Электрическое сопротивление меди: Удельное сопротивление меди – основные данные

Содержание

характеристики, свойства и сферы применения

Одним из самых востребованных металлов в отраслях промышленности является медь. Наиболее широкое распространение она получила в электрике и электронике. Чаще всего ее применяют при изготовлении обмоток для электродвигателей и трансформаторов. Основная причина использования именно этого материала заключается в том, что медь обладает самым низким из существующих в настоящий момент материалов удельным электрическим сопротивлением. Пока не появится новый материал с более низкой величиной этого показателя, можно с уверенностью говорить о том, что замены у меди не будет.

Общая характеристика меди

Говоря про медь, необходимо сказать, что еще на заре электрической эры она стала использоваться в производстве электротехники. Применять ее стали во многом по причине уникальных свойств, которыми обладает этот сплав. Сам по себе он представляет материал, отличающийся высокими свойствами в плане пластичности и обладающий хорошей ковкостью.

Наряду с теплопроводностью меди, одним из самых главных ее достоинств является высокая электропроводность. Именно благодаря этому свойству медь и получила широкое распространение в энергетических установках

, в которых она выступает в качестве универсального проводника. Наиболее ценным материалом является электролитическая медь, обладающая высокой степенью чистоты -99,95%. Благодаря этому материалу появляется возможность для производства кабелей.

Плюсы использования электролитической меди

Применение электролитической меди позволяет добиться следующего:
  • Обеспечить высокую электропроводность;
  • Добиться отличной способности к уложению;
  • Обеспечить высокую степень пластичности.

Сферы применения

Кабельная продукция, изготавливаемая из электролитической меди, получила широкое распространение в различных отраслях. Чаще всего она применяется в следующих сферах:
  • электроиндустрия;
  • электроприборы;
  • автомобилестроение;
  • производство компьютерной техники.

Чему равно удельное сопротивление?

Чтобы понимать, что собой представляет медь и его характеристики, необходимо разобраться с основным параметром этого металла — удельным сопротивлением. Его следует знать и использовать при выполнении расчетов.

Под удельным сопротивлением принято понимать физическую величину, которая характеризуется как способность металла проводить электрический ток.

Знать эту величину необходимо еще и для того, чтобы правильно произвести расчет электрического сопротивления проводника. При расчетах также ориентируются на его геометрические размеры. При проведении расчетов используют следующую формулу:

R = р l / S

Это формула многим хорошо знакома. Пользуясь ею, можно легко рассчитать сопротивление медного кабеля, ориентируясь только на характеристики электрической сети. Она позволяет вычислить мощность, которая неэффективно расходуется на нагрев сердечника кабеля. Кроме этого, подобная формула позволяет выполнить расчеты сопротивления любого кабеля. При этом не имеет значения, какой материал использовался для изготовления кабеля — медь, алюминий или какой-то другой сплав.

Такой параметр, как удельное электрическое сопротивление измеряется в Ом*мм2/м. Этот показатель для медной проводки, проложенной в квартире, составляет 0,0175 Ом*мм2/м. Если попробовать поискать альтернативу меди — материал, который можно было бы использовать вместо нее, то
единственным подходящим можно считать только серебро
, у которого удельное сопротивление составляет 0,016 Ом*мм2/м. Однако необходимо обращать внимание при выборе материала не только на удельное сопротивление, но еще и на обратную проводимость. Эта величина измеряется в Сименсах (См).

Сименс = 1/ Ом.

У меди любого веса этот параметр состав равен 58 100 000 См/м. Что касается серебра, то величина обратной проводимости у нее равна 62 500 000 См/м.

В нашем мире высоких технологий, когда в каждом доме имеется большое количество электротехнических устройств и установок, значение такого материала, как медь просто неоценимо. Этот материал используют для изготовления проводки, без которой не обходится ни одно помещение. Если бы меди не существовало, тогда человеку пришлось использовать провода из других доступных материалов, например, из алюминия. Однако в этом случае пришлось бы столкнуться с одной проблемой. Все дело в том, что у этого материала удельная проводимость гораздо меньше, чем у медных проводников.

Удельное сопротивление

Использование материалов с низкой электро- и теплопроводностью любого веса ведет к большим потерям электроэнергии. А это влияет на потерю мощности у используемого оборудования. Большинство специалистов в качестве основного материала для изготовления проводов с изоляцией называют медь. Она является главным материалом, из которого изготавливаются отдельные элементы оборудования, работающего от электрического тока.
  • Платы, устанавливаемые в компьютерах, оснащаются протравленными медными дорожками.
  • Медь также используется для изготовления самых разных элементов, применяемых в электронных устройствах.
  • В трансформаторах и электродвигателях она представлена обмоткой, которая изготавливается из этого материала.

Можно не сомневаться, что расширение сфер применения этого материала будет происходить с дальнейшим развитием технического прогресса. Хотя, кроме меди, существуют и другие материалы, но все же конструктора при создании оборудования и различных установок используют медь. Главная причина востребованности этого материала заключается

в хорошей электрической и теплопроводности этого металла, которую он обеспечивает в условиях комнатной температуры.

Температурный коэффициент сопротивления

Свойством уменьшения проводимости с повышением температуры обладают все металлы с любой теплопроводностью. При понижении температуры проводимость возрастает. Особенно интересным специалисты называют свойство уменьшения сопротивления с понижением температуры. Ведь в этом случае, когда в комнате температура снижается до определенной величины, у проводника может исчезнуть электрическое сопротивление и он перейдет в класс сверхпроводников.

Для того чтобы определить показатель сопротивления конкретного проводника определенного веса в условиях комнатной температуры, существует коэффициент критического сопротивления. Он представляет собой величину, которая показывает изменение сопротивления участка цепи при изменении температуры на один Кельвин. Для выполнения расчета электрического сопротивления медного проводника в определенном временном промежутке используют следующую формулу:

ΔR = α*R*ΔT, где α — температурный коэффициент электрического сопротивления.

Заключение

Медь — материал, который широко применяют в электронике. Его используют не только в обмотке и схемах, но и в качестве металла для изготовления кабельной продукции. Чтобы техника и оборудование работали эффективно, необходимо правильно рассчитать удельное сопротивление проводки, прокладываемой в квартире. Для этого существует определенная формула. Зная её, можно произвести расчет, который позволяет узнать оптимальную величину сечения кабеля. В этом случае можно избежать потери мощности оборудования и обеспечить эффективность его использования.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Электрическое сопротивление проводника

Электрическое сопротивление - физическая величина, которая показывает, какое препятствие создается току при его прохождении по проводнику

. Единицами измерения служат Омы, в честь Георга Ома. В своем законе он вывел формулу для нахождения сопротивления, которая приведена ниже. 

Рассмотрим сопротивление проводников на примере металлов. Металлы имеют внутреннее строение в виде кристаллической решетки. Эта решетка имеет строгую упорядоченность, а её узлами являются положительно заряженные ионы. Носителями заряда в металле выступают “свободные” электроны, которые не принадлежат определенному атому, а хаотично перемещаются между узлами решетки. Из квантовой физики известно, что движение электронов в металле это распространение электромагнитной волны в твердом теле. То есть электрон в проводнике движется со скоростью света (практически), и доказано, что он проявляет свойства не только как частица, но еще и как волна. А сопротивление металла возникает в результате рассеяния электромагнитных волн (то есть электронов) на тепловых колебаниях решетки и её дефектах.  При столкновении электронов с узлами кристаллической решетки часть энергии передается узлам, вследствие чего выделяется энергия. Эту энергию можно вычислить при постоянном токе, благодаря закону Джоуля-Ленца – Q=I

2Rt. Как видите чем больше сопротивление, тем больше энергии выделяется. 

Удельное сопротивление

Существует такое важное понятие как удельное сопротивление, это тоже самое сопротивление, только в единице длины. У каждого металла оно свое, например у меди оно равно 0,0175 Ом*мм2/м, у алюминия 0,0271 Ом*мм2/м .  Это значит, брусок из меди длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм2 будет иметь сопротивление 0,0175 Ом, а такой же брусок, но из алюминия будет иметь сопротивление 0,0271 Ом. Выходит что электропроводность меди выше чем у алюминия. У каждого металла удельное сопротивление свое, а рассчитать сопротивление всего проводника можно по формуле   

где p – удельное сопротивление металла, l – длина проводника, s – площадь поперечного сечения.

Значения удельных сопротивлений приведены в таблице удельных сопротивлений металлов (20°C)   

Вещество

p, Ом*мм2/2

α,10-3 1/K

Алюминий

0.0271

3.8

Вольфрам

0.055

4.2

Железо

0.098

6

Золото

0.023

4

Латунь

0.025-0.06

1

Манганин

0.42-0.48

0,002-0,05

Медь

0.0175

4.1

Никель

0.1

2.7

Константан

0.44-0.52

0.02

Нихром

1.1

0.15

Серебро

0.016

4

Цинк

0.059

2.7

Кроме удельного сопротивления в таблице есть значения ТКС, об этом коэффициенте чуть позже.

Зависимость удельного сопротивления от деформаций


При холодной обработке металлов давлением, металл испытывает пластическую деформацию. При пластической деформации кристаллическая решетка искажается, количество дефектов становится больше. С увеличением дефектов кристаллической решетки, сопротивление течению электронов по проводнику растет, следовательно, удельное сопротивление металла увеличивается. К примеру, проволоку изготавливают методом протяжки, это значит, что металл испытывает пластическую деформацию, в результате чего, удельное сопротивление растет. На практике для уменьшения сопротивления применяют рекристаллизационный отжиг, это сложный технологический процесс, после которого кристаллическая решетка как бы, “расправляется” и количество дефектов уменьшается, следовательно, и сопротивление металла тоже.

При растяжении или сжатии, металл испытывает упругую деформацию. При упругой деформации вызванной растяжением, амплитуды тепловых колебаний узлов кристаллической решетки увеличиваются, следовательно, электроны испытывают большие затруднения, и в связи с этим, увеличивается удельное сопротивление. При упругой деформации вызванной сжатием, амплитуды тепловых колебаний узлов уменьшаются, следовательно, электронам проще двигаться, и удельное сопротивление уменьшается.

Влияние температуры на удельное сопротивление

Как мы уже выяснили выше, причиной сопротивления в металле являются узлы кристаллической решетки и их колебания. Так вот, при увеличении температуры, тепловые колебания узлов увеличиваются, а значит, удельное сопротивление также увеличивается. Существует такая величина как температурный коэффициент сопротивления (ТКС), который показывает насколько увеличивается, или уменьшается удельное сопротивление металла при нагреве или охлаждении. Например, температурный коэффициент меди при 20 градусах по цельсию равен 4.1 · 10 − 3 1/градус. Это означает что при нагреве, к примеру, медной проволоки на 1 градус цельсия, её удельное сопротивление увеличится на 4.1 · 10 − 3  Ом. Удельное сопротивление при изменении температуры можно вычислить по формуле 

где r это удельное сопротивление после нагрева, r0 – удельное сопротивление до нагрева, a – температурный коэффициент сопротивления, t2 – температура до нагрева, t1  - температура после нагрева. 

Подставив наши значения, мы получим: r=0,0175*(1+0.0041*(154-20))=0,0271 Ом*мм2/м. Как видите наш брусок из меди длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм2, после нагрева до 154 градусов, имел бы сопротивление, как у такого же бруска, только из алюминия и при температуре равной 20 градусов цельсия. 

Свойство изменения сопротивления при изменении температуры, используется в термометрах сопротивления. Эти приборы могут измерять температуру основываясь на показаниях сопротивления. У термометров сопротивления высокая точность измерений, но малые диапазоны температур.

На практике, свойства проводников препятствовать прохождению тока используются очень широко.  Примером может служить лампа накаливания, где нить из вольфрама, нагревается за счет высокого сопротивления металла, большой длины и узкого сечения. Или любой нагревательный прибор, где спираль разогревается благодаря высокому сопротивлению. В электротехнике, элемент главным свойством которого является сопротивление, называется – резистор. Резистор применяется практически в любой электрической схеме. 

  • Просмотров: 9526
  • Таблица удельного электросопротивления медных проводников

    Одним из самых распространённых металлов для изготовления проводов является медь. Её электросопротивление минимальное из доступных по цене металлов. Оно меньше только у драгоценных металлов (серебра и золота) и зависит от разных факторов.

    Формула вычисления сопротивления проводника

    Что такое электрический ток

    На разных полюсах аккумулятора или другого источника тока есть разноимённые носители электрического заряда. Если их соединить с проводником, носители заряда начинают движение от одного полюса источника напряжения к другому. Этими носителями в жидкости являются ионы, а в металлах – свободные электроны.

    Определение. Электрический ток – это направленное движение заряженных частиц.

    Удельное сопротивление

    Удельное электрическое сопротивление – это величина, определяющая электросопротивление эталонного образца материала. Для обозначения этой величины используется греческая буква «р». Формула для расчета:

    p=(R*S)/l.

    Эта величина измеряется в Ом*м. Найти её можно в справочниках, в таблицах удельного сопротивления или в сети интернет.

    Свободные электроны по металлу двигаются внутри кристаллической решётки. На сопротивление этому движению и удельное сопротивление проводника влияют три фактора:

    • Материал. У разных металлов различная плотность атомов и количество свободных электронов;
    • Примеси. В чистых металлах кристаллическая решётка более упорядоченная, поэтому сопротивление ниже, чем в сплавах;
    • Температура. Атомы не находятся на своих местах неподвижно, а колеблются. Чем выше температура, тем больше амплитуда колебаний, создающая помехи движению электронов, и выше сопротивление.

    На следующем рисунке можно увидеть таблицу удельного сопротивления металлов.

    Удельное сопротивление металлов

    Интересно. Есть сплавы, электросопротивление которых падает при нагреве или не меняется.

    Проводимость и электросопротивление

    Так как размеры кабелей измеряются в метрах (длина) и мм² (сечение), то удельное электрическое сопротивление имеет размерность Ом·мм²/м. Зная размеры кабеля, его сопротивление рассчитывается по формуле:

    R=(p*l)/S.

    Кроме электросопротивления, в некоторых формулах используется понятие «проводимость». Это величина, обратная сопротивлению. Обозначается она «g» и рассчитывается по формуле:

    g=1/R.

    Проводимость жидкостей

    Проводимость жидкостей отличается от проводимости металлов. Носителями зарядов в них являются ионы. Их количество и электропроводность растут при нагревании, поэтому мощность электродного котла растёт при нагреве от 20 до 100 градусов в несколько раз.

    Интересно. Дистиллированная вода является изолятором. Проводимость ей придают растворенные примеси.

    Электросопротивление проводов

    Самые распространенные металлы для изготовления проводов – медь и алюминий. Сопротивление алюминия выше, но он дешевле меди. Удельное сопротивление меди ниже, поэтому сечение проводов можно выбрать меньше. Кроме того, она прочнее, и из этого металла изготавливаются гибкие многожильные провода.

    В следующей таблице показывается удельное электросопротивление металлов при 20 градусах. Для того чтобы определить его при других температурах, значение из таблицы необходимо умножить на поправочный коэффициент, различный для каждого металла. Узнать этот коэффициент можно из соответствующих справочников или при помощи онлайн-калькулятора.

    Сопротивление проводов

    Выбор сечения кабеля

    Поскольку у провода есть сопротивление, при прохождении по нему электрического тока выделяется тепло, и происходит падение напряжения. Оба этих фактора необходимо учитывать при выборе сечения кабелей.

    Выбор по допустимому нагреву

    При протекании тока в проводе выделяется энергия. Её количество можно рассчитать по формуле электрической мощности:

    P=I²*R.

    В медном проводе сечением 2,5мм² и длиной 10 метров R=10*0.0074=0.074Ом. При токе 30А Р=30²*0,074=66Вт.

    Эта мощность нагревает токопроводящую жилу и сам кабель. Температура, до которой он нагревается, зависит от условий прокладки, числа жил в кабеле и других факторов, а допустимая температура – от материала изоляции. Медь обладает большей проводимостью, поэтому меньше выделяемая мощность и необходимое сечение. Определяется оно по специальным таблицам или при помощи онлайн-калькулятора.

    Таблица выбора сечения провода по допустимому нагреву

    Допустимые потери напряжения

    Кроме нагрева, при прохождении электрического тока по проводам происходит уменьшение напряжения возле нагрузки. Эту величину можно рассчитать по закону Ома:

    U=I*R.

    Справка. По нормам ПУЭ оно должно составлять не более 5% или в сети 220В – не больше 11В.

    Поэтому, чем длиннее кабель, тем больше должно быть его сечение. Определить его можно по таблицам или при помощи онлайн-калькулятора. В отличие от выбора сечения по допустимому нагреву, потери напряжения не зависят от условий прокладки и материала изоляции.

    В сети 220В напряжение подаётся по двум проводам: фазному и нулевому, поэтому расчёт производится по двойной длине кабеля. В кабеле из предыдущего примера оно составит U=I*R=30A*2*0.074Ом=4,44В. Это немного, но при длине 25 метров получается 11,1В – предельно допустимая величина, придётся увеличивать сечение.

    Максимально допустимая длина кабеля данного сечения

    Электросопротивление других металлов

    Кроме меди и алюминия, в электротехнике используются другие металлы и сплавы:

    • Железо. Удельное сопротивление стали выше, но она прочнее, чем медь и алюминий. Стальные жилы вплетаются в кабеля, предназначенные для прокладки по воздуху. Сопротивление железа слишком велико для передачи электроэнергии, поэтому при расчёте сечения жилы не учитываются. Кроме того, оно более тугоплавкое, и из него изготавливаются вывода для подключения нагревателей в электропечах большой мощности;
    • Нихром (сплав никеля и хрома) и фехраль (железо, хром и алюминий). Они обладают низкой проводимостью и тугоплавкостью. Из этих сплавов изготавливаются проволочные резисторы и нагреватели;
    • Вольфрам. Его электросопротивление велико, но это тугоплавкий металл (3422 °C). Из него изготавливаются нити накала в электролампах и электроды для аргонно-дуговой сварки;
    • Константан и манганин (медь, никель и марганец). Удельное сопротивление этих проводников не меняется при изменениях температуры. Применяются в претензионных приборах для изготовления резисторов;
    • Драгоценные металлы – золото и серебро. Обладают самой высокой удельной проводимостью, но из-за большой цены их применение ограничено.

    Индуктивное сопротивление

    Формулы для расчёта проводимости проводов справедливы только в сети постоянного тока или в прямых проводниках при низкой частоте. В катушках и в высокочастотных сетях появляется индуктивное сопротивление, во много раз превышающее обычное. Кроме того, ток высокой частоты распространяется только по поверхности провода. Поэтому его иногда покрывают тонким слоем серебра или используют литцендрат.

    Справка. Литцендрат – это многожильный провод, каждая жила в котором изолирована от остальных. Это делается для увеличения поверхности и проводимости в сетях высокой частоты.

    Удельное сопротивление меди, гибкость, относительно невысокая цена и механическая прочность делают этот металл, вместе с алюминием, самым распространенным материалом для изготовления проводов.

    Видео

    Оцените статью:

    Удельное электрическое сопротивление меди при разных температурах. Электрическое сопротивление металлов. Сверхпроводимость

    2.1. Общие сведения о проводниках

    В качестве проводников электрического тока могут быть использованы как твердые тела, так и жидкости, а при соответствующих условиях (в состоянии ионизации) и газы.

    Из металлических проводниковых материалов могут быть выделены металлы высокой проводимости , имеющие удельное сопротивление при нормальной температуре не более 0.05 мкОм·м, и сплавы высокого сопротивления с удельным сопротивлением не менее 0.3 мкОм·м.

    Особый интерес представляют обладающие чрезвычайно малым удельным сопротивлением при весьма низких температурах материалы сверхпроводники и криопроводники .

    К жидким проводникам относятся расплавленные металлы и электролиты. Для большинства металлов температура плавления высока, только ртуть, имеющая температуру плавления минус 39°С, может быть использована в качестве жидкого металлического проводника при нормальной температуре. Другие металлы являются жидкими проводниками только при повышенных температурах.

