Det man kalder resistivitet. Elektrisk modstand af stål ved forskellige temperaturer

Derfor er det vigtigt at kende parametrene for alle anvendte elementer og materialer. Og ikke kun elektrisk, men også mekanisk. Og hav nogle praktiske til din rådighed referencematerialer, så du kan sammenligne egenskaber forskellige materialer og vælg til design og arbejde præcis, hvad der vil være optimalt i en bestemt situation.
I energitransmissionsledninger, hvor opgaven er at levere energi til forbrugeren på den mest produktive måde, det vil sige med høj effektivitet, tages der både hensyn til tabsøkonomien og selve ledningernes mekanik. Det endelige resultat afhænger af mekanikken - det vil sige enheden og arrangementet af ledere, isolatorer, understøtninger, step-up/step-down transformere, vægten og styrken af ​​alle strukturer, inklusive ledninger strakt over lange afstande, samt materialer udvalgt til hvert konstruktionselement. økonomisk effektivitet linje, dens drift og driftsomkostninger. Derudover er der i ledninger, der transmitterer elektricitet, højere krav til at sikre sikkerheden på både ledningerne selv og alt omkring, hvor de passerer. Og dette tilføjer omkostninger både til at levere el-ledninger og for en ekstra sikkerhedsmargin for alle strukturer.

Til sammenligning reduceres data normalt til en enkelt, sammenlignelig form. Ofte tilføjes tilnavnet "specifikt" til sådanne egenskaber, og selve betydningerne betragtes på et samlet grundlag. fysiske parametre standarder. For eksempel specifik elektrisk modstand- dette er modstanden (ohm) af en leder lavet af et eller andet metal (kobber, aluminium, stål, wolfram, guld), med en enhedslængde og et enhedstværsnit i det anvendte måleenhedssystem (normalt i SI) . Derudover er temperaturen specificeret, da ledernes modstand ved opvarmning kan opføre sig anderledes. Normale gennemsnitlige driftsforhold tages som udgangspunkt - ved 20 grader Celsius. Og hvor egenskaber er vigtige ved ændring af miljøparametre (temperatur, tryk), indføres koefficienter og yderligere tabeller og afhængighedsgrafer kompileres.

Typer af resistivitet

Da der opstår modstand:

• aktiv - eller ohmsk, resistiv - som følge af forbruget af elektricitet til opvarmning af lederen (metallet), når den passerer gennem den elektrisk strøm, Og
• reaktiv - kapacitiv eller induktiv - som opstår fra de uundgåelige tab på grund af skabelsen af ​​eventuelle ændringer i strømmen, der passerer gennem lederen af ​​elektriske felter, så kommer lederens resistivitet i to varianter:

1. Specifik elektrisk modstand mod jævnstrøm (har en resistiv karakter) og
2. Specifik elektrisk modstand mod vekselstrøm (har reaktiv karakter).

Her er type 2-resistivitet en kompleks værdi, den består af to TC-komponenter - aktiv og reaktiv, da resistiv modstand altid eksisterer, når strømmen passerer, uanset dens natur, og reaktiv modstand forekommer kun med enhver ændring i strøm i kredsløbene. I DC-kredsløb opstår reaktans kun under transiente processer, der er forbundet med at tænde for strømmen (ændring i strøm fra 0 til nominel) eller slukke (forskel fra nominel til 0). Og de tages normalt kun i betragtning ved design af overbelastningsbeskyttelse.

I vekselstrømkredsløb er fænomenerne forbundet med reaktans meget mere forskellige. De afhænger ikke kun af den faktiske passage af strøm gennem et bestemt tværsnit, men også af lederens form, og afhængigheden er ikke lineær.

