Što je specifična otpornost?

Kada kažu da je bakar teži metal od aluminija, onda usporedite njihovu gustoću. Slično tome, kada kažemo da je bakar bolji vodič od aluminija, uspoređujući njihov otpor (rho-), koji je neovisan o veličini ili obliku određenog uzorka - samo na samom materijalu.

Teorijsko opravdanje

Otpornost je mjera otpora električne vodljivosti za određenu veličinu materijala. Suprotno tome je električna vodljivost. Metali su dobri električni vodiči (visoka vodljivost i niska vrijednost rho-), dok su nemetali uglavnom loši vodiči (niska vodljivost i visoka vrijednost rho-).

Više poznati toplinski električni otpor mjeri koliko je teško za materijal provesti električnu energiju. To ovisi o veličini dijela: otpor je veći za duži ili uži dio materijala. Kako bi se uklonio učinak veličine od otpora, koristi se otpornost žice - to je materijalna svojstva koja ne ovise o veličini. Za većinu materijala otpor povećava temperaturu. Iznimke su poluvodiči (npr. silicij), u kojem se smanjuje s temperaturom.

Lakoća kojom materijal provodi toplinu mjeri se toplinskom vodljivošću. Kao prva procjena, dobri električni vodiči također su dobri termički vodiči. Otpor je označen simbolom r, a njegova jedinica mjere je ohmmetar. Otpornost čistog bakra je 1,7 × 10 -8 Ohm. Ovaj vrlo mali broj - 0,000,000 017 Ohm pokazuje da kubični metar bakra praktički ne odolijeva. Što je manja otpornost (ohmmetar ili Omega-m), to bolje se materijal koristi u ožičenju. Otpor je obratna strana vodljivosti.

Razvrstavanje materijala

Veličina otpornosti materijala se često koristi za klasifikaciju kao vodič, poluvodič ili izolator. Čvrsti elementi se klasificiraju kao izolatori, poluvodiči ili vodiči svojim "statičkim otporom" u periodičnoj tablici elemenata. Otpornost u izolatoru, poluvodiču ili vodljivom materijalu glavna je svojstva koja se uzima u obzir za upotrebu u elektrotehnici.

Tablica prikazuje neke podatke Rho, sigma i temperaturne koeficijente. Za metale otpor povećava povećanjem temperature. Za poluvodiče i mnoge izolatore, obrnuto je točno.

Izračunavanje otpornosti

Za svaku zadanu temperaturu možemo izračunati električnu otpornost objekta u ohmima, koristeći sljedeću formulu.

U ovoj formuli:

• R je otpor objekta, u ohmima;
• rho- je otpornost (specifičnost) materijala od kojeg je predmet napravljen;
• L je duljina objekta u metrima;
• A je površina poprečnog presjeka objekta u kvadratnom metru.

Otpor je jednak određenom broju ohmmetara. Unatoč činjenici da jedinica rho- u SI sustav, u pravilu, ohmmetar, ponekad se koristi dimenzija ohma po centimetru.

Otpornost materijala određuje se po veličini električnog polja uz nju, što daje određenu gustoću struje.

rho- = E / J, gdje:

• rho- - u ohmmetru;
• E je veličina električnog polja u volti po metru;
• J je trenutna gustoća u amperima po kvadratnom metru.

Kako odrediti otpornost? Mnogi otpornici i vodiči imaju jednoliki presjek s ujednačenim strujnim tokom. Stoga postoji specifičnija, ali naširoko korištenija jednadžba.

rho = R * A / J, gdje:

• R je otpor homogenog uzorka materijala mjerenog u ohmima;
• l je duljina komada materijala mjerenog u metrima, m;
• A je područje presjeka uzorka, izmjereno u četvornih metara, m².

Osnove otpornosti materijala

Električni otpornost materijala poznat je i kao električni otpor. Ovo je pokazatelj koliko materijal odupire strujom električne struje. Može se odrediti dijeljenjem otpora po jedinici duljine i po jedinici poprečnog presjeka, za određeni materijal na određenoj temperaturi.