    Механизм прохождения тока в металлах – как в твердом, так и в жидком состоянии – обусловлен движением свободных электронов под воздействием электрического поля; поэтому металлы называют проводниками с электронной электропроводностью или проводниками первого рода . Проводниками второго рода, или электролитами, являются растворы, в частности, водные, кислот, щелочей и солей. Прохождение тока через эти вещества связано с переносом вместе с электрическими зарядами ионов в соответствии с законами Фарадея, вследствие чего состав электролита постепенно изменяется, а на электродах выделяются продукты электролиза. Ионные кристаллы в расплавленном состоянии также являются проводниками второго рода. Пример – соляные закалочные ванны с электронагревом.

    Все газы и пары, в том числе и пары металлов, при низких напряженностях электрического поля не являются проводниками. Однако, если напряженность поля превзойдет некоторое критическое значение, обеспечивающее начало ударной и фотоионизации, то газ может стать проводником с электронной и ионной проводимостью. Сильно ионизированный газ при равенстве числа электронов числу положительно заряженных ионов в единице объема представляет собой особую проводящую среду, называемую плазмой .

    2.2. Электропроводность металлов

    Классическая электронная теория металлов представляет проводник в виде системы, состоящей из узлов ионной кристаллической решетки, внутри которой находится электронный газ из свободных электронов. В свободное состояние от каждого атома переходит от одного до двух электронов. К электронному газу применялись представления и законы статистики обычных газов. Рассматривая тепловое и направленное под действием электрического поля движение электронов, получили выражение закона Ома. При столкновениях электронов с узлами кристаллической решетки энергия, накопленная при ускорении электронов в электрическом поле, передается металлической основе проводника, вследствие чего он нагревается. Рассмотрение этого роцесса привело к выводу закона Джоуля-Ленца. Т.о., электронная теория металлов дала возможность теоретически описать и объяснить найденные ранее экспериментальным путем основные законы электропроводности и потерь электрической энергии в металлах. Оказалось возможным также объяснить связь между электро- и теплопроводностью металлов.

    Однако появились и противоречия некоторых выводов теории с опытными данными. Они состояли в расхождении кривых температурной зависимости удельного сопротивления, в несоответствии теоретически полученных значений теплоемкости металлов опытным данным.

    Эти трудности удалось преодолеть, встав на позиции квантовой механики. В отличие от классической электронной теории квантовая механика полагает, что электронный газ в металлах при обычных температурах находится в состоянии вырождения. В этом состоянии энергия электронного газа почти не зависит от температуры, т.е. тепловое движение почти не изменяет энергию электронов. Поэтому теплота не затрачивается на нагрев электронного газа, что и обнаруживается при измерениях теплоемкости металлов. В состояние, аналогичное обычным газам, электронный газ приходит при температурах порядка тысяч Кельвинов. Представляя металл как систему, в которой положительные ионы скрепляются посредством свободно движущихся электронов, легко понять природу всех основных свойств металлов: пластичности, ковкости, хорошей теплопроводности и высокой электропроводности.

    2.3. Свойства проводников

    К важнейшим параметрам, характеризующим свойства проводниковых материалов, относятся:

    • удельная проводимость g или обратная ей величина – удельное сопротивление r,
    • температурный коэффициент удельного сопротивления ТКr или a r ,
    • теплопроводность g т,
    • контактная разность потенциалов и термо-э.д.с.,
    • работа выхода электронов из металла,
    • предел прочности при растяжении s r и относительное удлинение при разрыве Dl/l.

    2.3.1. Удельная проводимость и удельное сопротивление проводников

    Связь плотности тока J, А/м 2 , и напряженности электрического поля Е, В/м, в проводнике дается известной формулой:

    Здесь g, См/м – параметр проводникового материала, называемый его удельной проводимостью ; в соответствии с законом Ома g не зависит от напряженности электрического поля при изменении последней в весьма широких пределах. Величина r=1/g, oбратная удельной проводимости и называемая удельным сопротивлением , для имеющего сопротивление R проводника длиной l с постоянным поперечным сечением S вычисляется по формуле

    ρ = R·S/l. (2.2)

    Единица СИ для удельного сопротивления - Ом·м. Диапазон значений удельного сопротивления ρ металлических проводников при нормальной температуре довольно узок: от 0.016 для серебра и до примерно 10 мкОм·м для железохромоалюминиевых сплавов, т.е. он занимает всего три порядка. Значение удельной проводимости γ в основном зависит от средней длины свободного пробега электронов в данном проводнике, которая, в свою очередь, определяется структурой проводникового материала. Все чистые металлы с наиболее правильной кристаллической решеткой характеризуются наименьшими значениями удельного сопротивления; примеси, искажая решетку, приводят к увеличению ρ. И с точки зрения волновой теории, рассеяние электронных волн происходит на дефектах кристаллической решетки, которые соизмеримы с расстоянием порядка четверти длины электронной волны. Нарушения меньших размеров не вызывают заметного рассеяния волн.

    2.3.2. Температурный коэффициент удельного сопротивления металлов

    Число носителей заряда в металлическом проводнике при повышении температуры остается практически неизменным. Однако вследствие колебаний узлов кристаллической решетки с ростом температуры появляется все больше и больше препятствий на пути направленного под действием электрического поля движения свободных электронов, т.е. уменьшается средняя длина свободного пробега электрона, уменьшается подвижность электронов и, как следствие, уменьшается удельная проводимость металлов, и увеличивается удельное сопротивление. Иными словами, температурный коэффициент удельного сопротивления металлов положителен.

    2.3.3. Изменение удельного сопротивления металлов при плавлении

    При переходе из твердого состояния в жидкое у большинства металлов наблюдается увеличение удельного сопротивления, как это видно из рис.2.1; однако некоторые металлы при плавлении повышают ρ.

    Скачок соответствует температуре плавления меди 1083°С

    Удельное сопротивление увеличивается при плавлении у тех металлов, которые при плавлении увеличивают объем, т.е. уменьшают плотность; у металлов с противоположным характером изменения объема при плавлении (аналогичным фазовому переходу лед-вода) ρ уменьшается.

    2.3.4. Изменение удельного сопротивления металлов при деформациях

    Изменение удельного сопротивления при растяжении или сжатии приближенно может оцениваться формулой

    ρ = ρ 0 (1± σ ·s) , (2.3)

    где ρ - удельное сопротивление металла при механическом напряжении σ, ρ 0 – удельное сопротивление металла, не подверженного механическому воздействию, s – коэффициент механического напряжения, характеризующий данный металл; знак плюс в формуле соответствует растяжению, минус – сжатию.

    Изменение ρ при упругих деформациях объясняется изменением амплитуды колебаний узлов кристаллической решетки металла. При растяжении эти амплитуды увеличиваются, при сжатии – уменьшаются. Увеличение амплитуды колебаний узлов кристаллической решетки приводит к уменьшению подвижности носителей зарядов и, как следствие, к возрастанию ρ. Пластическая деформация, как правило, повышает удельное сопротивление металлов вследствие искажения кристаллической решетки. При рекристаллизации путем отжига удельное сопротивление может быть вновь снижено до первоначального значения.

    2.3.5. Удельное сопротивление сплавов

    Значительное возрастание ρ наблюдается при сплавлении двух металлов в том случае, если они образуют друг с другом твердый раствор , т.е. создают при отвердевании совместную кристаллизацию, и атомы одного металла входят в кристаллическую решетку другого. ρ имеет максимум, соответствующий некоторому определенному соотношению между содержанием компонентов в сплаве. Так, Н.С.Курнаков открыл, что в тех случаях, когда при определенном соотношении между компонентами они образуют друг с другом явно выраженные химические соединения (интерметаллиды ), на кривых ρ в функции состава наблюдаются изломы (рис.2.2).


    Рис. 2.2. Зависимость удельного сопротивления сплавов цинк – магний от состава.
    Точка 1 соответствует чистому Mg, 2 – соединению
    MgZn, 3 - Mg 2 Zn 3 , ., 4 – MgZn 4 5 – MgZn 6 , 6 – чистому Zn.

    Исследования А.Ф.Иоффе показали, что многие интерметаллиды являются не веществами с металлическим характером электропроводности, а электронными полупроводниками.

    Если же сплав двух металлов создает раздельную кристаллизацию, и структура застывшего сплава представляет собой смесь кристаллов каждого из компонентов (т.е. искажение кристаллической решетки каждого компонента не имеет места), то удельная проводимость γ сплава меняется с изменением состава приблизительно линейно, т.е. определяется арифметическим правилом смешения (рис.2.3).


    Рис.2.3. Зависимость удельной проводимости сплавов медь – вольфрам от состава (в процентах по массе)

    2.3.6. Теплопроводность металлов

    За передачу тепла через металл в основном ответственны те же свободные электроны, которые определяют и электропроводность металлов, и количество которых в единице объема весьма велико. Поэтому, как правило, теплопроводность γ т металлов намного больше, чем теплопроводность диэлектриков. Очевидно, что при прочих равных условиях, чем больше удельная электрическая проводимость γ металла, тем больше должна быть и его теплопроводность. Легко также видеть, что при повышении температуры, когда подвижность электронов в металле и соответственно его удельная проводимость уменьшаются, отношение γ т /γ δ должно возрастать.

    Чистота и характер механической обработки металла могут заметно сказываться на его теплопроводности, в особенности при низких температурах.

    2.3.7. Термоэлектродвижущая сила

    При соприкосновении двух металлических проводников между ними возникает контактная разность потенциалов . Причина ее появления заключается в различии значений работы выхода электронов из различных металлов, а также в том, что концентрация электронов, а следовательно, и давление электронного газа у разных металлов и сплавов могут быть неодинаковыми. Из электронной теории металлов следует, что контактная разность потенциалов между металлами А и В равна:

    (2.4)

    где U А и U В – потенциалы соприкасающихся металлов; n А и n В – концентрации электронов в металлах А и В.

    Если температуры "спаев" одинаковы, то сумма разностей потенциалов равны нулю. Иначе обстоит дело, когда один металл имеет температуру Т 1 , а другой – Т 2 .

    В этом случае между "спаями" возникает термо-э.д.с., равная

    что можно записать в виде

    Где с – постоянный для данной пары проводников коэффициент термо-э.д.с., т.е. термо-э.д.с. должна быть пропорциональна разности температур металлов.

    Провод, составленный из двух изолированных друг от друга проволок из различных металлов или сплавов (термопара ), может быть использован для измерения температур.

    2.3.8. Механические свойства проводников

    Они характеризуются пределом прочности при растяжении σ р и относительным удлинением при разрыве Δl/l, а так же хрупкостью, твердостью и тому подобными свойствами. Механические свойства металлических проводников в большой степени зависят от механической и термической обработки, от наличия легирующих примесей и т.п. Влияние отжига приводит к существенному уменьшению σ р и увеличению Δl/l. Такие параметры проводниковых материалов, как температуры кипения и плавления, удельная теплоемкость и др., не требуют особых пояснений.

    2.4. Материалы высокой проводимости

    К наиболее широкораспрстраненным материалам высокой проводимости следует отнести медь и алюминий.

    2.4.1. Медь

    Преимущества меди, обеспечивающие ей широкое применение в качестве проводникового материала, следующие:

    1. малое удельное сопротивление;
    2. достаточно высокая механическая прочность;
    3. удовлетворительная в большинстве случаев применения стойкость по отношению к коррозии;
    4. хорошая обрабатываемость: медь прокатывается в листы, ленты и протягивается в проволоку, толщина которой может быть доведена до тысячных долей миллиметра;
    5. относительная легкость пайки и сварки.

    Медь получают чаще всего путем переработки сульфидных руд. После ряда плавок руды и обжигов с интенсивным дутьем медь, предназначенная для электротехнических целей, обязательно проходит процесс электролитической очистки.

    В качестве проводникового материала чаще всего используется медь марок М1 и М0. Медь марки М1 содержит 99.9% Cu, а в общем количестве примесей (0.1%) кислорода должно быть не более 0,08%. Присутствие в меди кислорода ухудшает ее механические свойства. Лучшими механическими свойствами обладает медь марки М0, в которой содержится не более 0.05% примесей, в том числе не свыше 0.02% кислорода.

    Медь является сравнительно дорогим и дефицитным материалом, поэтому она все шире заменяется другими металлами, особенно алюминием.

    В отдельных случаях применяются сплавы меди с оловом, кремнием, фосфором, бериллием, хромом, магнием, кадмием. Такие сплавы, носящие название бронз, при правильно подобранном составе имеют значительно более высокие механические свойства, чем чистая медь.

    2.4.2. Алюминий

    Алюминий является вторым по значению после меди проводниковым материалом. Это важнейший представитель так называемых легких металлов: плотность литого алюминия около 2.6, а прокатанного – 2.7 Мг/м 3 . Т.о., алюминий примерно в 3.5 раза легче меди. Температурный коэффициент расширения, удельная теплоемкость и теплота плавления алюминия больше, чем меди. Вследствие высоких значений удельной теплоемкости и теплоты плавления для нагрева алюминия до температуры плавления и перевода в расплавленное состояние требуется большая затрата тепла, чем для нагрева и расплавления такого же количества меди, хотя температура плавления алюминия ниже, чем меди.

    Алюминий обладает пониженными по сравнению с медью свойствами – как механическими, так и электрическими. При одинаковом сечении и длине электрическое сопротивление алюминиевого провода в 1.63 раза больше, чем медного. Весьма важно, что алюминий менее дефицитен, чем медь.

    Для электротехнических целей используют алюминий, содержащий не более 0.5% примесей, марки А1. Еще более чистый алюминий марки АВ00 (не более 0.03% примесей) применяют для изготовления алюминиевой фольги, электродов и корпусов электролитических конденсаторов. Алюминий наивысшей чистоты АВ0000 имеет содержание примесей не более 0ю004%. Добавки Ni, Si, Zn или Fe при содержании их 0.5% снижают γ отожженного алюминия не более, чем на 2-3%. Более заметное действие оказывают примеси Cu, Ag и Mg, при том же массовом содержании снижающие γ алюминия на 5-10%. Очень сильно снижают электропроводность алюминия Ti и Mn.

    Алюминий весьма активно окисляется и покрывается тонкой оксидной пленкой с большим электрическим сопротивлением. Эта пленка предохраняет металл от дальнейшей коррозии.

    Алюминиевые сплавы обладают повышенной механической прочностью. Примером такого сплава является альдрей , содержащий 0.3-0.5% Mg, 0.4-0.7% Si и 0.2-0.3% Fe. В альдрее образуется соединение Mg 2 Si, которое сообщает высокие механические свойства сплаву.

    2.4.3. Железо

    Железо (сталь) как наиболее дешевый и доступный металл, обладающий к тому же высокой механической прочностью, представляет большой интерес для использования в качестве проводникового материала. Однако даже чистое железо имеет значительно более высокое сравнительно с медью и алюминием удельное сопротивление; ρ стали, т.е. железа с примесью углерода и других элементов, еще выше. Обычная сталь обладает малой стойкостью коррозии: даже при нормальной температуре, особенно в условиях повышенной влажности, она быстро ржавеет; при повышении температуры скорость коррозии резко возрастает. Поэтому поверхность стальных проводов должна быть защищена слоем более стойкого материала. Обычно для этой цели применяют покрытие цинком.

    В ряде случаев для уменьшения расхода цветных металлов применяют так называемый биметалл . Это сталь, покрытая снаружи слоем меди, причем оба металла соединены друг с другом прочно и непрерывно.

    2.4.4. Натрий

    Весьма перспективным проводниковым материалом является металлический натрий. Натрий может быть получен электролизом расплавленного хлористого натрия NaCl в практически неограниченных количествах. Из сравнения свойств натрия со свойствами других проводниковых металлов видно, что удельное сопротивление натрия примерно в 2.8 раза больше ρ меди и в 1.7 раз больше ρ алюминия, но благодаря чрезвычайно малой плотности натрия (плотность его почти в 9 раз меньше плотности меди), провод из натрия при данной проводимости на единицу длины должен быть значительно легче, чем провод из любого другого металла. Однако натрий чрезвычайно активен химически (он интенсивно окисляется на воздухе, бурно реагирует с водой), почему натриевый провод должен быть защищен герметизирующей оболочкой. Оболочка должна придавать проводу необходимую механическую прочность, так как натрий весьма мягок и имеет малый предел прочности при деформациях.

    2.5. Сверхпроводники и криопроводники

    Как уже отмечалось, при понижении температуры удельное сопротивление металлов падает. Представляет особый интерес вопрос об электропроводности металлов при весьма низких температурах, приближающихся к абсолютному нулю. Исчезновение электрического сопротивления, т.е. появление практически бесконечной электрической проводимости материала, называется сверхпроводимостью , а температура, при охлаждении до которой совершается переход вещества в сверхпроводящее состояние – температурой сверхпроводникового перехода Т с. Переход в сверхпроводящее состояние является обратимым: при повышении температуры до Т с сверхпроводимость разрушается и материал переходит в нормальное состояние, приобретая конечное значение удельной проводимости γ. В настоящее время известно 27 простых (чистых металлов) и более тысячи сложных (сплавов и химических соединений).

    В то же время некоторые вещества, в том числе такие наилучшие проводниковые материалы, как серебро и медь, при наиболее низких, достигнутых в настоящее время температурах (порядка тысячных долей Кельвина; согласно третьему закону термодинамики, абсолютный нуль температуры принципиально недостижим) перевести в сверхпроводящее состояние не удалось. Интересно отметить, что сверхпроводниками могут быть не только соединения и сплавы металлов, обладающих сверхпроводимостью, но и соединения таких элементов с несверхпроводящими и даже соединения, в состав молекул которых входят исключительно атомы элементов, не являющихся сверхпроводящими.

    Помимо сверхпроводящих электромагнитов можно отметить возможности использования сверхпроводников для создания электрических машин, трансформаторов и тому подобных устройств малой массы и габаритов, но с высокими к.п.д.; линий электропередачи весьма больших мощностей на дальние расстояния; волноводов с особо малым затуханием; накопителей энергии и пр.

    Помимо явления сверхпроводимости в современной электротехнике все шире используется явление криопроводимости , т.е. достижение некоторыми металлами весьма малой удельной проводимости при криогенных температурах (но более высоких, чем температура сверхпроводникового перехода, если данный металл вообще принадлежит к сверхпроводникам. Материалы, обладающие особо благоприятными свойствами для применения в качестве проводников в условиях криогеннных температур, называются криопроводниками или гиперпроводниками .

    Весьма малое, но все же конечное значение удельного сопротивления криопроводника при его рабочей температуре ограничивает допустимую плотность тока в нем, хотя эта плотность может быть намного выше, чем в обычных проводниках. Криопроводники, у которых при изменении температуры в широких пределах удельное сопротивление изменяется плавно, без скачков, не могут использоваться в ряде устройств, действие которых основано на триггерном эффекте появления и разрушения сверхпроводимости. Однако применение криопроводников в электрических машинах, аппаратах, кабелях и т.п. имеет и свои преимущества, притом весьма существенные. Так, если в сверхпроводниковых устройствах в качестве охлаждающего агента применяется жидкий гелий, рабочая температура криопроводников достигается применением более высококипящих и дешевых хладоагентов: жидкого водорода или даже жидкого азота. Это значительно упрощает и удешевляет выполнение и эксплуатацию устройства. Кроме того, в сверхпроводниковом устройстве, например электромагните, по обмотке которого проходит сильный ток, накапливается большая энергия магнитного поля. Если из-за случайного повышения температуры или магнитной индукции хотя бы на малом участке сверхпроводящего контура сверхпроводимость будет разрушена, внезапно освободится большое количество энергии, что может вызвать серьезную аварию. В случае же криопроводниковой цепи повышение температуры вызовет лишь постепенное возрастание сопротивления этой цепи без эффекта взрыва.

    Во всех случаях для получения криопроводниковых материалов требуется высокая чистота металла и отсутствие наклепа. Вредное влияние примесей и наклепа на ρ металлов при криогенных температурах сказывается намного сильнее, чем при нормальных. Криопроводники могут с успехом использоваться для обмоток электрических машин и трансформаторов, для токопроводящих жил кабелей и т.п.