Faktum er, at vekselstrøm inducerer et elektrisk felt både omkring den leder, den strømmer igennem, og i selve lederen. Og fra dette felt opstår der hvirvelstrømme, som giver effekten af ​​at "skubbe" den faktiske hovedbevægelse af ladninger, fra dybden af ​​hele lederens tværsnit til dens overflade, den såkaldte "hudeffekt" (fra hud - hud). Det viser sig, at hvirvelstrømme ser ud til at "stjæle" dets tværsnit fra lederen. Strømmen flyder i et bestemt lag tæt på overfladen, den resterende tykkelse af lederen forbliver ubrugt, den reducerer ikke dens modstand, og der er simpelthen ingen mening i at øge tykkelsen af ​​lederne. Især ved høje frekvenser. Derfor måles modstanden for vekselstrøm i sådanne sektioner af ledere, hvor hele dens sektion kan betragtes som nær overfladen. En sådan ledning kaldes tynd dens tykkelse er lig med to gange dybden af ​​dette overfladelag, hvor hvirvelstrømme fortrænger den nyttige hovedstrøm, der flyder i lederen.

Selvfølgelig er reduktion af tykkelsen af ​​ledninger med et rundt tværsnit ikke begrænset til effektiv implementering AC. Lederen kan fortyndes, men samtidig gøres flad i form af et bånd, så vil tværsnittet være højere end for en rund ledning, og følgelig vil modstanden være lavere. Derudover vil blot en forøgelse af overfladearealet have den effekt at øge det effektive tværsnit. Det samme kan opnås ved at bruge flertrådet tråd i stedet for enkelttrådet. Desuden er trådet tråd mere fleksibelt end enkelttrådet tråd, hvilket ofte er værdifuldt. På den anden side, under hensyntagen til skin-effekten i ledninger, er det muligt at lave ledningerne sammensatte ved at lave kernen af ​​et metal, der har gode styrkeegenskaber, for eksempel stål, men lave elektriske egenskaber. I dette tilfælde laves en aluminiumsfletning over stålet, som har en lavere resistivitet.

Ud over hudeffekten påvirkes vekselstrømsstrømmen i ledere af excitation af hvirvelstrømme i omgivende ledere. Sådanne strømme kaldes induktionsstrømme, og de induceres både i metaller, der ikke spiller rollen som ledninger (bærende strukturelle elementer), og i ledningerne i hele det ledende kompleks - spiller rollen som ledninger af andre faser, neutrale , jordforbindelse.

Alle de nævnte fænomener findes i alle elektriske designs, forstærker dette yderligere vigtigheden af ​​at have et resumé til din rådighed baggrundsinformation på en række forskellige materialer.

Resistivitet for ledere måles det med meget følsomme og præcise instrumenter, da metaller, der har den laveste modstand, vælges til ledninger - i størrelsesordenen ohm * 10 -6 pr. meter længde og sq. mm. sektioner. For at måle isolationsresistivitet har du brug for instrumenter, tværtimod, der har intervaller af meget store modstandsværdier - normalt megohm. Det er klart, at ledere skal lede godt, og isolatorer skal isolere godt.

Tabel

Tabel over lederes resistivitet (metaller og legeringer)
Ledermateriale	Sammensætning (for legeringer)	Resistivitet ρ mΩ × mm 2/m
	kobber, zink, tin, nikkel, bly, mangan, jern mv.
Aluminium
Wolfram
Molybdæn
	kobber, tin, aluminium, silicium, beryllium, bly osv. (undtagen zink)
	jern, kulstof
	kobber, nikkel, zink
Manganin	kobber, nikkel, mangan
Constantan	kobber, nikkel, aluminium
	nikkel, krom, jern, mangan
	jern, krom, aluminium, silicium, mangan

Jern som leder i elektroteknik

Jern er det mest almindelige metal i naturen og teknologien (efter brint, som også er et metal). Den er den billigste og har fremragende styrkeegenskaber, så den bruges overalt som grundlag for styrke. forskellige designs.

I elektroteknik bruges jern som leder i form af fleksible ståltråde, hvor der er behov for fysisk styrke og fleksibilitet, og den nødvendige modstand kan opnås gennem det passende tværsnit.

Ved at have en tabel over resistiviteter for forskellige metaller og legeringer kan du beregne tværsnittene af ledninger lavet af forskellige ledere.

Lad os som et eksempel prøve at finde det elektrisk ækvivalente tværsnit af ledere lavet af forskellige materialer: kobber, wolfram, nikkel og jerntråd. Lad os tage aluminiumtråd med et tværsnit på 2,5 mm som den oprindelige.