To znači da je niska rho- označava materijal koji lako dopušta kretanje elektrona. Isto tako, materijal s visokim rho- će imati visoku otpornost i spriječiti protok elektrona. Elementi kao što su bakar i aluminij su poznati po niskoj razini Rho. Srebrna i, posebice, zlato imaju vrlo nisku vrijednost rho-, ali iz očitih razloga njihova upotreba je ograničena.

Područje otpora

Materijali se smještaju u različite kategorije ovisno o njihovom pokazatelju Rho. Sažetak je dan u donjoj tablici.

Razina provodljivosti poluvodiča ovisi o stupnju dopinga. Bez legiranja, izgledaju gotovo kao izolatori, što je isto za elektrolite. nivo Rho-materijali se jako razlikuju.

Koeficijent temperature otpora

U većini slučajeva otpor povećava temperaturu. Kao rezultat, postoji potreba za razumijevanjem temperature ovisnosti otpornosti. Razlog koeficijenta temperature otpora u vodiču može se intuitivno opravdati. Otpornost materijala ovisi o nizu fenomena. Jedan od njih je i broj sudara koji se javljaju između nosača naboja i atoma u materijalu. Otpornost vodiča povećat će se s porastom temperature, budući da se broj sudara povećava.

To ne mora uvijek biti slučaj, jer se nosači dodatnih punjenja oslobađaju s povećanom temperaturom, što će dovesti do smanjenja otpornosti materijala. Ovaj efekt često se opaža u poluvodičkim materijalima.

Pri razmatranju temperaturne ovisnosti otpora, obično se pretpostavlja da koeficijent temperature otpora slijedi linearni zakon. To se odnosi na temperaturu u sobi i za metale i mnoge druge materijale. Međutim, utvrđeno je da učinci otpornosti koji proizlaze iz broja sudara nisu uvijek konstantni, posebno na vrlo niskim temperaturama (fenomen supravodljivosti).

Tablica s temperaturom otpora

Otpornost vodiča u bilo kojoj danoj temperaturi može se izračunati iz vrijednosti temperature i njegovog koeficijenta temperature otpora.

R = Rff * (l + alfa- (T-Tref)), gdje:

• R je otpor;
• Rref - otpornost na referentnoj temperaturi;
• alfa - temperaturni koeficijent otpornosti na materijal;
• Tref je referentna temperatura za koju je indiciran koeficijent temperature.

Koeficijent temperature otpora, obično standardiziran na temperaturi od 20 ° C. Prema tome, jednadžba koja se uobičajeno koristi u praktičnom smislu:

R = R20 * (1+ alfa-20 (T-T20)), gdje:

• R20 = otpornost na 20 ° C;
• alfa-20 - koeficijent temperature otpora na 20 ° C;
• T20- temperatura jednaka 20 ° C

Otpornost materijala na sobnoj temperaturi

Tablica otpornosti u nastavku sadrži mnoge tvari koje se široko koriste u elektrotehnici, uključujući bakar, aluminij, zlato i srebro. Ta svojstva su posebno važni jer se utvrdilo da li se tvar može se koristiti u proizvodnji širokog spektra električnih i elektroničkih komponenti od strane žice do složenijih uređaja, kao što su otpornici, potenciometri i mnogi drugi.

usporedba vodljivost bakra i aluminij

Dirigenti se sastoje od materijala koji provode električnu struju. Ne-magnetske metale obično se smatraju idealnim vodičima električne energije. U industriji žice i kabela koriste se razni metalni vodiči, ali najčešći su bakar i aluminij. Dirigenti imaju različita svojstva, kao što su vodljivost, vlačna čvrstoća, težina i utjecaj na okoliš.

Otpor bakrenog vodiča mnogo je češće korišten u proizvodnji kabela od aluminija. Gotovo svi elektronički kabeli izrađeni su od bakra, poput ostalih uređaja i opreme koji koriste visoku vodljivost bakra. Bakreni vodiči također se široko koriste u distribucijskim i proizvodnim sustavima električne energije, te u automobilskoj industriji. Kako bi se uštedjeli na težini i troškovima, poduzeća za prijenos električne energije koriste aluminij u nadzemnim vodovima.