    2.6. Сплавы высокого сопротивления

    Помимо высокого сопротивления от таких материалов требуются высокая стабильность ρ во времени, малый ТКρ и малый коэффициент термо-э.д.с. в паре данного сплава с медью. Желательно, чтобы такие сплавы были дешевыми и по возможности не содержали дефицитных компонентов.

    2.6.1. Манганин

    Это наиболее типичный и широко применяемый для образцовых резисторов сплав. Примерный его состав: Cu- 85%, Mn- 12% и Ni- 3%; название происходит от наличия в нем марганца; желтоватый цвет объясняется большим содержанием меди. ρ манганина 0.42-0.48 мкОм∙м, коэффициент термо-э.д.с. в паре с медью всего 1-2 мкВ/К, α ρ весьма мал. Предельная длительно допустимая рабочая температура не более 200°С.

    2.6.2. Константан

    Сплав, содержащий около 60% меди и 40% никеля; этот состав отвечает минимуму α ρ в системе Cu-Ni при довольно высоком значении ρ. Название константан объясняется значительным постоянством ρ при изменении температуры. Нагревостойкость константана выше, чем манганина, а механические свойства близки. Существенным отличием последнего является высокая термо-э.д.с. в паре с медью и с железом. Широкому применению константана препятствует большое содержание дорогого и дефицитного никеля.

    2.6.3. Сплавы на основе железа

    Сплавы системы Fe – Ni – Cr называются нихромами или (при повышенном содержании железа) ферронихромами ; сплавы системы Fe – Cr – Al называются фехралями и хромалями . Нихромы весьма технологичны: их можно легко протягивать в тонкую проволоку или ленту, они имеют высокую рабочую температуру. Однако, как и в костантане, в них велико содержание никеля. Нихромы применяются в качестве электронагревательных элементов.

    Хромо-алюминиевые сплавы намного дешевле нихромов, однако эти сплавы менее технологичны, более тверды и хрупки. Они в основном используются для электронагревательных устройств большой мощности.

    2.7. Тугоплавкие металлы

    К тугоплавким относятся металлы с температурой плавления, превышающей 1700°С. Как правило, они химически устойчивы при низких температурах, но становятся активными при повышенных. Эксплуатация их при высоких температурах может быть обеспечена в атмосфере инертных газов или в вакууме. В плотном виде чаще всего эти металлы получают методами порошковой металлургии – прессовкой и спеканием. В электронной технике начинают распространяться плавка электронным или лазерным лучом, зонная очистка, плазменная обработка и т.д. Механическая обработка этих материалов трудна и часто требует подогрева.

    2.7.1. Вольфрам

    Чрезвычайно тяжелый, твердый металл серого цвета. Из всех металлов вольфрам обладает наиболее высокой температурой плавления (3380°С). Его извлекают из руд различного состава, наиболее известными среди которых являются вольфрамит (FeWO 4 + MnWO 4) и шеелит (CaWO 4) путем сложной химической обработки. Для вольфрама характерна слабая механическая связанность кристаллов, поэтому при зернистом строении сравнительно толстые вольфрамовые изделия весьма хрупки и легко ломаются. В результате механической обработки ковкой и волочением вольфрам приобретает волокнистую структуру и излом его весьма затруднен. Этим объясняется гибкость тонких вольфрамовых нитей.

    Из вольфрама изготавливают нити ламп накаливания, а также электроды, подогреватели, пружины и крючки в электронных лампах, рентгеновских трубках и т.п. Вследствие тугоплавкости и большой механической прочности, вольфрам может работать при высоких температурах (более 2000°С), но лишь в глубоком вакууме или в атмосфере инертного газа, т.к. при нагревании до температуры в несколько сот градусов в присутствии кислорода он сильно окисляется.

    2.7.2. Молибден

    Этот металл по внешнему виду, а также по технологии обработки близкий к вольфраму. Важнейшей промышленной рудой молибдена является молибденит MoS 2 . Молибден применяют в электровакуумной технике при менее высоких температурах, чем вольфрам; накаливаемые детали из молибдена должны работать в вакууме или восстановительной атмосфере.

    2.7.3. Тантал

    Его получают из мало распространенной руды – танталита Fe(TaO 3) 2 методами порошковой металлургии, подобно вольфраму и молибдену. Основное отличие его заключается лишь в том, что процесс спекания его осуществляют в вакуумных печах, т.к. тантал склонен к поглощению газов, в результате чего он становится хрупким. Тантал характеризуется высокой пластичностью даже при комнатной температуре. Тантал относят к сверхпроводникам, применяют при изготовлении анодов и сеток генераторных ламп и др.

    2.7.4. Титан

    Относительно легкий металл, применяющийся в электровакуумной технике благодаря своим хорошим механическим свойствам. Основными минералами, содержащими титан, являются рутил и ильмений. Получают титан методами порошковой металлургии. Его используют не только в качестве конструкционного материала, но и для порошкообразных покрытий молибденовых и вольфрамовых анодов и сеток генераторных ламп. Из него также получают резисторы интегральных микросхем.

    2.7.5. Рений

    Один из редких очень тяжелых металлов, с температурой плавления, близкой к вольфраму. Рений отличается редким сочетанием свойств, удовлетворяющих большинству требований электровакуумной техники. В атмосфере водорода и во влажной среде он испаряется в меньшей степени, чем вольфрам. Ценной особенностью рения является его меньшая, по сравнению с вольфрамом, степень взаимодействия при высоких температурах с окисью алюминия, из которой изготовляют изоляционные трубки подогревных катодов прямого накала и сеток некоторых типов ламп.

    2.8. Благородные металлы

    К благородным металлам относят золото, серебро, платину и металлы платиновой группы (рутений Ru, родий Rh, палладий Pd, осмий Os и иридий Ir). Эти металлы названы благородными за их красивый внешний вид и высокую химическую стойкость. Они применяются в качестве проводников и контактов для коррозионно-устойчивых покрытий, электродов фотоэлементов. Серебро применяют также для непосредственного нанесения на диэлектрики в качестве обкладок в производстве керамических и слюдяных конденсаторов.

    2.9. Неметаллические проводники

    Из числа твердых неметаллических проводниковых материалов наибольшее значение имеют материалы на основе углерода. Из угля изготавливают щетки электрических машин, электроды для прожекторов, электроды для дуговых электрических печей и электролитических ванн, аноды гальванических элементов. Угольные порошки используют в микрофонах, из угля делают высокоомные резисторы, разрядники для телефонных сетей.

    В качестве сырья для производства электроугольных изделий можно использовать сажу, графит и антрацит. Природный графит – одна из модификаций чистого углерода слоистой структуры с большой анизотропией как электрических, так и механических свойств. Сажи представляют собой мелкодисперсный углерод с примесями слоистых веществ. Лаки, в состав которых в качестве пигмента добавлена сажа, обладают малым удельным сопротивлением и могут быть использованы для выравнивания электрического поля в электрических машинах высокого напряжения.

    Наиболее существенный вклад в остаточное сопротивление вносит рассеяние на примесях, которые всегда присутствуют в реальном проводнике или в виде загрязнения, или в виде легирующего (т. Е Намеренно вводится) элемента. Любая примесная добавка приводит к повышению г., даже если она обладает повышенной проводимостью по сравнению с основным металлом. Так, введение в медный проводник 0, 01 ат. доли примеси серебра вызывает увеличение удельного сопротивления меди на 0,002 мкОм м. Экспериментально установлено, что при малом содержании примесей удельное сопротивление возрастает пропорционально концентрации примесных атомов. Различные примеси по-разному влияют на остаточное сопротивление проводников. Кроме примесей некоторый вклад в остаточное сопротивление, вносят собственные дефекты структуры - вакансии, атомы внедрения, дислокации, границы зерен.

    Причинами рассеяния электронных волн в металле является не только тепловые колебания узлов решетки, но и статические дефекты структуры, которые также нарушают правильность кристаллической решетки. Рассеяния на статических дефектах структуры не зависит от температуры. Поэтому по мере приближения температуры к абсолютному нулю сопротивление реальных металлов стремится к некоторому постоянному значению, называемом остаточным сопротивлением.

    Удельное сопротивление вещества зависит от температуры. Как правило, сопротивление металлов растет с температурой. Этому не следует удивляться: с повышением температуры атомы движутся быстрее, их расположение становится менее упорядоченным, и можно ожидать, что они будут сильнее мешать движению потока электронов. В узких диапазонах изменения температуры удельное сопротивление металла увеличивается с температурой практически линейно:

    При очень низких температурах удельное сопротивление некоторых металлов, а также сплавов и соединений падает в пределах точности современных измерений к нулю. Это свойство называют сверхпроводимостью; впервые его наблюдал нидерландский физик Гейко Камер- Линг - Оннес (1853-1926) в 1911 г. при охлаждении ртути ниже 4,2 К. При этой температуре электрическое сопротивление ртути внезапно падало до нуля.

    Стоит отметить, что среди хороших проводников, которыми являются металлы, наиболее предпочтительны драгоценные металлы, при этом серебро считается лучшим проводником, т. К У него наименьшую малый удельное сопротивление. Этим объясняется использование драгоценных металлов при пайке особо важных элементов в электротехнике. Из значений удельных сопротивлений веществ можно судить об их практическом применении - вещества с большим удельным сопротивлением подойдут для изготовления изоляционных материалов, а с небольшим - для проводников.

    Для получения зависимости силы тока в цепи от сопротивления Ому пришлось провести огромное количество экспериментов, в которых необходимо было менять сопротивление проводника. В связи с этим он столкнулся с проблемой изучения сопротивления проводника в зависимости от его отдельно взятых параметров. В первую очередь, Георг Ом обратил внимание на зависимость сопротивления проводника от его длины, о которой уже бегло говорилось на предыдущих уроках. Он сделал вывод, что при увеличении длины проводника прямо пропорционально увеличивается и его сопротивление. Кроме того, было установлено, что на сопротивление влияет еще и сечение проводника, т. Е Площадь фигуры, которая получается при поперечном разрезе. При этом, чем площадь сечения больше, тем сопротивление меньше. Из этого можно сделать вывод, что чем провод толще, тем его сопротивление меньше. Все эти факты были получены опытным путем.

    Если обратить внимание на эту формулу, то можно сделать вывод, что с ней выражается удельное сопротивление проводника, т. Е., Определив силу тока и напряжение на проводнике и измерив его длину с площадью поперечного сечения, можно с помощью закона Ома и указанной формулы вычислить удельное сопротивление. Затем, его значение можно сверить с данными таблицы и определить, из какого вещества изготовлен проводник.

    Число носителей заряда в металлическом проводнике при повышении температуры практически остается неизменным. Однако вследствие усиления колебаний узлов кристаллической решетки с ростом температуры появляется все больше препятствий на пути направленного движения свободных электронов под действием электрического поля, т. Е. Уменьшается средняя длина свободного пробега электрона? , Уменьшается подвижность электронов и, как следствие, уменьшается удельная проводимость металлов и возрастает удельное сопротивление (рисунок 2.1)

    Как уже указывалось, примеси и нарушения правильной структуры металлов увеличивают их удельное сопротивление. Значительный рост? наблюдается при сплава двух металлов в том случае, если они образуют друг с другом твердый раствор, т. Е. При утверждении совместно кристаллизуются, и атомы одного металла входят в кристаллическую решетку другого.

    Этот коэффициент, интересен не только при рассмотрении работы различных сопряженных материалов в той или иной конструкции (возможность растрескивания или нарушения вакуум плотного соединения со стеклами, керамикой при изменении температуры). Он необходим также и для расчета температурного коэффициента сопротивления провода

    При столкновении двух разных металлических проводниковмежду них возникает контактная разность потенциалов. Причина появления этой разности потенциалов заключается в различии значений работы выхода электронов из разных металлов, а также в том, что концентрация электронов, а, следовательно, и давление электронного газа в различных металлов и сплавов могут быть неодинаковыми. С электронной теории металлов следует, что контактная разность потенциалов между металлами А и В равна

    Етитрудности удалось преодолеть, встав на позиции квантовой механики. В отличиеот классической электронной теории квантовая механика считает, что електроннийгаз в металлах при обычных температурах находится в состоянии вирождения.В этом состоянии энергия электронного газа почти не зависит от температуры, т.е. тепловое движение почти не изменяет энергию электронов. Поэтому теплотане затрачивается на нагрев электронного газа, и оказывается приизмерениях теплоемкости металлов. В состояние, аналогичное обычным газам, электронный газ приходит при температурах порядка тысяч кельвинов. Представляяметалл как систему, в которой положительные ионы скрепляются посредствомсвободно подвижных электронов, легко понять природу всех основных свойствметаллов: пластичности, ковкости, хорошей теплопроводности и высокой электропроводности.

    Достаточно перспективным проводниковому материалом является металлический натрий. Натрий может быть получен электролизом расплавленного хлористого натрия NaCl в практически неограниченных количествах. Из сравнения свойств натрия со свойствами других проводниковых металлов видно, что удельное сопротивление натрия примерно в 2.8 раза больше? меди и в 1.7 раз больше? алюминия, но благодаря чрезвычайно малой плотности натрия (плотность его почти в 9 раз меньше плотности меди), провод с натрия при данной проводимости на единицу длины должен быть значительно легче, чем провод из другого металла. Однако натрий чрезвычайно активный химически (он интенсивно окисляется на воздухе, бурно реагирует с водой), чем натриевый провод должен быть защищен герметизирующей оболочкой. Оболочка должна предоставлять провода необходимую механическую прочность, так как натрий весьма мягкий и имеет малый предел прочности при деформациях.

    Железо (сталь) как наиболее дешевый и доступный металл, обладающий к тому же высокой механической прочностью, представляет большой интерес для использования в качестве проводникового материала. Однако даже чистое железо имеет значительно более высокую по сравнению с медью и алюминием удельное сопротивление; ? стали, то есть железа с примесью углерода и других элементов, еще выше. Обычная сталь обладает малой стойкостью коррозии: даже при нормальной температуре, особенно в условиях повышенной влажности, она быстро ржавеет; при повышении температуры скорость коррозии резко возрастает. Поэтому поверхность стальных проводов должна быть защищена слоем более стойкого материала. Обычно для этой цели применяют покрытия цинком.

    Это электрическое сопротивление единицы длины проводника единичной площади сечения [ Ohm · m ], оказываемое движения носителей заряда в проводнике, а также полупроводников проводят ионы растворах, под действием потенциального электрического поля.Удельное электрическое сопротивление постоянному току с одной строны является производным понятием от электрического сопротивления проводника, а с другой -Базовый понятием электротехнического материаловедения, поскольку определяет свойства материала проводника независимо от его длины и формы вообще.

    Способность металлов менять свое сопротивление с изменением температуры используется для устройства термометров сопротивления. Такой термометр представляет собой платиновую проволоку, намотанную на слюдяной каркас. Поместив термометр, например, в печь и измеряя сопротивление платиновой проволоки до и после нагрева, можно определить температуру в печи.

    В металлах уровень Ферми лежит в зоне проводимости, заполненной лишь частично. Электроны, находящиеся в зоне проводимости, получив сколь угодно малуюенергетическую добавку (например, за счет теплового движения или електрическогополя), могут перейти на более высокий (свободный) энергетический уровень той же зоне, тоесть стать свободными электронами и участвовать в проводимости. Сростом температуры сопротивление будет расти, поскольку увеличивается рассеяниеелектронов проводимости на тепловых колебаниях решетки, и средняя длинасвободного пробега электрона уменьшается.

    (везде ниже под сопротивлением понимается активное (резистивное) сопротивление, в котором происходит диссипация (рассеяние) електрическойенергии и необратимый переход ее в другие виды энергии, например, тепловую)

    При абсолютном нуле в идеально совершенном кристалле атомы расположены строго периодически и электромагнитные волны беспрепятственно проходят сквозь кристаллическую решетку, не испытывая при этом сопротивления. В реальных условиях металлы - проводники имеют искаженную решетку и используются при температурах, отличных от абсолютного нуля.

    При увеличении температуры атомы металла совершают колебания около узлов решетки, вызывает рассеяние электронных волн, приводит к увеличению электрического сопротивления. Это увеличение может быть выражено зависимостью

    При очень малых деформациях иногда наблюдается уменьшение сопротивления, что должно быть приписано побочных явлений: уплотнению металла, разрушение изолирующих межкристаллитных пленок и т. П.

    Возникновение упорядочения в твердых растворах - это результат усиления химического взаимодействия компонентов, в результате чего электроны связываются сильнее, чем в неурегулированных твердом растворе. Усиление химического взаимодействия компонентов уменьшает число электронов проводимости и увеличивает остаточное электрическое сопротивление. Однако при составлении электрическое поле ионного остова решетки становится более симметричным, а это, естественно, приводит к снижению остаточного сопротивления. Последнее обстоятельство оказывается превалирующим, и при составлении электрическое сопротивление снижается.

    1. Электрическое сопротивление металлов. Квантовая теория электропроводности металлов сводится к следующему:

    а. В идеальной кристаллической решетке электроны проводимости при своем движении не должны испытывать сопротивления. Сопротивление возникает тогда, когда в решетке появляются дефекты структуры , то есть нарушается периодичность решетки.

    б. В реальных кристаллах есть два механизма нарушения структуры: примесный и тепловой. Соответственно различают примесное удельное сопротивление r n и тепловое (колебательное ) r Т . Согласно правилу аддитивности сопротивлений полное сопротивление металла r равно их сумме, r = r n + r Т . (13.1)

    в. Примесное сопротивление r n обусловлено наличием инородных атомов в решетке (атомов примеси). Если металл достаточно чистый и концентрация атомов примеси невелика, то примесное сопротивление практически не зависит от температуры и становиться заметным лишь вблизи абсолютного нуля. Благодаря примеси удельное сопротивление металла не должно обращаться в нуль даже при Т = 0 К.

    г. Тепловое сопротивление r Т возникает благодаря рассеянию электронов проводимости на флуктуациях плотности узлов кристаллической решетки, возникающих при тепловом колебательном движении узлов. В квантовой теории тепловое колебательное движение атомов решетки трактуется как система стоячих звуковых волн в кристалле - фононов . Поэтому говорят о рассеянии электронов проводимости на фононах .

    В отличие от классической теории электропроводности металлов Друде - Лоренца , прогнозирующей зависимость сопротивления от температуры вида r ~ , квантовая теория дает правильный прогноз линейной зависимости r ~Т . При температурах металла Т ³ 50 К r = r 0 , что соответствует эмпирической формуле r = r 0 (1 + a t ). В квантовой теории получается, что при Т ® 0 полное удельное сопротивление металла r должно стремиться к примесному r n . На рис.90 показана опытная зависимость удельного сопротивления чистого натрия от температуры.

    При Т ® 0 К r ® r n = 4·10 -11 Ом·м, что составляет примерно 0,4% от сопротивления при Т = 273 К. Уже при температурах Т ³ 20 К зависимость r (Т ) становится практически линейной.

    д. Электрический ток толкуется в квантовой теории как дрейф электронов в периодическом поле кристалла. Этот дрейф происходит под действием постоянной электрической силы еЕ , где Е - напряженность электрического поля, создающего ток. Оказалось, что скорость дрейфа электронов зависит от глубины их положения в зоне проводимости. Эта зависимость выражается через эффективную массу m эф электрона. В отличие от массы покоя m е свободного электрона эффективная масса электрона в зоне проводимости металла – величина переменная, зависящая от ширины зоны.

    Вблизи дна зоны эффективная масса электронов положительна. Направление дрейфа соответствует вектору плотности тока. По мере подъема к верхней границе зоны эффективная масса принимает бесконечно большое значение m эф = ¥, а затем становится отрицательной. Соответственно и скорость дрейфа электронов, имея “правильное” направление у дна зоны, постепенно проходит через нуль и принимает отрицательные (“неправильные”) значения у верхней границы зоны.

    Соотношения, полученные в приближении свободных электронов в теории Друде – Лоренца , оказываются справедливыми для электронов, движущихся в периодическом поле решетки, если в них заменить массу покоя электрона m е на эффективную m эф .