Vi har brug for, at over en længde på 1 m er modstanden af ​​tråden lavet af alle disse metaller lig med modstanden af ​​den originale. Modstanden af ​​aluminium pr. 1 m længde og 2,5 mm sektion vil være lig med

Hvor R- modstand, ρ – modstand af metallet fra bordet, S– tværsnitsareal, L- længde.

Ved at erstatte de oprindelige værdier får vi modstanden af ​​et meterlangt stykke aluminiumstråd i ohm.

Lad os derefter løse formlen for S

Vi vil erstatte værdierne fra tabellen og få tværsnitsarealerne for forskellige metaller.

Da resistiviteten i tabellen er målt på en ledning 1 m lang, i mikroohm pr. 1 mm 2 sektion, så fik vi den i mikroohm. For at få det i ohm, skal du gange værdien med 10 -6. Men vi behøver ikke nødvendigvis at få tallet ohm med 6 nuller efter decimalkommaet, da vi stadig finder det endelige resultat i mm2.

Som du kan se, er jernets modstand ret høj, tråden er tyk.

Men der er materialer, for hvilke det er endnu større, for eksempel nikkel eller konstantan.

Metaller er et mål for deres evne til at modstå passage af elektrisk strøm. Denne værdi er udtrykt i Ohm-meter (Ohm⋅m).

Symbolet, der repræsenterer resistivitet, er græsk bogstavρ (rho). Høj resistivitet betyder, at materialet er en dårlig leder af elektrisk ladning.

Elektrisk resistivitet er defineret som forholdet mellem den elektriske feltstyrke inde i et metal og strømtætheden i det:

Hvor:
ρ—metalresistivitet (Ohm⋅m),
E - elektrisk feltstyrke (V/m),
J er værdien af ​​elektrisk strømtæthed i metallet (A/m2)

Hvis den elektriske feltstyrke (E) i et metal er meget høj, og strømtætheden (J) er meget lille, betyder det, at metallet har høj resistivitet.

Den gensidige resistivitet er elektrisk ledningsevne, som angiver, hvor godt et materiale leder elektrisk strøm:

σ er materialets ledningsevne, udtrykt i siemens pr. meter (S/m).

Elektrisk modstand, en af ​​komponenterne i Ohms lov, er udtrykt i ohm (Ohm). Det skal bemærkes, at elektrisk modstand og resistivitet ikke er det samme. Resistivitet er en egenskab ved et materiale, mens elektrisk modstand er en egenskab ved et objekt.

En modstands elektriske modstand bestemmes af en kombination af dens form og resistiviteten af ​​det materiale, den er lavet af.

For eksempel har en ledningsmodstand lavet af en lang og tynd ledning en højere modstand end en modstand lavet af en kort og tyk ledning af samme metal.

Samtidig har en trådviklet modstand lavet af et materiale med høj resistivitet større elektrisk modstand end en modstand lavet af et materiale med lav resistivitet. Og alt dette på trods af, at begge modstande er lavet af tråd af samme længde og diameter.

For at illustrere dette kan vi tegne en analogi med et hydraulisk system, hvor vand pumpes gennem rør.

• Jo længere og tyndere røret er, jo større modstand mod vand.
• Et rør fyldt med sand vil modstå vand mere end et rør uden sand.

Mængden af ​​ledningsmodstand afhænger af tre parametre: metalets resistivitet, længden og diameteren af ​​selve ledningen. Formel til beregning af ledningsmodstand:

Hvor:
R - ledningsmodstand (ohm)
ρ - metalresistivitet (Ohm.m)
L - ledningslængde (m)
A - trådens tværsnitsareal (m2)

Som et eksempel kan du overveje en nichrome trådviklet modstand med en resistivitet på 1,10×10-6 Ohm.m. Tråden har en længde på 1500 mm og en diameter på 0,5 mm. Baseret på disse tre parametre beregner vi modstanden af ​​nichromtråden:

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

Nichrom og konstantan bruges ofte som modstandsmaterialer. Nedenfor i tabellen kan du se resistiviteten af ​​nogle af de mest brugte metaller.

