20 ° C;
• алфа-20 - температурен коефициент на съпротивление при 20 ° C;
• Т20 - температура, равна на 20 ° С.

Устойчивост на материали при стайна температура

Показаната по-долу таблица за съпротивление съдържа много от веществата, широко използвани в електротехниката, включително мед, алуминий, злато и сребро. Тези свойства са особено важни, защото се определя дали веществото може да се използва за производство на широка гама от електрически и електронни компоненти от проводници до по-сложни устройства като резистори, потенциометри и много други.

сравнение проводимостта на медта и алуминий

Проводниците се състоят от материали, които водят електрически ток. Немагнитните метали обикновено се считат за идеални проводници на електроенергия. В индустрията за проводници и кабели се използват различни метални проводници, но най-често се използват мед и алуминий. Проводниците имат различни свойства, като проводимост, якост на опън, тегло и въздействие върху околната среда.

Проводимостта съпротивление на мед е много по-често се използва в производството на кабели, отколкото алуминий. Почти всички електронни кабели са изработени от мед, подобно на други устройства и оборудване, които използват висока проводимост на медта. Медните проводници също се използват широко в електроразпределителните и производствени системи, както и в автомобилната индустрия. За да се спестят тегло и разходи, предприятията за пренос на електроенергия използват алуминий в въздушни електропроводи.

Алуминият се използва в отрасли, където лекотата му е важна, като например конструкцията на самолетите, в бъдеще се очаква да се увеличи приложението му в автомобилната индустрия. За по-мощни кабели алуминиевата тел с медно покритие се използва за използване на съпротивлението на медта, което води до значително намаляване на теглото на конструкцията от лек алуминий.

Медни проводници

Медта е един от най-старите известни материали. Нейната пластичност и електрическата проводимост са били използвани от ранните експериментатори с електричество, като Бен Франклин и Майкъл Фарадей. беден ро-материали от мед, доведоха до факта, че той е приет като основните проводници, използвани в изобретенията, като телеграф, телефон и електрически двигател. Медта е най-разпространеният проводящ метал. През 1913 г. беше приет международен стандарт за калциниране на мед (IACS), за да се сравни проводимостта на други метали с мед.

Съгласно този стандарт, търговска чиста темперирана мед има проводимост 100% IACS. Съпротивлението на материалите се сравнява със стандарта. Търговски чистата мед, произвеждана днес, може да има по-високи стойности на проводимостта на IACS, тъй като технологията за обработка значително е стъпила напред във времето. В допълнение към отличната проводимост на медта, металът има висока якост на опън, топлопроводимост и термично разширение. Закалената медна тел, използвана за електрически цели, отговаря на всички изисквания на стандарта.

Алуминиеви проводници

Въпреки факта, че медта има дълга история като материал за производство на електроенергия, алуминият има някои предимства, които го правят привлекателен за конкретно приложение, а неговата специфична съпротива позволява да се разширява употребата му многократно. Алуминият има 61% проводимост на медта и само 30% от теглото на медта. Това означава, че тел от алуминий тежи половината от медната тел със същото електрическо съпротивление.

Алуминият, като правило, е по-евтин от медна жица. Алуминиевите проводници се състоят от различни сплави, имат минимално съдържание на алуминий 99,5%. През 60-те и 70-те години на миналия век, поради високата цена на медта, този клас алуминий се използва широко за битови електрически инсталации.

Поради лошото качество на изработката и физическите разлики между алуминий и мед, устройствата и проводниците, направени въз основа на ставите им в местата на контакт мед-алуминий, станаха опасни за огъня. За да се противодейства на отрицателния процес, бяха разработени алуминиеви сплави със свойства на пълзящи и удължителни свойства, по-близки до медта. Тези сплави се използват за производството на усукани алуминиеви проводници, чиято специфична токова устойчивост е приемлива за масово използване, отговаряща на изискванията за безопасност на електрическите мрежи.

Ако алуминият се използва на места, където медта е била използвана преди това за поддържане на еднакво функциониране на мрежата, трябва да използвате алуминиева тел, която е два пъти по-голяма от размера на медния проводник.

Приложение на електрическата проводимост на материалите

Много от материалите, намерени в таблицата на съпротивлението, се използват широко в електрониката. Алуминий и особено мед се използват поради ниското си съпротивление. Повечето от жиците и кабелите, които се използват днес за електрически връзки, са изработени от мед, защото осигуряват ниско ниво rho- и да имат достъпна цена. Добрата проводимост на златото, въпреки цената, се използва и в някои особено точни инструменти.

Често злато покритие се намира на висококачествени ниско напрежение връзки, където задачата е да се осигури най-малкото съпротивление на контакт. Среброто не се използва широко в промишлената електротехника, тъй като бързо се окислява и това води до голямо съпротивление на контакт. В някои случаи оксидът може да действа като токоизправител. Танталовата устойчивост се използва при кондензатори, никелът и паладият се използват в крайните връзки за много компоненти за повърхностен монтаж. Quartz намира основното си приложение като пиезоелектричен резонансен елемент. Кварцовите кристали се използват като честотни елементи в много генератори, където високата им стойност прави възможно създаването на надеждни честотни контури.