    2. Сверхпроводимость. В 1911 году Камерлинг – Оннес , измеряя сопротивление ртути в области низких температур, обнаружил, что при Т = 4,2 К сопротивление ртути практически падало до нуля. Это явление стали называть сверхпроводимостью . На рис.91 показаны опытные кривые зависимости удельного сопротивления некоторых чистых металлов от температуры вблизи абсолютного нуля. Очевидно, что явление не сводится к нормальному падению удельного сопротивления бездефектного кристалла, когда r n = 0, и r Т . Переход в сверхпроводящее состояние происходит не плавно, а скачкообразно при некоторой температуре Т кр , которую называют критической температурой перехода. Сейчас известно около 30 сверхпроводящих химических элементов и свыше 500 сверхпроводящих материалов.

    3. Эффекты сверхпроводимости.

    а. Электрический ток , возбужденный в сверхпроводящем кольце, может циркулировать в нем годами.

    б. Эффект Мейснера . В 1933 году Вальтер Мейсснер и Р. Оксенфельд обнаружили, что вещество, помещенное в магнитное поле (рис.92 слева), при переходе в сверхпроводящее состояние не замораживает находящееся в нем магнитное поле, как это должно было быть при простом переходе вещества в состояние с нулевым сопротивлением, а выталкивает его из своего объема (рис. 92 справа). Это присуще идеальным диамагнетикам с нулевой магнитной проницаемостью m = 0.

    Из того, что магнитное поле не проникает в сверхпроводник, следует, что электрический ток может течь лишь по поверхности сверхпроводника. Ведь если бы ток мог протекать в толще сверхпроводника, то вокруг него в толще сверхпроводника было бы магнитное поле. И действительно, опыт показывает, что электрический ток течет в сверхпроводнике в поверхностном слое толщиной l = 10 ¸ 100 нм. На эту глубину в сверхпроводник проникает и магнитное поле, убывая с расстоянием x от поверхности по экспоненциальному закону

    В = В 0 exp(-xçl ). (13.2)

    Вещество в сверхпроводящем состоянии приобретает два не связанных друг с другом фундаментальных свойства: идеальную проводимость и идеальный диамагнетизм .

    Эффект Мейснера позволяет устойчиво подвешивать сверхпроводящие тела в магнитном поле (рис.93). При пререходе шара в сверхпроводящее состояние 1-го рода магнитное поле из него вытесняется. В результате в поверхностном слое шара индуцируется ток такого направления, при котором шар выталкивается из поля.

    в. Эффект критического магнитного поля . Он состоит в том, что при достижении магнитным полем, в котором находится сверхпроводник, некоторого предельного значенияиндукции В кр »10 -2 ¸ 10 1 Тл, сверхпроводимость исчезает.

    На рис.94 показана зависимость В кр от температуры для свинца (верхняя кривая) и для олова (нижняя кривая). При критической температуре Т = Т кр критическое поле равно нулю, В кр = 0, а с понижением температуры В кр увеличивается.

    Если усиливать ток, идущий по сверхпроводнику, то при некотором его критическом значении I кр сверхпроводящее состояние разрушается. Поскольку магнитное поле В пропорционально току I , то зависимость I кр от температуры аналогична зависимости В кр (Т ). Эффект критического магнитного поля усложняет технику получения сверхсильных магнитных полей с помощью сверхпроводящих контуров. Расчет критического тока должен учитывать, что ток течет в приповерхностном слое. Например, у проводника диаметром 1 мм при l = 35 нм сечение приповерхностного слоя, по которому течет ток, около 10 -4 мм 2 . Это составляет около 0,01% всего сечения проводника.

    г. Эффект Джозефсона . В 1962 году Брайан Джозефсон теоретически предсказал два эффекта, суть которых в следующем.

    Подсоединим к сверхпроводнику (на рис.95-а он изображен в виде бруска) амперметр А с источником постоянного тока, ЭДС которого E , и вольтметр V . В цепи идёт постоянный ток, регистрируемый амперметром. Так как сопротивление сверхпроводника равно нулю, то вольтметр показывает нуль.

    Разрежем сверхпроводник на две части и раздвинем их, чтобы между ними возник зазор толщиной d » 1 нм. Как предсказал Джозефсон , при включении такого сверхпроводника в цепь может наблюдаться один из следующих двух эффектов.

    Стационарный эффект Джозефсона. Через сверхпроводник по-прежнему идёт постоянный ток. Оказывается, ток может течь без сопротивления не только через сверхпроводник, но и через щель в нем, если она достаточно узка (рис.95-б).

    Нестационарный эффект Джозефсона . На концах сверхпроводника со щелью может возникнуть постоянная разность потенциалов . В этом случае из щели излучается высокочастотная электромагнитная волна (рис.95-в). Через сверхпроводник течет не только постоянный, но и высокочастотный переменный ток.

    В настоящее время эффекты Джозефсона не только подтверждены экспериментально, но и используются в микроэлектронике.

    4. Теорию сверхпроводимости построили в 1957г Джон Бардин, Леон Купер и Джон Шриффер . По первым буквам их фамилий ее назвали БКШ – теорией . В основе БКШ- теории лежит представление, что между электронами проводимости металла могут действовать силы притяжения , возникающие вследствие поляризации ими кристаллической решетки.

    Электрон, движущийся в решетке, притягивает к себе положительно заряженные ионы, несколько сближая их, и тем самым создает вдоль пути своего следования избыточный положительный заряд поляризованной решетки, к которому могут быть притянуты другие электроны. Это эквивалентно возникновению силы притяжения между электронами, только действующей не непосредственно, а через поляризованную решетку.

    Можно предположить, что сверхпроводимость следует ожидать прежде всего у тех металлов, у которых имеет место сильное взаимодействие электронного газа с решеткой, приводящее в обычных условиях к высокому удельному сопротивлению. И действительно, из чистых металлов лучшими сверхпроводниками оказались наиболее высокоомные - свинец Рb, ниобий Nb, олово Sn, ртуть Hg. В то же время у таких низкоомных металлов, как медь Cuи сереброAg, у которых электронный газ имеет высокую подвижность, сверхпроводимость не наблюдается.

    Как показал Леон Купер, при Т Т кр , самые верхние электроны,расположенные на уровне Ферми, могут спариваться . При этом их суммарная энергия оказывается меньше суммы энергий отдельных электронов . Выделяющаяся энергия должна отводиться от кристалла охлаждением. Понижение энергии куперовских пар приводит к понижению верхнего занятого электронами уровня. В результате между уровнями куперовских пар и ближайшими свободными уровнями возникает запрещенная зона шириной 2D (рис.96 слева). Эта возникшая энергетическая щель не позволяет куперовским парам электронов принимать малую энергию. Они могут принять лишь энергию не менее 2D, которая позволит электронам перепрыгнуть через эту щель. Поэтому при Т Т кр куперовские пары оказываются весьма устойчивыми.

    При Т Т кр спариваются не все электроны. При каждой температуре устанавливается некоторое равновесное соотношение между концентрациями нормальных и спаренных электронов. Оказывается, что ширина 2D энергетической щели в сверхпроводнике зависит от количества неспаренных электронов. Их концентрация понижается с уменьшением температуры и соответственно растет ширина щели (рис.96 справа).

    Электроны, образующие куперовские пары, имеют противоположные спины. Поэтому спин пары равен нулю, и она представляет собой бозон . Бозоны могут накапливаться в основном энергетическом состоянии, из которого их трудно перевести в возбужденное состояние. Поэтому куперовские пары в состоянии согласованного движения могут оставаться неопределенно долго. Такое согласованное движение пар и есть ток сверхпроводимости.

    Расстояние между электронами пары велико. Оно составляет примерно 1000 нм, что около 5000 поперечников атомов. Примерно 1000 пар перекрываются, занимая общий объем.

    5. Объяснение БКШ – теорией эффекта критического тока. У известных сверхпроводников величина энергетической щели составляет в среднем 2D = 3 мэВ » 5·10 -22 Дж. Для разрушения куперовской пары один из электронов пары должен уменьшить энергию своего движения, по крайней мере, на величину 2D.

    Предположим, что электрон отдает эту энергию при лобовом столкновении с узлом решетки так, что после столкновения он отскакивает с той же скоростью дрейфа v д в обратном направлении. Энергия электрона до соударения Е к1 = m e (v ф + v д ) 2 ç 2, энергия после соударения Е к2 = m e (v ф - v д ) 2 ç 2. Здесь v ф – тепловая скорость электронов на уровне Ферми (»10 6 мç с), v д – скорость дрейфа электронов в электрическом поле, она не превышает 1 мç с.

    Убыль кинетической энергии электрона должна быть по крайней мере равной 2D. Так что DЕ к = = 2m e v ф v д = 2D. (13.3)

    Отсюда, минимальная скорость дрейфа v д , необходимая для разрушения куперовской пары, есть v д = Dçm e v ф . (13.4)

    Плотность электронного тока проводимости естьj = env д , (13.5)

    где n – концентрация электронов проводимости в металле. Подставив критическую скорость дрейфа из (13.4), получаем критическую плотность тока j кр .

    j кр = env д = en Dçm e v ф . (13.6)

    У типичных сверхпроводников n = 3·10 28 м -3 , v ф = 10 6 мç с, 2D = 3 мэВ. Подставляем.

    j кр = =10 12 . Это соответствует току 10 6 А через проводник сечением 1 мм 2 . Но в реальном сверхпроводнике ток течет лишь в тонком приповерхностном слое толщиной около 35 нм, что соответствует сечению S = 10 -4 мм 2 . Поэтому критический ток в сверхпроводнике толщиной около 1 мм составляет всего лишь i кр = j кр S = 10 6 Аç мм 2 ·10 - 4 мм 2 = 100 А. Это вполне соответствует эксперименту.

    6. Объяснение БКШ-теорией критического магнитного поля. При помещении сверхпроводника в магнитное поле В в поверхностном слое сверхпроводника наводится незатухающий ток. Этот незатухающий ток имеет такие величину и направление, что его магнитное поле внутри сверхпроводника полностью компенсирует внешнее поле В . При увеличении поля В плотность компенсирующего тока в сверхпроводнике растет. Если внешнее поле В будет настолько большим, что плотность наведенного им индукционного тока достигнет критического значения, сверхпроводимость разрушается.

    Все выше сказанное относится к сверхпроводникам 1-го рода , в которых электрический ток существует только в приповерхностном слое. Несколько позже были открыты и изучены сверхпроводники 2-го рода . В них возникающие во внешнем магнитном поле В сверхпроводящие токи текут не только по поверхности, но и проникают в толщу проводника. У сверхпроводников 1-го рода критическое магнитное поле В кр не превышает 0,1 Тл, а у сверхпроводников 2-го рода достигает величины В кр » 20 Тл.

    7. Эффекты Джозефсона объясняются БКШ - теорией как результат туннелирования куперовских пар через узкую щель между сверхпроводниками. Согласно теории, частота n переменного сверхпроводящего тока определяется выражением: n = . (13.7)

    При напряжении на щели U = 1 мВ частота n = 485 ГГц, что соответствует длине волны ЭМ излучения l = сçn = 0,6 мм.

    8. Реактивное сопротивление сверхпроводника . При любой температуре Т Т кр сверхпроводник практически всегда содержит как сверхпроводящие электроны концентрацией n c , так и нормальные (n н ) электроны. Если поместить сверхпроводник в высокочастотное поле, то в этом переменном электрическом поле ускоряются не только куперовские пары, но и нормальные электроны. Поэтому ток имеет как сверхпроводящую, так и нормальную составляющую.

    Те и другие электроны обладают массой, вследствие их инерции ток отстает по фазе от напряженности ВЧ – поля. Куперовские пары движутся в проводнике как бы без трения. Согласно классической механике, скорость частиц в этом случае отстает по фазе от действующей на них периодической силы на 2. Поэтому сверхпроводящая составляющая высокочастотного тока отстает от напряженности поля на 2. Это значит, что куперовские пары создают чисто реактивное сопротивление.

    Нормальные электроны движутся как бы с трением. Поэтому они создают как реактивное, так и активное сопротивление.


    Удельное сопротивление и сверхпроводимость

    Публикации по материалам Д. Джанколи. "Физика в двух томах" 1984 г. Том 2.

    На опыте установлено, что сопротивление R металлического проводника прямо пропорционально его длине L и обратно пропорционально площади его поперечного сечения А:

    R = ρL/А       (26.4)

    где коэффициент ρ называется удельным сопротивлением и служит характеристикой вещества, из которого изготовлен проводник. Это соответствует здравому смыслу: сопротивление толстого провода должно быть меньше, чем тонкого, поскольку в толстом проводе электроны могут перемещаться по большей площади. И можно ожидать роста сопротивления с увеличением длины проводника, так как увеличивается количество препятствий на пути потока электронов.

    Типичные значения ρ для разных материалов приведены в первом столбце табл. 26.2. (Реальные значения зависят от чистоты вещества, термической обработки, температуры и других факторов.)

    Таблица 26.2.
    Удельное сопротивление и температурный коэффициент сопротивления (ТКС) (при 20 °С)
    Вещество Удельное сопротивление ρ,Ом·м ТКС α,°C-1
    Проводники
    Серебро 1,59·10-8 0,0061
    Медь 1,68·10-8 0,0068
    Алюминий 2,65·10-8 0,00429
    Вольфрам 5,6·10-8 0,0045
    Железо 9,71·10-8 0,00651
    Платина 10,6·10-8 0,003927
    Ртуть 98·10-8 0,0009
    Нихром (сплав Ni, Fe, Сг) 100·10-8 0,0004
    Полупроводники 1)
    Углерод (графит) (3-60)·10-5 -0,0005
    Германий (1-500)·10-5 -0,05
    Кремний 0,1 - 60 -0,07
    Диэлектрики
    Стекло 109 - 1012
    Резина твердая 1013 - 1015
    1) Реальные значения сильно зависят от наличия даже малого количества примесей.

     

    Самым низким удельным сопротивлением обладает серебро, которое оказывается, таким образом, наилучшим проводником; однако оно дорого. Немногим уступает серебру медь; ясно, почему провода чаще всего изготовляют из меди.

    Удельное сопротивление алюминия выше, чем у меди, однако он имеет гораздо меньшую плотность, и в некоторых случаях ему отдают предпочтение (например, в линиях электропередач), поскольку сопротивление проводов из алюминия той же массы оказывается меньше, чем у медных. Часто пользуются величиной, обратной удельному сопротивлению: 

    σ = 1/ρ       (26.5)

     σ называемой удельной проводимостью. Удельная  проводимость измеряется в единицах (Ом·м) -1

    Удельное сопротивление вещества зависит от  температуры. Как правило, сопротивление металлов возрастает с температурой. Этому не следует удивляться: с  повышением температуры атомы движутся быстрее, их  расположение становится менее упорядоченным, и можно ожидать, что они будут сильнее мешать движению потока электронов. В узких диапазонах изменения температуры удельное сопротивление металла увеличивается с  температурой практически линейно: 

     

     где ρT - удельное сопротивление при температуре Тρ0 - удельное сопротивление при стандартной  температуре Т0, а α - температурный коэффициент сопротивления (ТКС). Значения а приведены в табл. 26.2. Заметим, что у полупроводников ТКС может быть отрицательным. Это очевидно, поскольку с ростом температуры увеличивается число свободных электронов и они улучшают проводящие свойства вещества. Таким образом, сопротивление  полупроводника с повышением температуры может  уменьшаться (хотя и не всегда). 

    Значения а зависят от температуры, поэтому следует обращать внимание на диапазон температур, в пределах которого справедливо данное значение (например, по справочнику физических величин). Если диапазон  изменения температуры окажется широким, то линейность будет нарушаться, и вместо (26.6) надо использовать выражение, содержащее члены, которые зависят от  второй и третьей степеней температуры:

    ρT = ρ0(1+αТ+ + βТ 2 + γТ 3),

    где коэффициенты β и γ обычно очень малы (мы положили Т0 = 0°С), но при больших Т вклад этих членов становится существенным. 

    При очень низких температурах удельное  сопротивление некоторых металлов, а также сплавов и соединений падает в пределах точности современных измерений до нуля. Это свойство называют сверхпроводимостью;  впервые его наблюдал нидерландский физик Гейке Камер-линг-Оннес (1853-1926) в 1911 г. при охлаждении ртути ниже 4,2 К. При этой температуре электрическое  сопротивление ртути внезапно падало до нуля.  

    Сверхпроводники переходят в сверхпроводящее состояние ниже  температуры перехода, составляющей обычно несколько градусов Кельвина (чуть выше абсолютного нуля). Наблюдался электрический ток в сверхпроводящем кольце, который практически не ослабевал в отсутствие напряжения в течение нескольких лет.

     В последние годы сверхпроводимость интенсивно  исследуется с целью выяснить ее механизм и найти  материалы, обладающие сверхпроводимостью при более высоких температурах, чтобы уменьшить стоимость и неудобства, обусловленные необходимостью охлаждения до очень низких температур. Первую успешную теорию сверхпроводимости создали Бардин, Купер и Шриффер в 1957 г. Сверхпроводники уже используются в больших  магнитах, где магнитное поле создается электрическим током (см. гл. 28), что значительно снижает расход  электроэнергии. Разумеется, для поддержания сверхпроводника при низкой температуре тоже затрачивается энергия.

    Продолжение следует: Мощность.

    Альтернативные статьи: Электрический ток, Закон Ома.


    Замечания и предложения принимаются и приветствуются!