Overflademodstandsværdien beregnes på samme måde som trådmodstanden. I dette tilfælde kan tværsnitsarealet repræsenteres som produktet af w og t: For nogle materialer, såsom tynde film, kaldes forholdet mellem resistivitet og filmtykkelse arkmodstand RS:

hvor RS måles i ohm. Til denne beregning skal filmtykkelsen være konstant.

Ofte skærer modstandsproducenter spor ind i filmen for at øge modstanden for at øge banen for elektrisk strøm.

Egenskaber af resistive materialer

Et metals resistivitet afhænger af temperaturen. Deres værdier er normalt angivet for stuetemperatur (20°C). Ændringen i resistivitet som følge af en temperaturændring er karakteriseret ved en temperaturkoefficient.

For eksempel bruger termistorer (termistorer) denne egenskab til at måle temperatur. På den anden side er dette i præcisionselektronik en ret uønsket effekt.
Metalfilmmodstande har fremragende temperaturstabilitetsegenskaber. Dette opnås ikke kun på grund af materialets lave resistivitet, men også på grund af det mekaniske design af selve modstanden.

Mange forskellige materialer og legeringer bruges til fremstilling af modstande. Nichrom (en legering af nikkel og krom), på grund af dets høje resistivitet og modstandsdygtighed over for oxidation ved høje temperaturer, bruges ofte som materiale til fremstilling af trådviklede modstande. Dens ulempe er, at den ikke kan loddes. Constantan, et andet populært materiale, er let at lodde og har en lavere temperaturkoefficient.

Elektrisk strøm opstår som et resultat af lukning af et kredsløb med en potentialforskel på tværs af terminalerne. Feltkræfter virker på frie elektroner, og de bevæger sig langs lederen. Under denne rejse møder elektroner atomer og overfører noget af deres akkumulerede energi til dem. Som et resultat falder deres hastighed. Men på grund af det elektriske felts indflydelse tager det fart igen. Elektroner oplever således konstant modstand, hvorfor den elektriske strøm opvarmes.

Et stofs egenskab til at omdanne elektricitet til varme, når det udsættes for strøm, er elektrisk modstand og betegnes som R, dets måleenhed er Ohm. Mængden af ​​modstand afhænger hovedsageligt af forskellige materialers evne til at lede strøm.
For første gang talte den tyske forsker G. Ohm om modstand.

For at finde ud af strømmens afhængighed af modstand udførte den berømte fysiker mange eksperimenter. Til eksperimenter brugte han forskellige ledere og opnåede forskellige indikatorer.
Det første, som G. Ohm bestemte, var, at modstanden afhænger af lederens længde. Det vil sige, at hvis længden af ​​lederen steg, steg modstanden også. Som et resultat blev dette forhold bestemt til at være direkte proportionalt.

Det andet forhold er tværsnitsarealet. Det kunne bestemmes ved at tværsnit af lederen. Arealet af figuren dannet på snittet er tværsnitsarealet. Her er forholdet omvendt proportionalt. Det vil sige, at jo større tværsnitsareal, jo lavere blev ledermodstanden.

Og den tredje vigtige størrelse, som modstanden afhænger af, er materialet. Som et resultat af, hvad Om brugte i eksperimenter forskellige materialer, opdagede han forskellige modstandsegenskaber. Alle disse eksperimenter og indikatorer blev opsummeret i en tabel, hvorfra det kan ses forskellig betydning specifik modstand af forskellige stoffer.

Det er kendt, at de bedste ledere er metaller. Hvilke metaller er de bedste ledere? Tabellen viser, at kobber og sølv har mindst modstand. Kobber bruges oftere på grund af dets lavere omkostninger, og sølv bruges i de vigtigste og mest kritiske enheder.

Stoffer med høj resistivitet i tabellen leder ikke elektricitet godt, hvilket betyder, at de kan være fremragende isoleringsmaterialer. Stoffer, der har denne egenskab i størst udstrækning, er porcelæn og ebonit.