Aluminij se koristi u industrijama gdje je njegova lakoća, kao što je konstrukcija zrakoplova, u budućnosti se očekuje da će povećati svoju primjenu u automobilskoj industriji. Za snažnije kabele, aluminijska žica obložena bakrom koristi se za iskorištavanje otpornosti bakra, što rezultira značajnom uštedom težine strukture od lakog aluminija.

Bakreni vodiči

Bakar je jedan od najstarijih poznatih materijala. Njegova plastičnost i električna vodljivost korišteni su ranim eksperimentatorima s električnom energijom, kao što su Ben Franklin i Michael Faraday. siromašan rho- materijali od bakra doveli su do činjenice da su prihvaćeni kao glavni dirigenti koji se koriste u izumima, kao što su telegraf, telefon i električni motor. Bakar je najčešći vodljivi metal. Godine 1913. usvojena je međunarodna norma za bakrenu bakrenu (IACS) za usporedbu vodljivosti ostalih metala s bakrenim.

Prema ovom standardu, komercijalno čisti žareni bakar ima provodljivost od 100% IACS. Otpornost materijala uspoređuje se s standardom. Komercijalno čisti bakar koji je proizveden danas može imati veće vrijednosti vodljivosti IACS-a, budući da je tehnologija obrade znatno napredovala naprijed. Osim izvrsne provodljivosti bakra, metal ima veliku čvrstoću rastezljivosti, toplinsku vodljivost i toplinsku ekspanziju. Žarena bakrena žica koja se koristi za električne namjene zadovoljava sve zahtjeve norme.

Aluminijski vodiči

Unatoč činjenici da bakar ima dugu povijest kao materijal za proizvodnju električne energije, aluminij ima određene prednosti koje ga čine atraktivnim za određenu primjenu, a njegov specifičan otpor trenutačno omogućuje širenje njezine uporabe mnogo puta. Aluminij ima 61% provodljivost bakra i samo 30% mase bakra. To znači da žica od aluminija teži samo polovicu bakrene žice s istim električnim otporom.

Aluminij je, u pravilu, jeftiniji od bakrene žice. Aluminijski vodiči se sastoje od različitih legura, imaju minimalni sadržaj aluminija od 99,5%. U 1960-ih i 1970-ih godina zbog visoke cijene bakra, aluminija Ovaj razred je naširoko koristi za kućanstva električne instalacije.

Zbog slabe kvalitete izrade i fizikalnih razlika između aluminija i bakra, uređaji i žice napravljene na temelju njihovih spojeva na mjestima kontakt bakar-aluminij postaju vatri opasni. Za suzbijanje negativnog procesa, razvijene su aluminijske legure s jezičcima i svojstvima rastezanja slični bakra. Ove se legure koriste za proizvodnju napetih aluminijskih žica, čija specifična otpornost na struju je prihvatljiva za masovnu upotrebu, koja udovoljava sigurnosnim zahtjevima za električne mreže.

Ako se aluminij koristi u mjestima gdje je bakar prethodno korišten za održavanje ravnomjernih performansi mreže, morate koristiti aluminijsku žicu koja je dvostruko veća od bakrene žice.

Primjena električne vodljivosti materijala

Mnogi materijali koji se nalaze u tablici otpornosti naširoko se koriste u elektronici. Aluminij i posebno bakar se koriste zbog niske razine otpora. Većina žica i kabela koje se danas koriste za električne priključke izrađene su od bakra, jer daje nisku razinu rho-, i imaju pristupačnu cijenu. Dobra provodljivost zlata, unatoč cijeni, također se koristi u nekim posebno točnim instrumentima.

Često zlato plaštanje se nalazi na visokokvalitetnim niskonaponskim priključcima, gdje je zadatak osigurati najmanji kontaktni otpor. Srebro se ne koristi u industrijskoj elektrotehnici, jer se brzo oksidira, što dovodi do velikog otpora kontakta. U nekim slučajevima oksid može djelovati kao ispravljač. Tantalna otpornost se koristi u kondenzatorima, nikal i paladij se koriste u krajnjim priključcima za mnoge komponente površinske montaže. Kvarc pronalazi svoju glavnu primjenu kao piezoelektrični rezonantni element. Kvarcni kristali se koriste kao frekvencijski elementi u mnogim generatorima, gdje njegova visoka vrijednost omogućuje stvaranje pouzdanih frekvencijskih kontura.