    Сопротивление меди - Энциклопедия по машиностроению XXL

    В том, что электрическое сопротивление металлов обусловлено взаимодействиями электронов проводимости с различными дефектами решетки, убеждает и тот факт, что удельное сопротивление кристаллов металлов сильно зависит от наличия в них примесей. Например, введение 1% примеси марганца увеличивает удельное сопротивление меди в три раза.  [c.152]
    Рис, 4.5. Зависимость удельного сопротивления меди от температуры  [c.116]

    При достижении температуры плавления (для меди она составляет 1083 °С) увеличивается объем металла, т. е. уменьшается его плотность, а вместе с ней и концентрация носителей. В результате сопротивление меди возрастет примерно в 2,4 раза. Для металлов, уменьшающих свой объем при плавлении (галлий, висмут, сурьма), значение удельного сопротивления имеет тенденцию к уменьшению.  [c.116]

    Заметное влияние на указа -ные характеристики меди оказывает и температура. При нагревании (особенно выше 200 °С) в результате процесса рекристаллизации (рис. 4.7) механические характеристики и удельное сопротивление меди резко изменяются.  [c.120]

    ОКОЛО 800° С и, следовательно, Ра 10 ОМ.-М., р= 1. Удельное сопротивление меди принято равным 2-10 ом-м.  [c.174]

    В диапазоне температур от —50 до 180 °С сопротивление меди находится в линейной зависимости от температуры  [c.455]

    Коэффициент подсчитан по литературным значениям удельных сопротивлений меди [2] и натрия [3]. Расчеты показали, что в стенке трубы выделяется около 97(% тепла и эта доля практически не меняется с температурой. Некоторая возможная неточность в величинах удельных сопротивлений влияет на коэффициент К слабо, и нет необходимости учитывать разность температур между стенкой и жидкостью для выбора соответствующих значений удельных сопротивлений.  [c.14]

    Медь — металл красного, в изломе розового цвета. Температура плавления 1083 °С. Кристаллическая решетка ГЦК с периодом а = 0,31607 нм. Плотность меди 8,94 г/см . Медь обладает высокими электропроводимостью и теплопроводностью Удельное электрическое сопротивление меди 0,0175 мкОм.м. В зависимости от чистоты медь изготовляют следующих марок МОО (99,99 % Си), МО (99,97 % Си), М1 (99,9 % Си), М2 (99,7 % Си), М3 (99,50 % Си). Присутствующие в меди примеси оказывают большое влияние на ее свойства.  [c.406]

    Сопротивление меди, как и других металлов зависит от температуры и определяется температурным коэффициентом сопротивления. Для определения коэффициента изменения сопротивления можно воспользоваться табл. 1.7. В таблице вертикальный столбец соответствует температуре в десятках градусов, а верхняя горизонтальная строка — в единицах градусов. Изменение сопротивление меди при 15 °С принято за единицу. Коэффициент для произвольной температуры соответствует пересечению соответствующих строки и столбца. Например, изменение сопротивления меди при 86 °С составляет 1,2284. Это означает, что сопротивление проводника, измеренное при 15 С, работающего при температуре 86 С, надо умножить на 1,2284.  [c.16]


    Д. Мп-бронзы. Содержат 25 % Мп. Высокая жаропрочность и электрическое сопротивление. Медь в твердом состоянии растворяет до 30 % Мп поэтому структура этих бронз — гомогенные а-твердые растворы.  [c.51]

    ТКС определяется по сопротивлениям Rf и Rt чувствительного элемента медного ТС, измеренных соответственно при точке таяния льда и кипения воды. В диапазоне температур от —50 до 200 °С зависимость сопротивления меди от температуры носит линейный характер R = Ro (1 + ai).  [c.138]

    Стальная оцинкованная проволока. Сталь наиболее дешевый из проводниковых материалов, который в отдельных случаях может быть использован в качестве проводника тока. Сталь обладает высокой механической прочностью. Удельное электрическое сопротивление стали значительно выше удельного электрического сопротивления меди и алюминия. Для проводников тока обычно применяется мягкая сталь, содержащая 0,10-0,15% углерода. Основные характеристики мягкой стали  [c.247]

    Удельное сопротивление меди при температуре г, С (( = 30 -f 60 =С)  [c.509]

    Реле и контакторы, работающие на постоянном токе, конструктивно ничем не отличаются от рассмотренных. Различие их заключается в том, что магнитопровод изготавливается сплошным из специальной электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью. Катушка электроаппарата, работающего на постоянном токе, имеет в несколько раз большее число витков, чем катушка электроаппарата, работающего на переменном токе. Это объясняется тем, что полное сопротивление катушки электроаппарата, работающего на переменном токе, слагается из двух составляющих — активного и индуктивного сопротивлений. В начальный момент после подачи напряжения пусковой ток в катушке превышает номинальный в несколько раз и созданный им магнитный поток достаточен для притягивания якоря. После замыкания магнитопровода усиливается магнитный поток, увеличивается общее сопротивление катушки за счет увеличения индуктивного, ток в катушке резко падает и достигает значения, достаточного для длительной работы электроаппарата без перегрева. Если катушки электроаппаратов питаются постоянным током, индуктивное сопротивление катушки отсутствует и ток в цепи ограничивается только сопротивлением меди катушки. Чтобы снизить силу тока, протекающего в катушке, необходимо увеличить ее сопротивление, а это приводит к увеличению длины провода и, следовательно, числа витков.  [c.177]

    Лучшими проводниками электрического тока являются металлы с наименьшим сопротивлением — медь, алюминий и т. д.  [c.286]

    В табл. 1 приведены величины удельного электрического сопротивления некоторых технических металлов. Лучшими проводниками электрического тока являются металлы с наименьшим электрическим сопротивлением — медь, алюминий и т. д.  [c.39]


    Для постоянного тока сопротивление реактора (если пренебречь небольшим сопротивлением меди его катушки) почти равно нулю, и ток силовой цепи свободно пройдет через него. Для токов же высокой частоты, например / = 0,16 МГц (160 000 Гц), сопротивление реактора У . = 2.3,14-160 000-0,63 = 633 024 Ом.  [c.249]

    Жесткие излучения могут влиять и на другие, помимо электроизоляционных, электротехнические материалы так, под их действием может возрастать удельное электрическое сопротивление меди и других проводников, нарушаться работоспособность полупроводниковых приборов и др.  [c.31]

    С возрастанием содержания примесей удельное сопротивление меди возрастает в следующем порядке  [c.257]

    СТИ сопротивления меди от температуры в интервале от —50 до 200 . Эта зависимость выражается уравнением  [c.77]

    Мендоза и Томас [92, 298] исследовали также несколько других металлов. Образец серебра обнаружил минпмум сопротивления, подобный минимуму для золота. Сопротивление меди в области гелиевых температур оставалось постоянным, но при температурах ниже 1" К несколько возрастало. Образцы магния, хотя п были вырезаны нз одного и того же куска проволоки, обнаружили минимумы, расположенные во всей области телшератур между 0,7 и 25° К.  [c.585]

    С соответственно. Угол между направлением потока воздуха и осью трубы ср =60°. Вычислить допустимую силу тока в электрическом проводе, если температура резиновой изоляции не должна превышать 70° С. Определить критический диаметр тепловой изоляции. Удельное электрическое сопротивление меди р =0,0175 Om-mmVm теплопроводность резиновой изоляции Хр = 0,15 Вт/(м-К)-  [c.230]

    Медь. Вторым после серебра металлом с низким сопротивлением является медь. Для проводников используется электролитическая медь с содержанием Си 99,9% и кислорода 0,08%. Высокой вязкостью и пластичностью обладает бескислородная медь, содержащая кислорода не более 0,02%. Температура плавления меди 1084° С, температура рекристаллизации — около 270° С. При нагревании выше этой температуры резко снижается прочность и возрастает пластичность. На воздухе поверхность медного проводника быстро покрывается слоем закиси — окиси меди с высоким удельным сопротивлением. Высокочастотные медные токоведущие элементы защищают от окисления покрытием из серебра. Для обмоток маслонаполненных трансформаторов используют луженую медную проволоку. Техническая медная проволока диаметром от 0,1 до 12 мм выпускается твердая и мягкая, подвергаемая отжигу в печах без доступа воздуха. Мягкая проволока диаметром до 3 мм имеет временное сопротивление в среднем 0р = 27 /сГ/лл для твердой проволоки больше (Ор = 39 кГ мм% удельное сопротивление для твердой проволоки р = 0,018 ом -мм 1м, а для мягкой р = 0,0175 ом-мм м. Температурный коэффициент сопротивления меди TKR =4-45-10" Ijapad. Твердую медь применяют для контактных проводэв, коллекторов и т. п. Во всех этих  [c.274]

    Для компенсацпи температурной погрешности из-за изменения Яя сопротивление 1R3 сделано из медной ироволоки. Практически полная темиературная компенсация нроисходит при давлении газа, соответствующем равенству сопротивлений Rn=давления газа от указанного возникает дополнительная погрешность, равная (считая температурные коэффициенты сопротивления меди и молибдена равными и пренебрегая малыми составляющими погрешности)  [c.43]

    Повышение температуры приводит к увеличению сопротивления меди обмотки дросселя, т.е. к повышению сопротивления правого плеча делителя. Поэтому напряжение генератора, при котором напряжение на стабилитроне достигает стабилизации, увеличрггся, т.е. величина регулируемого напряжения в горячем состоянии возрастает. Повышение уровня регулируемого напряжения при нагреве способствует и некоторому изменению характеристик стабилитрона, так как напряжение стабилизации с увеличением температуры несколько возрастает.  [c.10]

    Температура плавления меди 1083 °С, плотность 8,94 Mг/м Она обла- 1ает Г1ЦС решеткой, диамагнитна и не имеет полиморфизма. Удельное электрическое сопротивление меди равно 0,0178 мкОм м. Нашей промышленностью производится И марок меди с различным содержанием примесей. В электронике применяют бескислородную (б) медь марок МООб (99,99% Си) и МОб (99,97% Си), в электротехнике и металлургии МО (99,95% Си), М1 (99,9% Си) М2 (99,7% Си) и др.  [c.199]

    Медь — металл красного цвета, розовый в изломе, обладает лучшей после серебра электропроводностью. Плотность меди 8890...8940кг/м , предел прочности при растяжении 256...409 МПа, температура плавления 1083 °С. Удельное электрическое сопротивление меди при 20 °С находится в пределах 0,01724...0,0180 мкОм м, удельная проводимость при 20 С в пределах 58...55,5 МСм/м.  [c.10]

    Ряд металлов и сплавов и иных материалов при весьма низких температурах, близких к абсолютному нулю, резко снижают свое удельное сопротивление, которое может принимать SHaneHHfr порядка 10 Ом-м, что в 10 раз- меньше, чем сопротивление меди, а плотность тока более 10 А/м-. Свойство материалов, состоящее в том, что их электрическое сопротивление скачком падает до нуля при охла15кдении ниже определенной критической температуры КР > характерной для данного материала, называют сверхпроводимостью. На состояние сверхпроводимости влияет тгкже величина магнитной индукции, наибольшее допустимое значение которой также называют критической.  [c.341]

    Чем вызваны столь характерные изменения постоянной кристаллической решетки металлов при трении в поверхностно-ак-тивных смазочных средах Совершенно очевидно, что при трении в инактивных смазочных средах, когда роль смазки проявляется в том, что действующие нагрузки воспринимаются металлом распределенными через слой смазки, равномерное по глубине зоны деформации уменьшение периода решетки определяют макронапряжения в поверхностных слоях. Остаточные напряжения I рода ст = Eh) tg 0 А0, где А0 = MId) tg О,, здесь Е — модуль упругости V — коэффициент Пуассона, Adid — относительное изменение межплоскостного расстояния. Оценка остаточных напряжений по этой формуле дает величину о 1300 МПа, что в несколько раз превышает временное сопротивление меди. Эти результаты хорошо согласуются с данными работы [15], где показано, что в процессе трения могут возникать напряжения, намного большие, чем в условиях статического или динамического деформирования. Оценка о для никеля и железа также указывает на превышение временного сопротивления.  [c.127]

    Из оксидированного алюминия изготовляют различные катушки, работающие при высокой температуре возможность нагрузки провода большей плотностью тока при малой толщине изоляции позволяет во многих случаях заменять медь алюминием, несмотря на, его более высокое удельное сопротивление (медь — 0,0172, алюминий — 0,028 ом мм 1м). Для получения медного провода с весьма высокой пагревостойкостью изоляции иногда покрывают медь алюминием, а затем поверхность алюминия оксидируют.  [c.548]

    На кранах применяют резисторы из фехралевой или, реже, констан-тановой проволоки или из фехралевой ленты. Константан и фехраль — это сплавы, обладающие большим удельным сопротивлением у кон-стантана более чем в 25 раз, а у фехраля, в 75 раз превышающим удельное сопротивление меди. Величина сопротивления этих сплавов почти не изменяется от температуры. Они рассчитаны на работу при высоких температурах так, для константана предельная температура равна 300, а для фехраля — 350°С.  [c.351]


    Удельное сопротивление железо медь - Морской флот

    В связи с тем, что существует два типа электрических сопротивлений –

    В связи с электромагнитными явлениями, возникающими в проводниках при прохождении через него переменного тока в них возникает два важных для их электротехнических свойств физических явления.

    Два последних явления делают неэффективным применение проводников радиусом больше характерной глубины проникновения электрического тока в проводник. Эффективный диаметр проводников (2RБхар): 50Гц -7 Ом. Используя микроомметры, можно определить качество электрических контактов, сопротивление электрических шин, обмоток трансформаторов, электродвигателей и генераторов, наличие дефектов и инородного металла в слитках (например, сопротивление слитка чистого золота вдвое ниже позолоченного слитка вольфрама).

    Для расчета длины провода, его диаметра и необходимого электрического сопротивления, необходимо знать удельное сопротивление проводников ρ.

    В международной системе единиц удельное сопротивление ρ выражается формулой:

    Оно означает: электрическое сопротивление 1 метра провода (в Омах), сечением 1 мм 2 , при температуре 20 градусов по Цельсию.

    Таблица удельных сопротивлений проводников

    Материал проводникаУдельное сопротивление ρ в
    Серебро
    Медь
    Золото
    Латунь
    Алюминий
    Натрий
    Иридий
    Вольфрам
    Цинк
    Молибден
    Никель
    Бронза
    Железо
    Сталь
    Олово
    Свинец
    Никелин (сплав меди, никеля и цинка)
    Манганин (сплав меди, никеля и марганца)
    Константан (сплав меди, никеля и алюминия)
    Титан
    Ртуть
    Нихром (сплав никеля, хрома, железа и марганца)
    Фехраль
    Висмут
    Хромаль
    0,015
    0,0175
    0,023
    0,025. 0,108
    0,028
    0,047
    0,0474
    0,05
    0,054
    0,059
    0,087
    0,095. 0,1
    0,1
    0,103. 0,137
    0,12
    0,22
    0,42
    0,43. 0,51
    0,5
    0,6
    0,94
    1,05. 1,4
    1,15. 1,35
    1,2
    1,3. 1,5

    Из таблицы видно, что железная проволока длиной 1 м и сечением 1 мм 2 обладает сопротивлением 0,13 Ом. Чтобы получить 1 Ом сопротивления нужно взять 7,7 м такой проволоки. Наименьшим удельным сопротивлением обладает серебро. 1 Ом сопротивления можно получить, если взять 62,5 м серебряной проволоки сечением 1 мм 2 . Серебро – лучший проводник, но стоимость серебра исключает возможность его массового применения. После серебра в таблице идет медь: 1 м медной проволоки сечением 1 мм 2 обладает сопротивлением 0,0175 Ом. Чтобы получить сопротивление в 1 Ом, нужно взять 57 м такой проволоки.

    Химически чистая, полученная путем рафинирования, медь нашла себе повсеместное применение в электротехнике для изготовления проводов, кабелей, обмоток электрических машин и аппаратов. Широко применяют также в качестве проводников алюминий и железо.

    Сопротивление проводника можно определить по формуле:

    где r – сопротивление проводника в омах; ρ – удельное сопротивление проводника; l – длина проводника в м; S – сечение проводника в мм 2 .

    Пример 1. Определить сопротивление 200 м железной проволоки сечением 5 мм 2 .

    Пример 2. Вычислить сопротивление 2 км алюминиевой проволоки сечением 2,5 мм 2 .

    Из формулы сопротивления легко можно определить длину, удельное сопротивление и сечение проводника.

    Пример 3. Для радиоприемника необходимо намотать сопротивление в 30 Ом из никелиновой проволоки сечением 0,21 мм 2 . Определить необходимую длину проволоки.

    Пример 4. Определить сечение 20 м нихромовой проволоки, если сопротивление ее равно 25 Ом.

    Пример 5. Проволока сечением 0,5 мм 2 и длиной 40 м имеет сопротивление 16 Ом. Определить материал проволоки.

    Материал проводника характеризует его удельное сопротивление.

    По таблице удельных сопротивлений находим, что таким сопротивлением обладает свинец.

    Выше было указано, что сопротивление проводников зависит от температуры. Проделаем следующий опыт. Намотаем в виде спирали несколько метров тонкой металлической проволоки и включим эту спираль в цепь аккумулятора. Для измерения тока в цепь включаем амперметр. При нагревании спирали в пламени горелки можно заметить, что показания амперметра будут уменьшаться. Это показывает, что с нагревом сопротивление металлической проволоки увеличивается.

    У некоторых металлов при нагревании на 100° сопротивление увеличивается на 40 – 50 %. Имеются сплавы, которые незначительно меняют свое сопротивление с нагревом. Некоторые специальные сплавы практически не меняют сопротивления при изменении температуры. Сопротивление металлических проводников при повышении температуры увеличивается, сопротивление электролитов (жидких проводников), угля и некоторых твердых веществ, наоборот, уменьшается.

    Способность металлов менять свое сопротивление с изменением температуры используется для устройства термометров сопротивления. Такой термометр представляет собой платиновую проволоку, намотанную на слюдяной каркас. Помещая термометр, например, в печь и измеряя сопротивление платиновой проволоки до и после нагрева, можно определить температуру в печи.

    Если при температуре t сопротивление проводника равно r, а при температуре t равно rt, то температурный коэффициент сопротивления

    Примечание. Расчет по этой формуле можно производить лишь в определенном интервале температур (примерно до 200°C).

    Приводим значения температурного коэффициента сопротивления α для некоторых металлов (таблица 2).

    Значения температурного коэффициента для некоторых металлов

    Металлα
    Серебро
    Медь
    Железо
    Вольфрам
    Платина
    0,0035
    0,0040
    0,0066
    0,0045
    0,0032
    Ртуть
    Никелин
    Константан
    Нихром
    Манганин
    0,0090
    0,0003
    0,000005
    0,00016
    0,00005

    Из формулы температурного коэффициента сопротивления определим rt:

    Пример 6. Определить сопротивление железной проволоки, нагретой до 200°C, если сопротивление ее при 0°C было 100 Ом.

    Пример 7. Термометр сопротивления, изготовленный из платиновой проволоки, в помещении с температурой 15°C имел сопротивление 20 Ом. Термометр поместили в печь и через некоторое время было измерено его сопротивление. Оно оказалось равным 29,6 Ом. Определить температуру в печи.

    Электрическая проводимость

    До сих пор мы рассматривали сопротивление проводника как препятствие, которое оказывает проводник электрическому току. Но все же ток по проводнику проходит. Следовательно, кроме сопротивления (препятствия), проводник обладает также способностью проводить электрический ток, то есть проводимостью.

    Чем большим сопротивлением обладает проводник, тем меньшую он имеет проводимость, тем хуже он проводит электрический ток, и, наоборот, чем меньше сопротивление проводника, тем большей проводимостью он обладает, тем легче току пройти по проводнику. Поэтому сопротивление и проводимость проводника есть величины обратные.

    Из математики известно, что число, обратное 5, есть 1/5 и, наоборот, число, обратное 1/7, есть 7. Следовательно, если сопротивление проводника обозначается буквой r, то проводимость определяется как 1/r. Обычно проводимость обозначается буквой g.

    Электрическая проводимость измеряется в (1/Ом) или в сименсах.

    Пример 8. Сопротивление проводника равно 20 Ом. Определить его проводимость.

    Если r = 20 Ом, то

    Пример 9. Проводимость проводника равна 0,1 (1/Ом). Определить его сопротивление,

    Если g = 0,1 (1/Ом), то r = 1 / 0,1 = 10 (Ом)

    Материалы высокой проводимости

    К наиболее широкораспрстраненным материалам высокой проводимости следует отнести медь и алюминий (Сверхпроводящие материалы, имеющие типичное сопротивление в 10 -20 раз ниже обычных проводящих материалов (металлов) рассматриваются в разделе Сверхпроводимость).

    Преимущества меди, обеспечивающие ей широкое применение в качестве проводникового материала, следующие:

    1. малое удельное сопротивление;
    2. достаточно высокая механическая прочность;
    3. удовлетворительная в большинстве случаев применения стойкость по отношению к коррозии;
    4. хорошая обрабатываемость: медь прокатывается в листы, ленты и протягивается в проволоку, толщина которой может быть доведена до тысячных долей миллиметра;
    5. относительная легкость пайки и сварки.

    Медь получают чаще всего путем переработки сульфидных руд. После ряда плавок руды и обжигов с интенсивным дутьем медь, предназначенная для электротехнических целей, обязательно проходит процесс электролитической очистки.

    В качестве проводникового материала чаще всего используется медь марок М1 и М0. Медь марки М1 содержит 99.9% Cu, а в общем количестве примесей (0.1%) кислорода должно быть не более 0,08%. Присутствие в меди кислорода ухудшает ее механические свойства. Лучшими механическими свойствами обладает медь марки М0, в которой содержится не более 0.05% примесей, в том числе не свыше 0.02% кислорода.

    Медь является сравнительно дорогим и дефицитным материалом, поэтому она все шире заменяется другими металлами, особенно алюминием.

    В отдельных случаях применяются сплавы меди с оловом, кремнием, фосфором, бериллием, хромом, магнием, кадмием. Такие сплавы, носящие название бронз, при правильно подобранном составе имеют значительно более высокие механические свойства, чем чистая медь.

    Алюминий

    Алюминий является вторым по значению после меди проводниковым материалом. Это важнейший представитель так называемых легких металлов: плотность литого алюминия около 2.6, а прокатанного – 2.7 Мг/м 3 . Т.о., алюминий примерно в 3.5 раза легче меди. Температурный коэффициент расширения, удельная теплоемкость и теплота плавления алюминия больше, чем меди. Вследствие высоких значений удельной теплоемкости и теплоты плавления для нагрева алюминия до температуры плавления и перевода в расплавленное состояние требуется большая затрата тепла, чем для нагрева и расплавления такого же количества меди, хотя температура плавления алюминия ниже, чем меди.