Generelt er elektrisk resistivitet meget vigtig faktor, når alt kommer til alt, ved at bestemme dens indikator kan vi finde ud af, hvilket stof lederen er lavet af. For at gøre dette skal du måle tværsnitsarealet, finde ud af strømmen ved hjælp af et voltmeter og amperemeter og også måle spændingen. På denne måde finder vi ud af værdien af ​​resistiviteten, og ved hjælp af tabellen kan vi nemt identificere stoffet. Det viser sig, at resistivitet er som et fingeraftryk af et stof. Derudover er resistivitet vigtig, når man planlægger lange elektriske kredsløb: vi skal kende denne indikator for at opretholde en balance mellem længde og areal.

Der er en formel, der bestemmer, at modstanden er 1 ohm, hvis dens strømstyrke ved en spænding på 1V er 1A. Det vil sige, at modstanden af ​​en enhedsareal og en længdeenhed lavet af et bestemt stof er den specifikke modstand.

Det skal også bemærkes, at resistivitetsindikatoren direkte afhænger af stoffets hyppighed. Altså om den har urenheder. Men tilsætning af kun én procent mangan øger modstanden af ​​det mest ledende stof, kobber, tre gange.

Denne tabel viser den elektriske resistivitet af nogle stoffer.

Meget ledende materialer

Kobber
Som vi allerede har sagt, bruges kobber oftest som en leder. Dette forklares ikke kun af dens lave modstand. Kobber har fordelene ved høj styrke, korrosionsbestandighed, brugervenlighed og god bearbejdelighed. Gode ​​mærker kobber betragtes som M0 og M1. Mængden af ​​urenheder i dem overstiger ikke 0,1%.

De høje omkostninger ved metallet og dets overvægt i på det seneste knaphed tilskynder producenter til at bruge aluminium som leder. Også legeringer af kobber med forskellige metaller anvendes.
Aluminium
Dette metal er meget lettere end kobber, men det har aluminium store værdier varmekapacitet og smeltepunkt. I denne henseende, for at bringe det til en smeltet tilstand, kræves der mere energi end kobber. Der skal dog tages højde for kobbermangel.
Ved produktion af elektriske produkter anvendes som regel A1-aluminium. Den indeholder ikke mere end 0,5 % urenheder. Og metal højeste frekvens- dette er aluminiumskvalitet AB0000.
Jern
Jernets billighed og tilgængelighed overskygges af dets høje resistivitet. Derudover tærer den hurtigt. Af denne grund er stålledere ofte belagt med zink. Det såkaldte bimetal er meget udbredt - dette er stål belagt med kobber til beskyttelse.
Natrium
Natrium er også et tilgængeligt og lovende materiale, men dets modstandsdygtighed er næsten tre gange større end kobber. Derudover har metallisk natrium høj kemisk aktivitet, hvilket kræver, at en sådan leder dækkes med hermetisk forseglet beskyttelse. Det skal også beskytte lederen mod mekanisk skade, da natrium er et meget blødt og ret skrøbeligt materiale.

Superledningsevne
Tabellen nedenfor viser stoffers resistivitet ved en temperatur på 20 grader. Temperaturangivelsen er ikke tilfældig, fordi resistiviteten afhænger direkte af denne indikator. Dette forklares med, at når de opvarmes, stiger atomernes hastighed også, hvilket betyder, at sandsynligheden for, at de møder elektroner, også vil stige.

Det er interessant, hvad der sker med modstand under køleforhold. For første gang, adfærden af ​​atomer på meget lave temperaturer noteret af G. Kamerlingh Onnes i 1911. Han afkølede kviksølvtråden til 4K og fandt ud af, at dens modstand faldt til nul. Ændringen i resistivitetsindekset for nogle legeringer og metaller under lave temperaturforhold kaldes af fysikeren superledning.

Superledere går i en tilstand af superledning, når de afkøles, og deres optiske og strukturelle karakteristika ændres ikke. Hovedopdagelsen er, at elektriske og magnetiske egenskaber metaller i superledende tilstand er meget forskellige fra deres egenskaber i normaltilstanden, samt fra egenskaberne af andre metaller, der ikke kan overgå til denne tilstand, når temperaturen falder.
Brugen af ​​superledere udføres hovedsageligt for at opnå superstærke magnetisk felt, hvis kraft når 107 A/m. Superledende kraftledningssystemer er også under udvikling.

Lignende materialer.

Eller elektriske kredsløb elektrisk strøm.

Elektrisk modstand er defineret som en proportionalitetskoefficient R mellem spænding U og jævnstrøm jeg i Ohms lov for en del af et kredsløb.

Modstandsenheden kaldes ohm(Ohm) til ære for den tyske videnskabsmand G. Ohm, som introducerede dette koncept i fysikken. En ohm (1 Ohm) er modstanden af ​​en sådan leder, hvori ved spænding 1 I strømmen er lig med 1 EN.

Resistivitet.

Modstanden af ​​en homogen leder med konstant tværsnit afhænger af lederens materiale, dens længde l og tværsnit S og kan bestemmes ved formlen:

Hvor ρ - specifik modstand af det stof, hvoraf lederen er lavet.

Specifik resistens af et stof- dette er en fysisk størrelse, der viser, hvilken modstand en leder lavet af dette stof af enhedslængde og enhedstværsnitsareal har.

Af formlen følger det

Gensidig værdi ρ , kaldet ledningsevne σ :

Da SI-enheden for modstand er 1 ohm. arealenheden er 1 m 2, og længdeenheden er 1 m, så vil resistivitetsenheden i SI være 1 Ohm · m 2 /m, eller 1 Ohm m. SI-enheden for ledningsevne er Ohm -1 m -1.

I praksis er tværsnitsarealet af tynde ledninger ofte udtrykt i kvadratmillimeter (mm2). I dette tilfælde er en mere bekvem enhed for resistivitet Ohm mm 2 /m. Da 1 mm 2 = 0,000001 m 2, så er 1 Ohm mm 2 /m = 10 -6 Ohm m. Metaller har en meget lav resistivitet - ca. (1·10 -2) Ohm·mm 2 /m, dielektrikum - 10 15 -10 20 større.

Modstandens afhængighed af temperaturen.

Når temperaturen stiger, stiger modstanden af ​​metaller. Der er dog legeringer, hvis modstand næsten ikke ændres med stigende temperatur (for eksempel konstantan, manganin osv.). Modstanden af ​​elektrolytter falder med stigende temperatur.

Temperaturkoefficient for modstand af en leder er forholdet mellem ændringen i lederens modstand, når den opvarmes med 1 °C, og værdien af ​​dens modstand ved 0 ºC:

.

Afhængigheden af ​​lederes resistivitet af temperatur er udtrykt ved formlen:

.

Generelt α afhænger af temperatur, men hvis temperaturområdet er lille, så kan temperaturkoefficienten betragtes som konstant. Til rene metaller a = (1/273)K-1. Til elektrolytopløsninger α < 0 . For eksempel til en 10% opløsning af bordsalt a = -0,02 K-1. Til konstantan (kobber-nikkel legering) a = 10-5 K-1.

Ledermodstandens afhængighed af temperaturen bruges i modstand termometre.

• konduktører;
• dielektriske stoffer (med isolerende egenskaber);
• halvledere.

Elektroner og strøm

Det moderne koncept for elektrisk strøm er baseret på antagelsen om, at den består af materielle partikler - ladninger. Men anderledes fysisk og kemiske forsøg give grundlag for at hævde, at disse afgiftsbærere kan være forskellige typer i samme leder. Og denne heterogenitet af partikler påvirker strømtætheden. Til beregninger relateret til parametrene for elektrisk strøm bruges visse fysiske størrelser. Blandt dem indtager ledningsevne og modstand en vigtig plads.

• Konduktivitet er relateret til modstand i et gensidigt omvendt forhold.

Det er kendt, at når der er en vis spænding påført et elektrisk kredsløb, opstår der en elektrisk strøm i det, hvis størrelse er relateret til ledningsevnen af ​​dette kredsløb. Denne fundamentale opdagelse blev på et tidspunkt gjort af den tyske fysiker Georg Ohm. Siden da har en lov kaldet Ohms lov været i brug. Den eksisterer for forskellige muligheder kæder. Derfor kan formlerne for dem være forskellige fra hinanden, da de svarer til helt forskellige forhold.