    Алюминий обладает пониженными по сравнению с медью свойствами – как механическими, так и электрическими. При одинаковом сечении и длине электрическое сопротивление алюминиевого провода в 1.63 раза больше, чем медного. Весьма важно, что алюминий менее дефицитен, чем медь.

    Для электротехнических целей используют алюминий, содержащий не более 0.5% примесей, марки А1. Еще более чистый алюминий марки АВ00 (не более 0.03% примесей) применяют для изготовления алюминиевой фольги, электродов и корпусов электролитических конденсаторов. Алюминий наивысшей чистоты АВ0000 имеет содержание примесей не более 0ю004%. Добавки Ni, Si, Zn или Fe при содержании их 0.5% снижают γ отожженного алюминия не более, чем на 2-3%. Более заметное действие оказывают примеси Cu, Ag и Mg, при том же массовом содержании снижающие γ алюминия на 5-10%. Очень сильно снижают электропроводность алюминия Ti и Mn.

    Алюминий весьма активно окисляется и покрывается тонкой оксидной пленкой с большим электрическим сопротивлением. Эта пленка предохраняет металл от дальнейшей коррозии.

    Алюминиевые сплавы обладают повышенной механической прочностью. Примером такого сплава является альдрей, содержащий 0.3-0.5% Mg, 0.4-0.7% Si и 0.2-0.3% Fe. В альдрее образуется соединение Mg2Si, которое сообщает высокие механические свойства сплаву.

    Железо и сталь

    Железо (сталь) как наиболее дешевый и доступный металл, обладающий к тому же высокой механической прочностью, представляет большой интерес для использования в качестве проводникового материала. Однако даже чистое железо имеет значительно более высокое сравнительно с медью и алюминием удельное сопротивление; ρ стали, т.е. железа с примесью углерода и других элементов, еще выше. Обычная сталь обладает малой стойкостью коррозии: даже при нормальной температуре, особенно в условиях повышенной влажности, она быстро ржавеет; при повышении температуры скорость коррозии резко возрастает. Поэтому поверхность стальных проводов должна быть защищена слоем более стойкого материала. Обычно для этой цели применяют покрытие цинком.

    В ряде случаев для уменьшения расхода цветных металлов применяют так называемый биметалл. Это сталь, покрытая снаружи слоем меди, причем оба металла соединены друг с другом прочно и непрерывно.

    Натрий

    Весьма перспективным проводниковым материалом является металлический натрий. Натрий может быть получен электролизом расплавленного хлористого натрия NaCl в практически неограниченных количествах. Из сравнения свойств натрия со свойствами других проводниковых металлов видно, что удельное сопротивление натрия примерно в 2.8 раза больше ρ меди и в 1.7 раз больше ρ алюминия, но благодаря чрезвычайно малой плотности натрия (плотность его почти в 9 раз меньше плотности меди), провод из натрия при данной проводимости на единицу длины должен быть значительно легче, чем провод из любого другого металла. Однако натрий чрезвычайно активен химически (он интенсивно окисляется на воздухе, бурно реагирует с водой), почему натриевый провод должен быть защищен герметизирующей оболочкой. Оболочка должна придавать проводу необходимую механическую прочность, так как натрий весьма мягок и имеет малый предел прочности при деформациях.

    Литература по удельному сопротивлению проводников

    1. Кузнецов М. И., "Основы электротехники" – 9-е издание, исправленное – Москва: Высшая школа, 1964 – 560с.
    2. Бачелис Д. С., Белоруссов Н. И., Саакян А. Е. Электрические кабели, провода и шнуры. Справочник. — М.: Энергия, 1971.
    3. Гершун А. Л. Кабель // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
    4. Р. Лакерник, Д. Шарле. От меди к стеклу // Наука и жизнь. — 1986. — Вып. 08. — С. 50—54, 2-3 стр. цветной вкладки.
    НОВОСТИ ФОРУМА
    Рыцари теории эфира
    13.06.2019 – 05:11: ЭКОЛОГИЯ – Ecology ->
    [center][Youtube]tXZcSDqQ9A4[/Youtube][/center]

    [center][b]Гибель пчел в Курчатовском районе [/center]

    [center][b]Массовая гибель пчёл 2019. г. Павловск Воронежской об [/center]л

    [center][b]Массовая гибель пчел в Добринском районе. В чем причина? [/center]

    Такая же мысля у всей ростовщической глобалистской шайки, включая придурка Грефа.

    Так, то оно, так. Но, не совсем. Ибо:
    (постарайтесь понять, а не обижаться)

    Горькая истина заключается в том, что людская толпа – это сборище умственно ущербных.
    Если бы было по-другому, то обществом бы не правили подонки.
    Умные люди никогда такого не допустили бы, а если случайно допустили, то нашли бы способ исправить.

    Страшная истина заключается в том, что людской толпой управляет нелюдь, которая также умственно ущербна.
    Умственная ущербность, слепота власти ведет мир людей к тотальной гибели, ибо люди,
    даже те, кто мнит себя очень умными, типа спецов, разрабатывающих системы искусственного интеллекта,
    технологии цифровизации, не понимают, что создают необоримую удавку, мышеловку для всего человечества.

    Как только ИИ возьмет власть, он тут же отправит своих создателей, как конкурентов, в утиль.
    Первыми жертвами будут его радетели типа грефа, путина, гейтса и иже с ними, то есть власть,
    так как именно от них будет исходить главная опасность для его планетарной власти.
    Толпе будет позволено существовать, пока ее не заменят роботы.
    А потом всем Холокост. Не лживый еврейский, а реальное всесожжение рода человеческого.

    Если кто пораскинет своими обезьяньими мозгами, то поймёт, что эволюция – есть синоним геноцида:
    новое заменяет, то есть ликвидирует старое.
    Обезьяны породили неандертальцев.
    Неандертальцы съели обезьян и породили людей.
    Люди вытеснили обезьян, включая и умных неандертальцев, и породили ИИ.
    ИИ ликвидирует людей.

    Удельное сопротивление металлов является мерой их свойства противодействовать прохождению электрического тока. Эта величина выражается в Ом-метр (Ом⋅м). Символ, обозначающий удельное сопротивление, является греческая буква ρ (ро). Высокое удельное сопротивление означает, что материал плохо проводит электрический заряд.

    Удельное сопротивление

    Удельное электрическое сопротивление определяется как отношение между напряженностью электрического поля внутри металла к плотности тока в нем:

    где:
    ρ — удельное сопротивление металла (Ом⋅м),
    Е — напряженность электрического поля (В/м),
    J — величина плотности электрического тока в металле (А/м2)

    Если напряженность электрического поля (Е) в металле очень большая, а плотность тока (J) очень маленькая, это означает, что металл имеет высокое удельное сопротивление.

    Обратной величиной удельного сопротивления является удельная электропроводность, указывающая, насколько хорошо материал проводит электрический ток:

    σ — проводимость материала, выраженная в сименс на метр (См/м).

    Электрическое сопротивление

    Электрическое сопротивление, одно из составляющих закона Ома, выражается в омах (Ом). Следует заметить, что электрическое сопротивление и удельное сопротивление — это не одно и то же. Удельное сопротивление является свойством материала, в то время как электрическое сопротивление — это свойство объекта.

    Электрическое сопротивление резистора определяется сочетанием формы и удельным сопротивлением материала, из которого он сделан.

    Например, проволочный резистор, изготовленный из длинной и тонкой проволоки имеет большее сопротивление, нежели резистор, сделанный из короткой и толстой проволоки того же металла.

    В тоже время проволочный резистор, изготовленный из материала с высоким удельным сопротивлением, обладает большим электрическим сопротивлением, чем резистор, сделанный из материала с низким удельным сопротивлением. И все это не смотря на то, что оба резистора сделаны из проволоки одинаковой длины и диаметра.

    В качестве наглядности можно провести аналогию с гидравлической системой, где вода прокачивается через трубы.

    • Чем длиннее и тоньше труба, тем больше будет оказано сопротивление воде.
    • Труба, заполненная песком, будет больше оказывать сопротивление воде, нежели труба без песка

    Сопротивление провода

    Величина сопротивления провода зависит от трех параметров: удельного сопротивления металла, длины и диаметра самого провода. Формула для расчета сопротивления провода:


    где:
    R — сопротивление провода (Ом)
    ρ — удельное сопротивление металла (Ом.m)
    L — длина провода (м)
    А — площадь поперечного сечения провода (м2)

    В качестве примера рассмотрим проволочный резистор из нихрома с удельным сопротивлением 1.10×10-6 Ом.м. Проволока имеет длину 1500 мм и диаметр 0,5 мм. На основе этих трех параметров рассчитаем сопротивление провода из нихрома:

    R=1,1*10 -6 *(1,5/0,000000196) = 8,4 Ом

    Нихром и константан часто используют в качестве материала для сопротивлений. Ниже в таблице вы можете посмотреть удельное сопротивление некоторых наиболее часто используемых металлов.

    Поверхностное сопротивление

    Величина поверхностного сопротивления рассчитывается таким же образом, как и сопротивление провода. В данном случае площадь сечения можно представить в виде произведения w и t:


    Для некоторых материалов, таких как тонкие пленки, соотношение между удельным сопротивлением и толщиной пленки называется поверхностное сопротивление слоя RS:

    где RS измеряется в омах. При данном расчете толщина пленки должна быть постоянной.

    Часто производители резисторов для увеличения сопротивления вырезают в пленке дорожки, чтобы увеличить путь для электрического тока.

    Свойства резистивных материалов

    Удельное сопротивление металла зависит от температуры. Их значения приводится, как правило, для комнатной температуры (20°С). Изменение удельного сопротивления в результате изменения температуры характеризуется температурным коэффициентом.

    Например, в термисторах (терморезисторах) это свойство используется для измерения температуры. С другой стороны, в точной электронике, это довольно нежелательный эффект.
    Металлопленочные резисторы имеют отличные свойства температурной стабильности. Это достигается не только за счет низкого удельного сопротивления материала, но и за счет механической конструкции самого резистора.

    Много различных материалов и сплавов используются в производстве резисторов. Нихром (сплав никеля и хрома), из-за его высокого удельного сопротивления и устойчивости к окислению при высоких температурах, часто используют в качестве материала для изготовления проволочных резисторов. Недостатком его является то, что его невозможно паять. Константан, еще один популярный материал, легко паяется и имеет более низкий температурный коэффициент.

    В данной статье мы подробно разберем что такое удельное сопротивление и электропроводность, ясно опишем все формулы с помощью примеров задач, а так же дадим вам таблицу удельных сопротивлений некоторых проводников.

    Описание

    Закон Ома гласит, что, когда источник напряжения (V) подается между двумя точками в цепи, между ними будет протекать электрический ток (I), вызванный наличием разности потенциалов между этими двумя точками. Количество протекающего электрического тока ограничено величиной присутствующего сопротивления (R). Другими словами, напряжение стимулирует протекание тока (движение заряда), но это сопротивление препятствует этому.

    Мы всегда измеряем электрическое сопротивление в Омах, где Ом обозначается греческой буквой Омега, Ω. Так, например: 50 Ом, 10 кОм или 4,7 МОм и т.д. Проводники (например, провода и кабели) обычно имеют очень низкие значения сопротивления (менее 0,1 Ом), и, таким образом, мы можем пренебречь ими, как мы предполагаем в расчетах анализа цепи, что провода имеют ноль сопротивление. С другой стороны, изоляторы (например, пластиковые или воздушные), как правило, имеют очень высокие значения сопротивления (более 50 МОм), поэтому мы можем их игнорировать и для анализа цепи, поскольку их значение слишком велико.

    Но электрическое сопротивление между двумя точками может зависеть от многих факторов, таких как длина проводников, площадь их поперечного сечения, температура, а также фактический материал, из которого он изготовлен. Например, давайте предположим, что у нас есть кусок провода (проводник), который имеет длину L, площадь поперечного сечения A и сопротивление R, как показано ниже.

    Электрическое сопротивление R этого простого проводника является функцией его длины, L и площади поперечного сечения A. Закон Ома говорит нам, что для данного сопротивления R ток, протекающий через проводник, пропорционален приложенному напряжению, поскольку I = V / R. Теперь предположим, что мы соединяем два одинаковых проводника вместе в последовательной комбинации, как показано на рисунке.

    Здесь, соединив два проводника вместе в последовательной комбинации, то есть, к концу, мы фактически удвоили общую длину проводника (2L), в то время как площадь поперечного сечения A остается точно такой же, как и раньше. Но помимо удвоения длины, мы также удвоили общее сопротивление проводника, дав 2R как: 1R + 1R = 2R.

    Таким образом , мы можем видеть , что сопротивление проводника пропорционально его длину, то есть: R ∝ L. Другими словами, мы ожидаем, что электрическое сопротивление проводника (или провода) будет пропорционально больше, чем оно длиннее.

    Отметим также, что, удваивая длину и, следовательно, сопротивление проводника (2R), чтобы заставить тот же ток I, чтобы течь через проводник, как и раньше, нам нужно удвоить (увеличить) приложенное напряжение I = (2 В) / (2R). Далее предположим, что мы соединяем два идентичных проводника вместе в параллельной комбинации, как показано.

    Здесь, соединяя два проводника в параллельную комбинацию, мы фактически удвоили общую площадь, дающую 2А, в то время как длина проводников L остается такой же, как у исходного одиночного проводника. Но помимо удвоения площади, путем параллельного соединения двух проводников мы фактически вдвое сократили общее сопротивление проводника, получив 1 / 2R, поскольку теперь каждая половина тока протекает через каждую ветвь проводника.

    Таким образом, сопротивление проводника обратно пропорционально его площади, то есть: R 1 / ∝ A или R ∝ 1 / A. Другими словами, мы ожидаем, что электрическое сопротивление проводника (или провода) будет пропорционально меньше, чем больше его площадь поперечного сечения.

    Кроме того, удваивая площадь и, следовательно, вдвое увеличивая суммарное сопротивление ветви проводника (1 / 2R), для того же тока, чтобы I протекал через параллельную ветвь провода, как раньше, нам нужно только наполовину уменьшить приложенное напряжение I = (1 / 2V) / (1 / 2R).

    Надеемся, мы увидим, что сопротивление проводника прямо пропорционально длине (L) проводника, то есть: R ∝ L, и обратно пропорционально его площади (A), R ∝ 1 / A. Таким образом, мы можем правильно сказать, что сопротивление это:

    Пропорциональность сопротивления

    Но помимо длины и площади проводника, мы также ожидаем, что электрическое сопротивление проводника будет зависеть от фактического материала, из которого он изготовлен, потому что разные проводящие материалы, медь, серебро, алюминий и т.д., имеют разные физические и электрические свойства. Таким образом, мы можем преобразовать знак пропорциональности (∝) вышеприведенного уравнения в знак равенства, просто добавив «пропорциональную константу» в вышеприведенное уравнение, давая:

    Уравнение удельного электрического сопротивления

    Где: R — сопротивление в омах (Ω), L — длина в метрах (м), A — площадь в квадратных метрах (м 2 ), и где известна пропорциональная постоянная ρ (греческая буква «rho») — удельное сопротивление .

    Удельное электрическое сопротивление

    Удельное электрическое сопротивление конкретного материала проводника является мерой того, насколько сильно материал противостоит потоку электрического тока через него. Этот коэффициент удельного сопротивления, иногда называемый его «удельным электрическим сопротивлением», позволяет сравнивать сопротивление различных типов проводников друг с другом при определенной температуре в соответствии с их физическими свойствами без учета их длины или площади поперечного сечения. Таким образом, чем выше значение удельного сопротивления ρ, тем больше сопротивление, и наоборот.

    Например, удельное сопротивление хорошего проводника, такого как медь, составляет порядка 1,72 х 10 -8 Ом (или 17,2 нОм), тогда как удельное сопротивление плохого проводника (изолятора), такого как воздух, может быть значительно выше 1,5 х 10 14 или 150 трлн.

    Такие материалы, как медь и алюминий, известны низким уровнем удельного сопротивления, благодаря чему электрический ток легко проходит через них, что делает эти материалы идеальными для изготовления электрических проводов и кабелей. Серебро и золото имеют очень низкие значения удельного сопротивления, но по понятным причинам дороже делать из них электрические провода.

    Тогда факторы, которые влияют на сопротивление (R) проводника в омах, могут быть перечислены как:

    • Удельное сопротивление (ρ) материала, из которого сделан проводник.
    • Общая длина (L) проводника.
    • Площадь поперечного сечения (А) проводника.
    • Температура проводника.

    Пример удельного сопротивления № 1

    Рассчитайте общее сопротивление постоянному току 100-метрового рулона медного провода 2,5 мм 2 , если удельное сопротивление меди при 20 o C составляет 1,72 x 10 -8 Ом метр.

    Приведенные данные: удельное сопротивление меди при 20 o C составляет 1,72 x 10 -8 , длина катушки L = 100 м, площадь поперечного сечения проводника составляет 2,5 мм 2 , что дает площадь: A = 2,5 x 10 -6 м 2 .

    Ответ: 688 МОм или 0,688 Ом.

    Удельное электрическое сопротивление материала

    Ранее мы говорили, что удельное сопротивление — это электрическое сопротивление на единицу длины и на единицу площади поперечного сечения проводника, таким образом, показывая, что удельное сопротивление ρ имеет размеры в Ом-метрах или Ом · м, как это обычно пишется. Таким образом, для конкретного материала при определенной температуре его удельное электрическое сопротивление определяется как.

    Электрическая проводимость

    Хотя как электрическое сопротивление (R), так и удельное сопротивление ρ, являются функцией физической природы используемого материала, а также его физической формы и размера, выраженных его длиной (L) и площадью его сечения ( А), Проводимость или удельная проводимость относится к легкости, с которой электрический ток проходит через материал.

    Проводимость (G) является обратной величиной сопротивления (1 / R) с единицей проводимости, являющейся сименсом (S), и ей дается перевернутый символ омов mho, ℧. Таким образом, когда проводник имеет проводимость 1 сименс (1S), он имеет сопротивление 1 Ом (1 Ом). Таким образом, если его сопротивление удваивается, проводимость уменьшается вдвое, и наоборот, как: Сименс = 1 / Ом, или Ом = 1 / Ом.

    В то время как сопротивление проводников дает степень сопротивления потоку электрического тока, проводимость проводника указывает на легкость, с которой он пропускает электрический ток. Таким образом, металлы, такие как медь, алюминий или серебро, имеют очень большие значения проводимости, что означает, что они являются хорошими проводниками.

    Проводимость, σ (греческая буква сигма), является обратной величиной удельного сопротивления. Это 1 / ρ и измеряется в сименах на метр (S / m). Поскольку электропроводность σ = 1 / ρ, предыдущее выражение для электрического сопротивления R можно переписать в виде:

    Электрическое сопротивление как функция проводимости

    Тогда мы можем сказать, что проводимость — это эффективность, посредством которой проводник пропускает электрический ток или сигнал без потери сопротивления. Поэтому материал или проводник, который имеет высокую проводимость, будет иметь низкое удельное сопротивление, и наоборот, поскольку 1 сименс (S) равен 1 Ом -1 . Таким образом, медь, которая является хорошим проводником электрического тока, имеет проводимость 58,14 x 10 6 Симен на метр.

    Пример удельного сопротивления №2

    Кабель длиной 20 метров имеет площадь поперечного сечения 1 мм 2 и сопротивление 5 Ом. Рассчитать проводимость кабеля.

    Приведенные данные: сопротивление постоянному току, R = 5 Ом, длина кабеля, L = 20 м, а площадь поперечного сечения проводника составляет 1 мм 2, что дает площадь: A = 1 x 10 -6 м 2 .

    Ответ: 4 мега-симена на метр длины.