Hvert elektrisk kredsløb har en leder. Hvis der er en type ladningsbærerpartikel i den, svarer strømmen i lederen til væskestrømmen, som har en vis tæthed. Det bestemmes af følgende formel:

De fleste metaller svarer til den samme type ladede partikler, takket være hvilken elektrisk strøm eksisterer. For metaller beregnes den specifikke elektriske ledningsevne ved hjælp af følgende formel:

Da ledningsevne kan beregnes, er det nu nemt at bestemme elektrisk modstand. Det blev allerede nævnt ovenfor, at en leders resistivitet er den gensidige konduktivitet. Derfor,

I denne formel bogstavet græsk alfabetρ (rho) bruges til at angive elektrisk resistivitet. Denne betegnelse bruges oftest i teknisk litteratur. Du kan dog også finde lidt forskellige formler, som kan bruges til at beregne lederes resistivitet. Hvis den klassiske teori om metaller og elektronisk ledningsevne i dem bruges til beregninger, beregnes resistiviteten ved hjælp af følgende formel:

Der er dog et "men". Atomernes tilstand i en metalleder påvirkes af varigheden af ​​ioniseringsprocessen, som udføres elektrisk felt. Med en enkelt ioniserende effekt på en leder vil atomerne i den modtage en enkelt ionisering, som vil skabe en balance mellem koncentrationen af ​​atomer og frie elektroner. Og værdierne af disse koncentrationer vil være ens. I dette tilfælde finder følgende afhængigheder og formler sted:

Afvigelser i ledningsevne og modstand

Lad os derefter se på, hvad det afhænger af ledningsevne, som er omvendt relateret til resistivitet. Specifik resistens af et stof er ret abstrakt fysisk mængde. Hver leder eksisterer i form af en specifik prøve. Det er kendetegnet ved tilstedeværelsen af ​​forskellige urenheder og defekter indre struktur. De tages i betragtning som separate udtryk for det udtryk, der bestemmer resistiviteten i overensstemmelse med Matthiessens regel. Denne regel tager også højde for spredningen af ​​en bevægelig elektronstrøm ved noder, der svinger afhængigt af temperaturen krystalgitter prøve.

Tilstedeværelsen af ​​indre defekter, såsom indeslutninger af forskellige urenheder og mikroskopiske hulrum, øger også modstandsevnen. For at bestemme mængden af ​​urenheder i prøverne måles materialernes resistivitet for to temperaturer af prøvematerialet. Den ene temperaturværdi er stuetemperatur, og den anden svarer til flydende helium. I forhold til måleresultatet kl stuetemperatur til resultatet ved temperaturen af ​​flydende helium opnås en koefficient, der illustrerer materialets strukturelle perfektion og dets kemiske renhed. Koefficienten er angivet med bogstavet β.

Hvis en metallegering med en fast opløsningsstruktur, der er uordnet, betragtes som en leder af elektrisk strøm, kan værdien af ​​den resterende resistivitet være betydeligt større end resistiviteten. Denne funktion af metallegeringer af to komponenter, der ikke er relateret til sjældne jordarters elementer, såvel som til overgangselementer, er omfattet af en særlig lov. Det kaldes Nordheims lov.

Moderne teknologier inden for elektronik bevæger sig i stigende grad mod miniaturisering. Og så meget, at ordet "nanokredsløb" snart vil dukke op i stedet for mikrokredsløb. Lederne i sådanne enheder er så tynde, at det ville være korrekt at kalde dem metalfilm. Det er helt klart, at filmprøven vil adskille sig i sin resistivitet i større grad fra en større leder. Den lille tykkelse af metallet i filmen fører til udseendet af halvlederegenskaber i den.

Proportionaliteten mellem tykkelsen af ​​metallet og den frie bane af elektroner i dette materiale begynder at vise sig. Der er lidt plads tilbage til, at elektroner kan bevæge sig. Derfor begynder de at forstyrre hinandens bevægelser på en velordnet måde, hvilket fører til en stigning i modstand. For metalfilm beregnes resistiviteten ved hjælp af en speciel formel opnået baseret på eksperimenter. Formlen er opkaldt efter Fuchs, en videnskabsmand, der studerede filmresistivitet.

Film er meget specifikke formationer, som er svære at replikere, så egenskaberne af flere prøver er de samme. For acceptabel nøjagtighed ved vurdering af film anvendes en speciel parameter - specifik overflademodstand.

Modstande er dannet af metalfilm på substratet af mikrokredsløb. Af denne grund er resistivitetsberegninger en meget efterspurgt opgave inden for mikroelektronik. Værdien af ​​resistivitet er naturligvis påvirket af temperaturen og er relateret til den af ​​direkte proportionalitet. For de fleste metaller har denne afhængighed en eller anden lineær del i et bestemt temperaturområde. I dette tilfælde bestemmes resistiviteten af ​​formlen:

I metaller opstår elektrisk strøm pga stort antal frie elektroner, hvis koncentration er relativt høj. Desuden bestemmer elektroner også den større varmeledningsevne af metaller. Af denne grund er der ved en særlig lov etableret en sammenhæng mellem elektrisk ledningsevne og termisk ledningsevne, som blev begrundet eksperimentelt. Denne Wiedemann-Franz lov er karakteriseret ved følgende formler:

De fristende udsigter til superledning

De mest fantastiske processer sker dog ved den minimale teknisk opnåelige temperatur af flydende helium. Under sådanne køleforhold mister alle metaller praktisk talt deres resistivitet. Kobbertråde, afkølet til temperaturen af ​​flydende helium, er i stand til at lede strømme mange gange større end under normale forhold. Hvis dette blev muligt i praksis, ville den økonomiske effekt være uvurderlig.

Endnu mere overraskende var opdagelsen af ​​højtemperaturledere. Under normale forhold var disse typer keramik meget langt fra metaller i deres resistivitet. Men ved temperaturer omkring tre titusgrader over flydende helium blev de superledere. Opdagelsen af ​​denne opførsel af ikke-metalliske materialer er blevet en stærk stimulans for forskning. På grund af den største økonomiske konsekvenser praktisk anvendelse Meget betydelige økonomiske ressourcer blev afsat til superledning i denne retning, og storstilet forskning begyndte.

Men for nu, som man siger, "er ting der stadig"... Keramiske materialer viste sig at være uegnede til praktisk brug. Betingelserne for at opretholde superledningstilstanden krævede så store udgifter, at alle fordelene ved dens brug blev ødelagt. Men eksperimenter med superledning fortsætter. Der er fremskridt. Superledningsevne er allerede opnået ved en temperatur på 165 grader Kelvin, men dette kræver højt blodtryk. Oprettelsen og opretholdelsen af ​​sådanne særlige betingelser nægter igen den kommercielle brug af dette teknisk løsning.

Yderligere påvirkningsfaktorer

I øjeblikket fortsætter alt med at gå sin vej, og for kobber, aluminium og nogle andre metaller sikrer resistiviteten fortsat deres industrielle anvendelse til fremstilling af ledninger og kabler. Afslutningsvis er det værd at tilføje lidt mere information om, at ikke kun ledermaterialets resistivitet og temperatur miljø påvirke tabene i det under passagen af ​​elektrisk strøm. Lederens geometri er meget vigtig, når den bruges ved højspændingsfrekvenser og hvornår stor styrke strøm

Under disse forhold har elektroner en tendens til at koncentrere sig nær overfladen af ​​ledningen, og dens tykkelse som en leder mister sin betydning. Derfor er det muligt med rette at reducere mængden af ​​kobber i ledningen ved kun at lave den ydre del af lederen fra den. En anden faktor til at øge en leders resistivitet er deformation. Derfor, på trods af den høje ydeevne af nogle elektrisk ledende materialer, kan de under visse forhold muligvis ikke vises. De korrekte ledere bør vælges til specifikke opgaver. Tabellerne nedenfor vil hjælpe med dette.