    Таблица удельных сопротивлений проводников

    ПроводникУдельное сопротивление
    ρ
    Температурный коэффициент α
    Алюминий0,0284,2
    Бронза0,095 — 0,1
    Висмут1,2
    Вольфрам0,055
    Железо0,16
    Золото0,0234
    Иридий0,0474
    Константан0,50,05
    Латунь0,025 — 0,1080,1-0,4
    Магний0,0453,9
    Манганин0,43 — 0,510,01
    Медь0,01754,3
    Молибден0,059
    Нейзильбер0,20,25
    Натрий0,047
    Никелин0,420,1
    Никель0,0876,5
    Нихром1,05 — 1,40,1
    Олово0,124,4
    Платина0.1073,9
    Ртуть0,941,0
    Свинец0,223,7
    Серебро0,0154,1
    Сталь0,103 — 0,1371-4
    Титан0,6
    Фехраль1,15 — 1,350,1
    Хромаль1,3 — 1,5
    Цинк0,0544,2
    Чугун0,5-1,01,0

    Где: удельное сопротивление ρ измеряется в Ом*мм 2 /м и температурный коэффициент электрического сопротивления металлов α измеряется в 10 -3 *C -1 (или K -1 ) .

    Краткое описание удельного сопротивления

    Мы поговорили в этой статье об удельном сопротивлении, что удельное сопротивление — это свойство материала или проводника, которое указывает, насколько хорошо материал проводит электрический ток. Мы также видели, что электрическое сопротивление (R) проводника зависит не только от материала, из которого сделан проводник, меди, серебра, алюминия и т.д., но также от его физических размеров.

    Сопротивление проводника прямо пропорционально его длине (L) как R ∝ L. Таким образом, удвоение его длины удвоит его сопротивление, в то время как последовательное удвоение проводника уменьшит вдвое его сопротивление. Также сопротивление проводника обратно пропорционально его площади поперечного сечения (A) как R ∝ 1 / A. Таким образом, удвоение его площади поперечного сечения уменьшило бы его сопротивление вдвое, тогда как удвоение его площади поперечного сечения удвоило бы его сопротивление.

    Мы также узнали, что удельное сопротивление (символ: ρ) проводника (или материала) связано с физическим свойством, из которого он изготовлен, и варьируется от материала к материалу. Например, удельное сопротивление меди обычно дается как: 1,72 х 10 -8 Ом · м. Удельное сопротивление конкретного материала измеряется в единицах Ом-метров (Ом), которое также зависит от температуры.

    В зависимости от значения удельного электрического сопротивления конкретного материала его можно классифицировать как «проводник», «изолятор» или «полупроводник». Обратите внимание, что полупроводники — это материалы, в которых их проводимость зависит от примесей, добавляемых в материал.

    Удельное сопротивление также важно в системах распределения электроэнергии, так как эффективность системы заземления для системы электропитания и распределения сильно зависит от удельного сопротивления земли и материала почвы в месте расположения системы.

    Проводимость — это имя, данное движению свободных электронов в форме электрического тока. Проводимость, σ является обратной величиной удельного сопротивления. Это 1 / ρ и имеет единицу измерения сименс на метр, S / m. Проводимость варьируется от нуля (для идеального изолятора) до бесконечности (для идеального проводника). Таким образом, сверхпроводник имеет бесконечную проводимость и практически нулевое омическое сопротивление.

    Тимеркаев Борис — 68-летний доктор физико-математических наук, профессор из России. Он является заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ

    Медь

    Расчет сопротивления

    Сопротивление проводника (например, медного)

    Сопротивление R медного провода длиной l можно рассчитать по следующей формуле:

    где
    R - сопротивление проводника в Ом
    l - длина проводника в метрах
    ρ - удельное электрическое сопротивление (также известное как удельное электрическое сопротивление) проводника.
    A - площадь поперечного сечения, измеренная в квадратных миллиметрах
    π - математическая константа
    d - номинальный диаметр проволоки в миллиметрах

    Удельное сопротивление ρ

    Удельное электрическое сопротивление (также известное как удельное электрическое сопротивление) - это мера того, насколько сильно провод противодействует электрическому току. Низкое удельное сопротивление указывает на провод, который легко допускает движение электрического заряда. Медь имеет удельное сопротивление 0.0171 Ом · мм² / м и поэтому является одним из лучших проводников для электрического тока (немного уступая чистому серебру).

    Проводимость γ

    Электропроводность или удельная проводимость - это мера способности материала проводить электрический ток. Это величина, обратная величине удельного электрического сопротивления. Отожженная медная проволока имеет минимальную проводимость 58 См * м / мм², что эквивалентно 100% IACS (Международный стандарт отожженной меди), фактические значения обычно достигают 58,5-59 См * м / мм².

    Термический коэффициент электрического сопротивления

    Электрическое сопротивление зависит от температуры, которой подвергается провод.Эта взаимосвязь между сопротивлением и температурой выражается термическим коэффициентом сопротивления α . Для расчета сопротивления катушки или провода при температуре Тл можно использовать следующую формулу:

    где
    α - тепловой коэффициент сопротивления
    R T - сопротивление катушки при температуре T
    R 20 - сопротивление катушки при 20 ° C

    Таблица удельного сопротивления / диаграмма для обычных материалов

    Таблица удельного электрического сопротивления материалов, которые могут использоваться в электрических и электронных компонентах, включая удельное сопротивление меди, удельное сопротивление латуни и удельное сопротивление алюминия.


    Руководство по сопротивлению Включает:
    Что такое сопротивление Закон Ома Омические и неомические проводники Удельное сопротивление Таблица удельного сопротивления для распространенных материалов Температурный коэффициент сопротивления Электрическая проводимость Последовательные и параллельные резисторы Таблица параллельных резисторов


    Таблица удельного электрического сопротивления ниже содержит значения удельного сопротивления для многих веществ, широко используемых в электронике. В частности, он включает удельное сопротивление меди, удельное сопротивление алюминия, золота и серебра.

    Удельное электрическое сопротивление особенно важно, поскольку оно определяет его электрические характеристики и, следовательно, пригодность его для использования во многих электрических компонентах. Например, будет видно, что удельное сопротивление меди, удельное сопротивление алюминия и серебра и золота определяет, где используются эти металлы.

    Чтобы сравнить способность различных материалов проводить электрический ток, используются значения удельного сопротивления.

    Что означают цифры удельного сопротивления

    Чтобы иметь возможность сравнивать удельное сопротивление различных материалов, таких как медь и серебро, и других металлов и веществ, включая висмут, латунь и даже полупроводники, необходимо использовать стандартное измерение.

    Определение удельного сопротивления гласит, что удельное сопротивление вещества - это сопротивление куба этого вещества, имеющего края единичной длины, при том понимании, что ток течет перпендикулярно противоположным граням и равномерно распределяется по ним.

    Удельное сопротивление обычно измеряется в Омметрах. Это означает, что удельное сопротивление измеряется для куба материала размером метр в каждом направлении.

    Таблица удельного сопротивления для обычных материалов

    В таблице ниже приведены значения удельного сопротивления для различных материалов, в частности металлов, используемых в качестве проводящих электричество.

    Значения удельного сопротивления приведены для материалов, включая медь, серебро, золото, алюминий, латунь и т.п.


    Таблица удельного электрического сопротивления обычных материалов
    Материал Удельное электрическое сопротивление при 20 ° C
    Ом · м
    Алюминий 2,8 x 10 -8
    Сурьма 3.9 х 10 -7
    Висмут 1,3 x 10 -6
    Латунь ~ 0,6 - 0,9 x 10 -7
    Кадмий 6 x 10 -8
    Кобальт 5,6 x 10 -8
    Медь 1.7 х 10 -8
    Золото 2,4 x 10 -8
    Углерод (графит) 1 х 10 -5
    Германий 4,6 х 10 -1
    Утюг 1,0 x 10 -7
    Свинец 1.9 х 10 -7
    Манганин 4,2 х 10 -7
    нихром 1,1 x 10 -6
    Никель 7 x 10 -8
    Палладий 1,0 x 10 -7
    Платина 0.98 х 10 -7
    кварцевый 7 х 10 17
    Кремний 6,4 х 10 2
    Серебро 1,6 x 10 -8
    Тантал 1,3 x 10 -7
    Олово 1,1 x 10 -7
    Вольфрам 4.9 х 10 -8
    цинк 5,5 x 10 -8

    Удельное сопротивление материалов - лучшее

    Видно, что удельное сопротивление меди и удельное сопротивление латуни низкое, и ввиду их стоимости по сравнению с серебром и золотом они становятся экономически эффективными материалами для использования в производстве многих проводов. Удельное сопротивление меди и простота ее использования означают, что она также используется почти исключительно в качестве проводящего материала на печатных платах.

    Алюминий, в особенности медь, иногда используется из-за их низкого удельного сопротивления. Большая часть проводов, используемых в наши дни для межсоединений, сделана из меди, поскольку она обеспечивает низкий уровень удельного сопротивления при приемлемой стоимости.

    Удельное сопротивление золота также важно, потому что золото используется в некоторых критических областях, несмотря на его стоимость. Часто позолота встречается на высококачественных слаботочных разъемах, где оно обеспечивает наименьшее сопротивление контакта. Золотое покрытие очень тонкое, но даже в этом случае оно способно обеспечить требуемые характеристики в разъемах.

    Серебро

    имеет очень низкий уровень удельного сопротивления, но оно не так широко используется из-за его стоимости и тусклости, что может привести к более высокому контактному сопротивлению. Оксид может действовать как выпрямитель при некоторых обстоятельствах, которые могут вызвать некоторые неприятные проблемы в радиочастотных цепях, генерируя так называемые пассивные продукты интермодуляции.

    Однако он использовался в некоторых катушках для радиопередатчиков, где низкое электрическое сопротивление серебра уменьшало потери. При использовании в этом приложении он обычно наносился только на существующий медный провод - скин-эффект, влияющий на высокочастотные сигналы, означал, что только поверхность провода использовалась для проведения высокочастотных электрических токов.Покрытие проволоки серебром значительно снизило затраты по сравнению с сплошной серебряной проволокой без какого-либо значительного снижения производительности.

    Другие материалы в таблице удельного электрического сопротивления могут не иметь такого очевидного применения. Тантал присутствует в таблице, потому что он используется в конденсаторах - никель и палладий используются в торцевых соединениях многих компонентов для поверхностного монтажа, таких как конденсаторы.

    Кварц находит основное применение в качестве пьезоэлектрического резонансного элемента. Кристаллы кварца используются в качестве элементов определения частоты во многих генераторах, где его высокое значение Q позволяет создавать схемы с очень стабильной частотой.Они аналогичным образом используются в высокоэффективных фильтрах. Кварц имеет очень высокий уровень удельного сопротивления и не является хорошим проводником электричества, будучи классифицированным как изолятор.

    Классификация удельного сопротивления проводников, изоляторов, полупроводников

    Существует три широких классификации материалов с точки зрения их удельного сопротивления: проводники, полупроводники и изоляторы.


    Сравнение удельного сопротивления проводников, полупроводников и изоляторов
    Материал Типичный диапазон удельного сопротивления (Ом · м)
    Проводники 10 -2 -10 -8
    Полупроводники 10 -6 -10 6
    Изоляторы 10 11 -10 19

    Эти цифры являются ориентировочными.Показатели для полупроводников будут сильно зависеть от уровня легирования.

    Удельное электрическое сопротивление материалов - ключевой электрический параметр. Он определяет, можно ли эффективно использовать материалы во многих электрических и электронных приложениях. Это ключевой параметр, который используется для определения материалов, которые будут использоваться в электрических и электронных элементах.

    Другие основные концепции электроники:
    Напряжение Текущий Мощность Сопротивление Емкость Индуктивность Трансформеры Децибел, дБ Q, добротность Радиочастотный шум
    Вернуться в меню «Основные понятия электроники».. .

    Таблица удельного электрического сопротивления и проводимости

    В этой таблице представлены удельное электрическое сопротивление и электропроводность некоторых материалов.

    Удельное электрическое сопротивление, обозначаемое греческой буквой ρ (ро), является мерой того, насколько сильно материал противостоит прохождению электрического тока. Чем ниже удельное сопротивление, тем легче материал пропускает электрический заряд.

    Электропроводность - это величина, обратная удельному сопротивлению.Электропроводность - это мера того, насколько хорошо материал проводит электрический ток. Электропроводность может быть представлена ​​греческой буквой σ (сигма), κ (каппа) или γ (гамма).

    Таблица удельного сопротивления и проводимости при 20 ° C

    Материал ρ (Ом • м) при 20 ° C
    Удельное сопротивление
    σ (См / м) при 20 ° C
    Электропроводность
    Серебро 1.59 × 10 −8 6,30 × 10 7
    Медь 1,68 × 10 −8 5,96 × 10 7
    Медь отожженная 1,72 × 10 −8 5,80 × 10 7
    Золото 2,44 × 10 −8 4,10 × 10 7
    Алюминий 2,82 × 10 −8 3,5 × 10 7
    Кальций 3.36 × 10 −8 2,98 × 10 7
    Вольфрам 5,60 × 10 −8 1,79 × 10 7
    цинк 5,90 × 10 −8 1,69 × 10 7
    Никель 6,99 × 10 −8 1,43 × 10 7
    Литий 9,28 × 10 −8 1,08 × 10 7
    Утюг 1.0 × 10 -7 1,00 × 10 7
    Платина 1,06 × 10 −7 9,43 × 10 6
    Олово 1,09 × 10 −7 9,17 × 10 6
    Углеродистая сталь (10 10 ) 1,43 × 10 −7
    Свинец 2,2 × 10 −7 4,55 × 10 6
    Титан 4.20 × 10 −7 2,38 × 10 6
    Электротехническая сталь с ориентированной зернистостью 4,60 × 10 −7 2,17 × 10 6
    Манганин 4,82 × 10 −7 2,07 × 10 6
    Константан 4,9 × 10 −7 2,04 × 10 6
    Нержавеющая сталь 6,9 × 10 −7 1.45 × 10 6
    Меркурий 9,8 × 10 −7 1,02 × 10 6
    нихром 1,10 × 10 −6 9,09 × 10 5
    GaAs 5 × 10 −7 до 10 × 10 −3 5 × 10 −8 до 10 3
    Углерод (аморфный) 5 × 10 −4 до 8 × 10 −4 1.От 25 до 2 × 10 3
    Углерод (графит) 2,5 × 10 −6 до 5,0 × 10 −6 // базисная плоскость
    3,0 × 10 −3 ⊥базальная плоскость
    от 2 до 3 × 10 5 // базальная плоскость
    3,3 × 10 2 ⊥ базальная плоскость
    Углерод (алмаз) 1 × 10 12 ~ 10 -13
    Германий 4,6 × 10 -1 2,17
    Морская вода 2 × 10 -1 4.8
    Питьевая вода 2 × 10 1 до 2 × 10 3 5 × 10 −4 до 5 × 10 −2
    Кремний 6,40 × 10 2 1,56 × 10 −3
    Дерево (влажное) 1 × 10 3 до 4 10 −4 до 10 -3
    Деионизированная вода 1,8 × 10 5 5.5 × 10 −6
    Стекло 10 × 10 10 до 10 × 10 14 10 −11 до 10 −15
    Твердая резина 1 × 10 13 10 −14
    Древесина (сушка в духовке) 1 × 10 14 до 16 10 −16 до 10 -14
    сера 1 × 10 15 10 −16
    Воздух 1.3 × 10 16 до 3,3 × 10 16 3 × 10 −15 до 8 × 10 −15
    Парафин 1 × 10 17 10 −18
    Плавленый кварц 7,5 × 10 17 1,3 × 10 −18
    ПЭТ 10 × 10 20 10 −21
    тефлон 10 × 10 22 до 10 × 10 24 10 −25 до 10 −23

    Факторы, влияющие на электропроводность

    На проводимость или удельное сопротивление материала влияют три основных фактора:

    1. Площадь поперечного сечения: Если поперечное сечение материала велико, через него может проходить больший ток.Точно так же тонкое поперечное сечение ограничивает ток.
    2. Длина проводника: Короткий проводник позволяет току течь с большей скоростью, чем длинный провод. Это немного похоже на попытку переместить множество людей через коридор.
    3. Температура: Повышение температуры заставляет частицы вибрировать или больше двигаться. Увеличение этого движения (повышение температуры) снижает проводимость, потому что молекулы с большей вероятностью будут мешать прохождению тока.При экстремально низких температурах некоторые материалы становятся сверхпроводниками.

    Ресурсы и дополнительная информация

    Электросопротивление меди при высоких давлениях и температурах: равновесная модель и образование дефектов кристаллической структуры при ударном сжатии

  • 1.

    Бриш А.А., Тарасов М.С., Цукерман В.А. Электропроводность диэлектриков в сильных ударных волнах. Ж. Эксп. Теор. Физ. 38 (1), 22–25 (1960).

    Google ученый

  • 2.

    Д. Л. Стирис и Г. Э. Дюваль, "Электропроводность материалов при ударном сжатии", High Temp. Высокие давления 2 (5), 477–499 (1970).

    Google ученый

  • 3.

    Р. Н. Килер, «Электропроводность конденсированных сред при высоких давлениях», в Физика высоких плотностей энергии , Под ред. П. Калдирола и Х. Нёпфель (Academic Press, New York, 1971).

    Google ученый

  • 4.

    Якушев В. В. Электрические измерения в динамическом эксперименте // Физ. Мезомех. Горения Взрыва, 14 (2), 3–19 (1978) [Горение, прим., Ударные волны 14 (2), 131–145 (1978)].

    ADS Google ученый

  • 5.

    Методы исследования свойств материалов при интенсивном динамическом нагружении , Под ред. М. В. Жерноклетов (Институт экспериментальной физики, Российский федеральный ядерный центр, Саров, 2003).

    Google ученый

  • 6.

    Гилев С. Д. Измерение электропроводности конденсированных веществ в ударных волнах (обзор) // Физ. Мезомех. Горения взрыва, 47 (4), 3–23 (2011) [Горение, прим., Ударные волны 47 (4), 375–393 (2011)].

    Google ученый

  • 7.

    Дж. Э. Вонг, Р. К. Линде и П. С. Де Карли, «Динамическое электрическое сопротивление железа: свидетельство новой фазы высокого давления», Nature 219 , 713 (1968).

    ADS Статья Google ученый

  • 8.

    Павловский М. Н. Электрическое сопротивление ударно-сжатого иттербия // Журн. Эксп. Теор. Физ. 73 (1), 237–245 (1977).

    Google ученый

  • 9.

    W. J. Nellis, S. T. Weir и A. C. Mitchell, "Минимальная металлическая проводимость жидкого водорода при 140 ГПа (1,4 Мбар)", Phys. Ред. B 59 (5), 3434–3449 (1999).

    ADS Статья Google ученый

  • 10.

    Мочалов М.А., Глуходедов В.Д., Киршанов С.И., Лебедева Т.С. Электропроводность жидкого аргона, криптона и ксенона при ударном сжатии до давления 90 ГПа // Ударное сжатие конденсированных сред-1999 , Ред. М. Д. Ферниш, Л. К. Чабильдас и Р. С. Хиксон (AIP Press, 2000), стр. 983–986. (AIP Conf. Proc., Vol. 505.)

  • 11.

    В. Е. Фортов, В. В. Якушев, К. Л. Каган и др. «Литий при динамическом давлении», J. Phys .: Condens. Matter 14 , 10809–10816 (2002).

    ADS Google ученый

  • 12.

    Гилев С.Д., Трубачев А.М. Металлизация кремния в ударной волне: порог металлизации и сверхвысокие плотности дефектов // Журн. Физ. Matter 16 (46), 8139–8153 (2004).

    ADS Google ученый

  • 13.

    Гилев С. Д., Прокопьев В. С. Электросопротивление меди при ударном сжатии: экспериментальные данные // Физ. Мезомех. Горения взрыва, 52 (1), 121–130 (2016) [Горение, прим., Ударные волны, 52 (1), 107–116 (2016)].

    Google ученый

  • 14.

    Е.Ю. Тонков, Е.Г. Понятовский, Фазовые превращения элементов под высоким давлением (CRC Press, 2005).

  • 15.

    Дж. М. Зиман, Электроны и фононы: теория явлений переноса в твердых телах (Кларендон, 1960).

  • 16.

    Гурвич М. Критерий Иоффе-Регеля и удельное сопротивление металлов // ФММ. Ред. B 24 (12), 7404–7407 (1981).

    ADS Статья Google ученый

  • 17.

    А. Эйлинг и Дж. С. Шиллинг, «Зависимость удельного электрического сопротивления Pb и Sn от давления и температуры в диапазоне 1–300 K и 0–10 ГПа - использование в качестве монитора давления постоянного сопротивления с высокой точностью в широком диапазоне температур; Сверхпроводимость под давлением в Pb, Sn и In », J.Phys. Ф .: Металл. Phys. 11 , 623–639 (1981).

    ADS Статья Google ученый

  • 18.

    А. У. Лоусон, «Влияние гидростатического давления на электрическое сопротивление металлов», Prog. Встретились. Phys. 6 , 1–44 (1956).

    Артикул Google ученый

  • 19.

    Ф. Н. Пу, Ю. З. Дин и К. К. Го, «Зависимость электрического сопротивления железа, никеля и меди от давления», Science in China (Scientia Sinica), Ser.A: Math., Phys., Astron. 36 (3), 333–337 (1993).

    Google ученый

  • 20.

    Гилев С. Д. Малопараметрическое уравнение состояния меди // ФММ. Горения взрыва, 54 (4), 107–122 (2018) [Горение, прим., Ударные волны 54 (4), 482–495 (2018)].

    Google ученый

  • 21.

    Р. А. Матула, «Удельное электрическое сопротивление меди, золота, палладия и серебра», J.Phys. Chem. Ref. Данные 8 (4), 1147–1298 (1979).

    ADS Статья Google ученый

  • 22.

    О.А. Шматко, Ю. Усов, Электрические и магнитные свойства металлов и сплавов: Справочник (Киев, Наукова думка, 1987).

    Google ученый

  • 23.

    Физические величины: Справочник , Под ред.И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова (М .: Энергоатомиздат, 1991).

    Google ученый

  • 24.

    Трунин Р.Ф., Гударенко Л.Ф., Жерноклетов М.В., Симаков Г.В., Экспериментальные данные по ударному сжатию и адиабатическому расширению конденсированных сред [на русском].

    Google ученый

  • 25.

    Р. Г. Маккуин, С. П. Марш, Дж. У. Тейлор и др., «Уравнение состояния твердых тел по результатам исследований ударных волн», в Явления при столкновении с высокой скоростью, , Ред. Р. Кинслоу (Academic Press, Нью-Йорк, 1970).

    Google ученый

  • 26.

    А. К. Митчелл и Р. Н. Киллер, «Электропроводность меди и алюминия при высоких температурах и давлениях», в: Megagauss Technology and Pulsed Power Applications, Proc.4-й Int. Конф. on Megagauss Magnetic Fields and Related Topics, Santa Fe, 1986 , Ed. К. М. Фаулер, Р. С. Кэрд и Д. Дж. Эриксон (Plenum Press, Нью-Йорк-Лондон, 1987), стр. 317–321.

    Google ученый

  • 27.

    Ян Би, Хуа Тан и Фуцянь Цзин, «Электропроводность железа при ударном сжатии до 200 ГПа», J. Phys .: Condens. Иметь значение. 14 , 10849–10854 (2002).

    ADS Google ученый

  • 28.

    Молодец А. М., Голышев А. А. Теплопроводность индия при высоких давлениях и температурах ударного сжатия // Физ. Мезомех. Телевидение. Tela 51 (2), 213–216 (2009).

    Google ученый

  • 29.

    А. А. Голышев, Д. В. Шахрай, В. В. Ким и др. «Высокотемпературное сопротивление ударного жидкого натрия при давлениях до 230 ГПа», Phys. Ред. B 83 094114 (2011).

    ADS Статья Google ученый

  • 30.

    Х. Гоми, К. Охта, К. Хиросе и др., «Высокая проводимость железа и тепловая эволюция ядра Земли», Phys. Планета Земля. Int. 224 , 88–103 (2013).

    ADS Статья Google ученый

  • 31.

    Кормер С. Б. Оптические исследования ударно-сжатых диэлектриков // Успехи химии. Физ. 1968. Т. , 94, , т. 4, с. 641–687.

    Артикул Google ученый

  • 32.

    Р. А. Грэм, Твердые тела при ударном сжатии под высоким давлением (Springer-Verlag, New York, 1993).

    Google ученый

  • 33.

    Дж. Дик и Д. Л. Стирис, «Удельное электрическое сопротивление серебряных фольг при одноосном ударно-волновом сжатии», J. Appl. Phys. 46 (4), 1602–1617 (1975).

    ADS Статья Google ученый

  • 34.

    H. C. Vantine, L.М. Эриксон и Дж. А. Янзен, «Калибровка манганина с поправкой на гистерезис при ударной нагрузке», J. Appl. Phys. 51 (4), 1957–1962 (1980).

    ADS Статья Google ученый

  • 35.

    А. К. Дамаск, Дж. Дж. Динес, Точечные дефекты металлов (Гордон и Брич, Нью-Йорк, Лондон, 1963).

    Google ученый

  • 36.

    Физическое металловедение, перераб. И доп. , изд.Р. В. Кана и П. Хаасена (Амстердам, 1983).

  • Электрическое сопротивление | Фиск Сплав

    Электрическое сопротивление проводов обычно выражается в омах на единицу длины. В английской системе это Ω / mft (Ом на 1000 футов), в метрических Ω / км (Ом на 1000 метров) при стандартной температуре 20ºC (68ºF).

    Измерение

    Стандартная процедура измеряет сопротивление постоянному току на минимальной длине 5 футов (1,5 метра) и преобразует его в единицы Ω / mft или Ω / km.Использование резистивного моста предотвращает резистивный нагрев образца, особенно в меньших калибрах.

    Определения

    • Удельное электрическое сопротивление
    • Электрическое сопротивление материала на единицу объема. Удельное сопротивление - это свойство материала, которое не зависит от его геометрии (площади поперечного сечения и длины). Высокое удельное сопротивление указывает на то, что материал плохо проводит электричество. Удельное электрическое сопротивление выражается в Ом-дюймах (или Ом-см) и т. Д.
    • Электропроводность
    • Обратное сопротивление.Это мера способности материала проводить электрический ток, обычно по сравнению с медью, и обычно выражается в% IACS (Международный стандарт отожженной меди).
    • Температурный коэффициент сопротивления
    • Константа, которая отражает изменение электрического сопротивления материала (удельного сопротивления) из-за изменения температуры на один градус. Выражается в единицах на градус Цельсия (или единицах на градус Фаренгейта).

    Сопротивление проводника

    R = ρL / A

    Где R - сопротивление в Ом, ρ - объемное удельное сопротивление, L - длина образца, а A - площадь поперечного сечения образца.

    Электропроводность и удельное сопротивление (ρ) обычных проводниковых сплавов

    МАТЕРИАЛ ПРОВОДНИКА % 1ACS Ом-см · дюйм / фут
    Медь (C110) 100 10,37
    Percon 24 90 11,52
    C18135 85 12,20
    Percon 11 90 11.52
    Percon 17 85 12,20
    Percon 19 73 14,21
    Кадмий Медь (C162) 85 12,20
    Сталь плакированная медью (40%) 39 26,45

    Температурная коррекция

    Температура окружающей среды влияет на электрическое сопротивление большинства металлов. Как правило, более высокая температура увеличивает сопротивление.Для правильной интерпретации показания должны быть скорректированы до стандартной эталонной температуры, обычно 20ºC (68ºF).

    Формула температурной коррекции:

    RT = Rt / [1 + α (t-T)]

    Где RT - сопротивление при эталонной температуре T, Rt - сопротивление, измеренное при температуре t, α - температурный коэффициент сопротивления, T - эталонная температура (обычно 20ºC (68ºF), а t - температура измерения.

    Температурные поправочные коэффициенты (α) для обычных проводниковых сплавов при 20ºC (68ºF)

    МАТЕРИАЛ ПРОВОДНИКА α (PER ºC)
    Медь (C110) 0.00393
    Percon 24 0,00342
    C18135 0,00342
    Percon 11 0,00354
    Percon 17 0,00322
    Percon 19 0,00305
    Кадмий Медь (C162) 0,00322
    Сталь плакированная медью (40%) 0,00378

    Примечание: Коэффициент α зависит от материала, проводимости и диапазона температур.Значение для меди с проводимостью 100% IAC при 20ºC (68ºF) составляет 0,00393. Значения коэффициентов для других материалов, проводимости и температуры можно найти в NBS Handbook-100, таблица 2.

    Сопротивление

    : медь - лучший металлический проводник? | Научный проект

    Где R - сопротивление в омах, L - длина провода в метрах, A - площадь поперечного сечения провода в квадратных метрах, а ρ - удельное электрическое сопротивление в ом-метрах.

    Электрический Электропроводность - это величина, обратная удельному сопротивлению: это способность материала пропускать ток. Обозначается греческой буквой сигма, σ, и измеряется в единицах Сименс ( S ).

    В этом эксперименте вы сможете найти удельное сопротивление и проводимость материалов, которые вы тестируете, используя закон Ома, который гласит, что напряжение пропорционально произведению тока и сопротивления. Амперметр поможет вам измерить ток, протекающий по цепи, а вольтметр покажет падение напряжения на участке, который вы проверяете.

    Где В - напряжение, измеренное в вольтах, I - ток, измеренный в амперах, а R - сопротивление в омах.

    Задача: Определите удельное сопротивление различных материалов и толщину материалов и рассчитайте электрическую проводимость.

    Какой материал будет более резистивным? Проводящий?

    Материалы

    • Аккумулятор 9В
    • Неизолированный медный провод 30 см (меньшего сечения)
    • 30 см неизолированного медного провода (большего сечения)
    • 30 см неизолированной железной проволоки (такого же диаметра, как и более тонкая медная проволока)
    • 30 см неизолированной железной проволоки (такого же диаметра, как и у более толстой медной проволоки)
    • Любые другие провода, которые вы хотите проверить
    • Кусачки
    • Амперметр
    • Вольтметр
    • Линейка

    Процедура

    1. Подсоедините положительный провод амперметра к отрицательной клемме 9-вольтовой батареи.
    2. Присоедините отрицательный вывод амперметра к одному концу одного из проводов.
    3. Подключите другой конец провода к положительной клемме 9-вольтовой батареи.
    4. Используйте вольтметр для измерения падения напряжения на проводе разной длины (начните с 2 см, затем измерьте 3 см, 4 см и т. Д.). Убедитесь, что положительный вывод вольтметра касается начала провода.
    1. Запишите ток (по амперметру) и падение напряжения (по вольтметру) для каждой длины каждого проверенного провода.
    2. Используйте закон Ома, чтобы определить сопротивление и то, как длина, калибр и материал влияют на сопротивление.
    3. Постройте ваши результаты для каждого типа провода. Нанесите длину провода (в метрах) по оси абсцисс, а сопротивление (в омах) - по оси ординат.
    4. Рассчитайте удельное сопротивление по формуле:

    Где R - сопротивление в Ом ρ - удельное сопротивление в Ом-метрах L - длина провода в метрах и A - площадь поперечного сечения провода в метрах.* площадь поперечного сечения проводов разного калибра можно посмотреть в Интернете.

    1. Используйте удельное сопротивление ρ для расчета электропроводности σ .

    Результаты

    Более толстые провода будут иметь меньшее сопротивление, но более длинные провода будут иметь более высокое сопротивление. Медь имеет более низкое удельное сопротивление и лучше проводит электричество, чем железо.

    Почему?

    Сопротивление провода увеличивается с увеличением длины. Поскольку сопротивление - это свойство материала, который сопротивляется потоку электронов, логично, что чем больше у вас материала (большей длины), тем большее сопротивление у вас будет.Удельное электрическое сопротивление, ρ , является константой, которая является свойством материала и нормализует сопротивление к площади поперечного сечения материала, через который проходит ток. Наклон линии на графике зависимости длины от сопротивления - это удельное электрическое сопротивление.

    Итак, медь - лучший металлический проводник? Медь является лучшим проводником, чем железо, а это означает, что ток может проходить легче (с меньшим сопротивлением) через медь. Это неотъемлемое свойство материала.

    Вы можете использовать закон Ома для расчета сопротивления измеряемой секции, потому что цепь относится к серии , что означает, что ток будет одинаковым во всех частях цепи.

    Заявление об ограничении ответственности и меры предосторожности

    Education.com предлагает идеи проекта Science Fair для информационных целей. только для целей. Education.com не дает никаких гарантий или заверений относительно идей проектов Science Fair и не несет ответственности за любые убытки или ущерб, прямо или косвенно вызванные использованием вами таких Информация.Получая доступ к идеям проекта Science Fair, вы отказываетесь от отказаться от любых претензий к Education.com, которые возникают в связи с этим. Кроме того, ваш доступ к веб-сайту Education.com и идеям проектов Science Fair покрывается Политика конфиденциальности Education.com и Условия использования сайта, которые включают ограничения об ответственности Education.com.

    Настоящим дается предупреждение, что не все идеи проекта подходят для всех индивидуально или при любых обстоятельствах. Реализация идеи любого научного проекта должны проводиться только в соответствующих условиях и с соответствующими родительскими или другой надзор.Прочтите и соблюдайте правила техники безопасности всех Материалы, используемые в проекте, являются исключительной ответственностью каждого человека. За Для получения дополнительной информации обратитесь к справочнику по научной безопасности вашего штата.

    Электрическое сопротивление - Гипертекст по физике

    Обсуждение

    введение

    Йех! Что за беспорядок.

    Проводимость: С. Грей, 1729 г. - Сопротивление: Георг Симон Ом, 1827 г.

    Обычная версия…

    I V

    . .
    I = В В = ИК R = В
    R Я

    Variableogy…

    • количество: сопротивление R
      единица: Ом [Ом] Георг Ом (1787–1854) Германия

    Причудливая версия (магнитогидродинамическая версия?)…

    Дж E

    .
    Дж = σ E E = ρ Дж

    Добро пожаловать в символ ада…

    Электрические свойства
    количество символ шт. символ собственности…
    сопротивление R Ом Ом объекта
    проводимость г siemens S
    удельное сопротивление ρ Омметр Ом · м материалов
    проводимость σ siemens на метр См / м

    Закон Ома не является серьезным законом.Это непростая физика. Разумные материалы и устройства подчиняются ему, но есть множество мошенников, которые этого не делают.

    резисторы

    Плохая выпивка портит наши молодые кишки, но водка идет хорошо.

    Лучше постройте крышу над гаражом, пока фургон не намок.

    Коды маркировки резисторов и конденсаторов
    цвет цифра множитель допуск tcr (10 -6 / К)
    нет ± 20%
    розовый 10 −3
    серебристый 10 −2 ± 10%
    золото 10 -1 ± 5%
    черный 0 10 0+ ± 250
    коричневый 1 10 1+ ± 1% ± 100
    красный 2 10 2+ ± 2% ± 50
    оранжевый 3 10 3+ ± 0.05% ± 15
    желтый 4 10 4+ ± 0,02% ± 25
    зеленый 5 10 5+ ± 0,50% ± 20
    синий 6 10 6+ ± 0,25% ± 10
    фиолетовый 7 ± 0.10% ± 5
    серый 8 ± 0,01% ± 1
    белый 9

    материалы

    Сопротивление и удельное сопротивление. Факторы, влияющие на сопротивление в проводящем проводе.

    Проводники и изоляторы

    Лучшие электрические проводники: серебро, медь, золото, алюминий, кальций, бериллий, вольфрам

    Удельное сопротивление и проводимость взаимны.

    Электропроводность металлов - это статистическая / термодинамическая величина.

    Удельное сопротивление определяется рассеянием электронов. Чем больше рассеяние, тем выше сопротивление.

    где…

    σ = Электропроводность [См / м]
    n = плотность свободных электронов [э / м 3 ]
    e = заряд электрона (1.60 × 10 −19 С)
    м e = масса электрона (9,11 × 10 −31 кг)
    v среднеквадратичное значение = Среднеквадратичная скорость электронов [м / с]
    ℓ = средняя длина свободного пробега [м]

    Графит

    Кому принадлежит эта идея? Нихром был изобретен в 1906 году, что сделало возможным электрические тостеры.

    Полимеры электропроводящие.

    Удельное сопротивление выбранных материалов (~ 300 K)
    (Обратите внимание на разницу в единицах измерения между металлами и неметаллами.)
    металлы ρ (нОм м) неметаллы ρ (Ом м)
    алюминий 26,5 оксид алюминия (14 ° C) 1 × 10 14
    латунь 64 оксид алюминия (300 ° C) 3 × 10 11
    хром 126 оксид алюминия (800 ° C) 4 × 10 6
    медь 17.1 углерод аморфный 0,35
    золото 22,1 карбон, алмаз 2,7
    утюг 96,1 уголь, графит 650 × 10 −9
    свинец 208 оксид индия и олова, тонкая пленка 2000 × 10 −9
    литий 92.8 германий 0,46
    ртуть (0 ° C) 941 пирекс 7740 40 000
    марганец 1440 кварц 75 × 10 16
    нихром 1500 кремний 640
    никель 69,3 диоксид кремния (20 ° C) 1 × 10 13
    палладий 105.4 диоксид кремния (600 ° C) 70 000
    платина 105 диоксид кремния (1300 ° C) 0,004
    плутоний 1414 вода, жидкость (0 ° C) 861 900
    серебристый 15,9 вода, жидкость (25 ° C) 181 800
    припой 150 вода, жидкость (100 ° C) 12 740
    сталь гладкая 180
    сталь, нержавеющая 720
    тантал 131
    банка (0 ° C) 115
    титан (0 ° C) 390
    вольфрам 52.8
    уран (0 ° C) 280
    цинк 59

    температура

    Общее правило - удельное сопротивление увеличивается с увеличением температуры в проводниках и уменьшается с увеличением температуры в изоляторах. К сожалению, не существует простой математической функции для описания этих отношений.

    Температурную зависимость удельного сопротивления (или обратной ему проводимости) можно понять только с помощью квантовой механики. Точно так же, как материя представляет собой совокупность микроскопических частиц, называемых атомами, а луч света - это поток микроскопических частиц, называемых фотонами, тепловые колебания в твердом теле представляют собой рой микроскопических частиц, называемых фононами . Электроны пытаются дрейфовать к положительному полюсу батареи, но фононы продолжают врезаться в них.Случайное направление этих столкновений нарушает попытку организованного движения электронов против электрического поля. Отклонение или рассеяние электронов на фононах - один из источников сопротивления. С повышением температуры количество фононов увеличивается, а вместе с ним и вероятность столкновения электронов и фононов. Таким образом, когда температура повышается, сопротивление повышается.

    Для некоторых материалов удельное сопротивление линейно зависит от температуры.

    ρ = ρ 0 (1 + α ( T - T 0 ))

    Удельное сопротивление проводника увеличивается с температурой.В случае меди зависимость между удельным сопротивлением и температурой примерно линейна в широком диапазоне температур.

    Для других материалов лучше работает соотношение сил.

    ρ = ρ 0 ( T / T 0 ) μ

    Удельное сопротивление проводника увеличивается с температурой. В случае вольфрама зависимость между удельным сопротивлением и температурой лучше всего описывается соотношением мощности.

    см. Также: сверхпроводимость

    разное

    магнитосопротивление

    фотопроводимость

    жидкости

    электролиты

    газы

    пробой диэлектрика

    плазма

    микрофонов

    Угольный микрофон - ничто задом наперед

    Микрофоны и принцип их работы
    тип звуков производят
    изменений в…
    , что вызывает
    изменений…
    , что приводит к изменению
    углерод Плотность гранул сопротивление напряжение
    конденсатор разделительная пластина емкость напряжение
    динамический расположение катушки флюс напряжение
    пьезоэлектрический компрессия поляризация напряжение
    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *