Quella che viene chiamata resistività. Resistività elettrica dell'acciaio a diverse temperature

Pertanto, è importante conoscere i parametri di tutti gli elementi e i materiali utilizzati. E non solo elettrico, ma anche meccanico. E averne alcuni convenienti a tua disposizione materiali di riferimento, consentendoti di confrontare le caratteristiche materiali diversi e scegli per progettare e lavorare esattamente ciò che sarà ottimale in una situazione particolare.
Nelle linee di trasmissione dell'energia, dove l'obiettivo è fornire energia al consumatore nel modo più produttivo, cioè con alta efficienza, vengono presi in considerazione sia l'economia delle perdite che la meccanica delle linee stesse. Il risultato finale dipende dalla meccanica, cioè dal dispositivo e dalla disposizione dei conduttori, degli isolanti, dei supporti, dei trasformatori step-up/step-down, dal peso e dalla resistenza di tutte le strutture, compresi i cavi tesi su lunghe distanze, nonché dalla materiali selezionati per ciascun elemento strutturale. efficienza economica linea, il suo funzionamento e i costi operativi. Inoltre, nelle linee che trasmettono elettricità, ci sono requisiti più elevati per garantire la sicurezza sia delle linee stesse che di tutto ciò che le circonda e dove passano. E questo aggiunge costi sia per la fornitura del cablaggio elettrico, sia per un ulteriore margine di sicurezza di tutte le strutture.

Per fare un confronto, i dati sono solitamente ridotti a un'unica forma comparabile. Spesso a tali caratteristiche viene aggiunto l'epiteto "specifico" e i significati stessi vengono considerati su una base unificata. parametri fisici standard. Ad esempio, specifico resistenza elettrica- questa è la resistenza (ohm) di un conduttore costituito da un metallo (rame, alluminio, acciaio, tungsteno, oro), avente una lunghezza unitaria e una sezione trasversale unitaria nel sistema di unità di misura utilizzato (solitamente in SI) . Inoltre, viene specificata la temperatura, poiché quando riscaldata la resistenza dei conduttori può comportarsi diversamente. Come base vengono prese le normali condizioni operative medie: a 20 gradi Celsius. E dove le proprietà sono importanti quando si modificano i parametri ambientali (temperatura, pressione), vengono introdotti coefficienti e vengono compilate tabelle aggiuntive e grafici delle dipendenze.

Tipi di resistività

Poiché si verifica la resistenza:

• attivo - o ohmico, resistivo - risultante dal dispendio di elettricità per riscaldare il conduttore (metallo) quando lo attraversa corrente elettrica, E
• reattivo - capacitivo o induttivo - che si verifica a causa delle inevitabili perdite dovute alla creazione di eventuali cambiamenti nella corrente che passa attraverso il conduttore di campi elettrici, quindi la resistività del conduttore è disponibile in due varietà:

1. Resistenza elettrica specifica alla corrente continua (di natura resistiva) e
2. Resistenza elettrica specifica alla corrente alternata (di natura reattiva).

Qui, la resistività di tipo 2 è un valore complesso; è costituita da due componenti TC: attiva e reattiva, poiché la resistenza resistiva esiste sempre quando passa la corrente, indipendentemente dalla sua natura, e la resistenza reattiva si verifica solo con qualsiasi variazione di corrente nei circuiti. Nei circuiti CC, la reattanza si verifica solo durante i processi transitori associati all'accensione della corrente (cambiamento di corrente da 0 a nominale) o allo spegnimento (differenza da nominale a 0). E di solito vengono presi in considerazione solo quando si progetta la protezione da sovraccarico.

Nei circuiti a corrente alternata, i fenomeni associati alla reattanza sono molto più diversificati. Dipendono non solo dall'effettivo passaggio della corrente attraverso una determinata sezione trasversale, ma anche dalla forma del conduttore e la dipendenza non è lineare.

Il fatto è che la corrente alternata induce un campo elettrico sia attorno al conduttore attraverso il quale scorre, sia nel conduttore stesso. E da questo campo nascono correnti parassite, che danno l'effetto di “spingere” l'effettivo movimento principale delle cariche, dalle profondità dell'intera sezione trasversale del conduttore alla sua superficie, il cosiddetto “effetto pelle” (da pelle - pelle). Si scopre che le correnti parassite sembrano “rubare” la sua sezione trasversale al conduttore. La corrente scorre in un certo strato vicino alla superficie, lo spessore rimanente del conduttore rimane inutilizzato, la sua resistenza non viene ridotta e semplicemente non ha senso aumentare lo spessore dei conduttori. Soprattutto alle alte frequenze. Pertanto, per la corrente alternata, la resistenza viene misurata in quelle sezioni di conduttori dove la sua intera sezione può essere considerata vicino alla superficie. Un filo di questo tipo è detto sottile; il suo spessore è pari al doppio della profondità di questo strato superficiale, dove le correnti parassite spostano la corrente principale utile che scorre nel conduttore.

Naturalmente, la riduzione dello spessore dei fili a sezione rotonda non si limita a attuazione efficace AC. Il conduttore può essere assottigliato, ma allo stesso tempo appiattito sotto forma di nastro, quindi la sezione trasversale sarà maggiore di quella di un filo tondo e, di conseguenza, la resistenza sarà inferiore. Inoltre, il semplice aumento della superficie avrà l'effetto di aumentare la sezione trasversale effettiva. Lo stesso può essere ottenuto utilizzando un filo a trefoli invece di un filo unipolare, inoltre, il filo a trefoli è più flessibile del filo unipolare, il che è spesso prezioso. D'altra parte, tenendo conto dell'effetto pelle nei fili, è possibile realizzare i fili compositi realizzando il nucleo da un metallo che presenta buone caratteristiche di resistenza, ad esempio acciaio, ma basse caratteristiche elettriche. In questo caso viene realizzata una treccia di alluminio sopra l'acciaio, che ha una resistività inferiore.

Oltre all'effetto pelle, il flusso di corrente alternata nei conduttori è influenzato dall'eccitazione delle correnti parassite nei conduttori circostanti. Tali correnti sono chiamate correnti di induzione e sono indotte sia nei metalli che non svolgono il ruolo di cablaggio (elementi strutturali portanti), sia nei fili dell'intero complesso conduttivo - svolgendo il ruolo di fili di altre fasi, neutro , messa a terra.

Tutto i fenomeni elencati presente in tutti i progetti elettrici, ciò rafforza ulteriormente l'importanza di avere a disposizione un riepilogo informazioni di base su una varietà di materiali.

Resistività per i conduttori si misura con strumenti molto sensibili e precisi, poiché per il cablaggio vengono selezionati i metalli che hanno la resistenza più bassa - nell'ordine di ohm * 10 -6 per metro di lunghezza e mq. mm. sezioni. Per misurare la resistività dell'isolamento, al contrario, sono necessari strumenti che abbiano intervalli di valori di resistenza molto ampi, solitamente megaohm. È chiaro che i conduttori devono condurre bene e gli isolanti devono isolare bene.

Tavolo

Tabella della resistività dei conduttori (metalli e leghe)
Materiale conduttore	Composizione (per le leghe)	Resistività ρ mΩ × mm2/m
	rame, zinco, stagno, nichel, piombo, manganese, ferro, ecc.
Alluminio
Tungsteno
Molibdeno
	rame, stagno, alluminio, silicio, berillio, piombo, ecc. (eccetto zinco)
	ferro, carbonio
	rame, nichel, zinco
Manganina	rame, nichel, manganese
Costantana	rame, nichel, alluminio
	nichel, cromo, ferro, manganese
	ferro, cromo, alluminio, silicio, manganese

Ferro come conduttore nell'ingegneria elettrica

Il ferro è il metallo più diffuso in natura e in tecnologia (dopo l'idrogeno, anch'esso un metallo). È il più economico e ha eccellenti caratteristiche di resistenza, quindi viene utilizzato ovunque come base per la forza. vari disegni.

Nell'ingegneria elettrica, il ferro viene utilizzato come conduttore sotto forma di fili di acciaio flessibili dove sono necessarie resistenza fisica e flessibilità e la resistenza richiesta può essere ottenuta attraverso la sezione trasversale adeguata.

Avendo una tabella delle resistività di vari metalli e leghe, puoi calcolare le sezioni trasversali dei fili costituiti da diversi conduttori.

Ad esempio, proviamo a trovare la sezione elettricamente equivalente di conduttori di materiali diversi: rame, tungsteno, nichel e filo di ferro. Prendiamo come filo iniziale un filo di alluminio con una sezione trasversale di 2,5 mm.

È necessario che su una lunghezza di 1 m la resistenza del filo composto da tutti questi metalli sia uguale alla resistenza di quello originale. La resistenza dell'alluminio per 1 m di lunghezza e 2,5 mm di sezione sarà pari a

Dove R- resistenza, ρ – resistività del metallo dal tavolo, S– area della sezione trasversale, l- lunghezza.

Sostituendo i valori originali, otteniamo la resistenza di un pezzo di filo di alluminio lungo un metro in ohm.

Dopodiché risolviamo la formula di S

Sostituiremo i valori della tabella e otterremo le aree della sezione trasversale per diversi metalli.

Poiché la resistività nella tabella è misurata su un filo lungo 1 m, in microohm per sezione di 1 mm 2, l'abbiamo ottenuta in microohm. Per ottenerlo in ohm, è necessario moltiplicare il valore per 10 -6. Ma non dobbiamo necessariamente ottenere il numero ohm con 6 zeri dopo la virgola, poiché troviamo comunque il risultato finale in mm2.

Come puoi vedere, la resistenza del ferro è piuttosto alta, il filo è spesso.

Ma ci sono materiali per i quali è ancora maggiore, ad esempio il nichel o la costantana.

I metalli misurano la loro capacità di resistere al passaggio della corrente elettrica. Questo valore è espresso in Ohm-metro (Ohm⋅m).

Il simbolo che rappresenta la resistività è lettera grecaρ (rho). Un'elevata resistività significa che il materiale è un cattivo conduttore di carica elettrica.

La resistività elettrica è definita come il rapporto tra l’intensità del campo elettrico all’interno di un metallo e la densità di corrente al suo interno:

Dove:
ρ—resistività del metallo (Ohm⋅m),
E - intensità del campo elettrico (V/m),
J è il valore della densità di corrente elettrica nel metallo (A/m2)

Se l'intensità del campo elettrico (E) in un metallo è molto elevata e la densità di corrente (J) è molto piccola, ciò significa che il metallo ha un'elevata resistività.

Il reciproco della resistività è la conduttività elettrica, che indica quanto bene un materiale conduce la corrente elettrica:

σ è la conducibilità del materiale, espressa in siemens per metro (S/m).

La resistenza elettrica, uno dei componenti della legge di Ohm, è espressa in ohm (Ohm). Va notato che resistenza elettrica e resistività non sono la stessa cosa. La resistività è una proprietà di un materiale, mentre la resistenza elettrica è una proprietà di un oggetto.

La resistenza elettrica di un resistore è determinata dalla combinazione della sua forma e della resistività del materiale di cui è costituito.

Ad esempio, un resistore costituito da un filo lungo e sottile ha una resistenza maggiore di un resistore costituito da un filo corto e spesso dello stesso metallo.

Allo stesso tempo, un resistore a filo avvolto realizzato con un materiale ad alta resistività ha una resistenza elettrica maggiore rispetto a un resistore realizzato con un materiale a bassa resistività. E tutto questo nonostante entrambi i resistori siano realizzati con filo della stessa lunghezza e diametro.

Per illustrare ciò, possiamo tracciare un'analogia con un sistema idraulico, in cui l'acqua viene pompata attraverso tubi.

• Più lungo e sottile è il tubo, maggiore è la resistenza all'acqua.
• Un tubo pieno di sabbia resisterà all'acqua più di un tubo senza sabbia.

La quantità di resistenza del filo dipende da tre parametri: la resistività del metallo, la lunghezza e il diametro del filo stesso. Formula per calcolare la resistenza del filo:

Dove:
R - resistenza del filo (Ohm)
ρ - resistività del metallo (Ohm.m)
L - lunghezza del cavo (m)
A - area della sezione trasversale del filo (m2)

Ad esempio, consideriamo un resistore a filo avvolto in nichelcromo con una resistività di 1,10×10-6 Ohm.m. Il filo ha una lunghezza di 1500 mm e un diametro di 0,5 mm. Sulla base di questi tre parametri, calcoliamo la resistenza del filo di nicromo:

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

Nicromo e costantana sono spesso usati come materiali di resistenza. Di seguito nella tabella puoi vedere la resistività di alcuni dei metalli più comunemente usati.

Il valore della resistenza superficiale si calcola allo stesso modo della resistenza del filo. In questo caso, l'area della sezione trasversale può essere rappresentata come il prodotto di w e t: Per alcuni materiali, come i film sottili, la relazione tra resistività e spessore del film è chiamata resistenza del foglio RS:

dove RS è misurato in ohm. Per questo calcolo, lo spessore del film deve essere costante.

Spesso, i produttori di resistori tagliano le tracce nella pellicola per aumentare la resistenza e aumentare il percorso della corrente elettrica.

Proprietà dei materiali resistivi

La resistività di un metallo dipende dalla temperatura. I loro valori sono solitamente indicati per la temperatura ambiente (20°C). La variazione di resistività conseguente ad una variazione di temperatura è caratterizzata da un coefficiente di temperatura.

Ad esempio, i termistori (termistori) utilizzano questa proprietà per misurare la temperatura. D'altra parte, nell'elettronica di precisione, questo è un effetto piuttosto indesiderato.
I resistori a film metallico hanno eccellenti proprietà di stabilità alla temperatura. Ciò è ottenuto non solo grazie alla bassa resistività del materiale, ma anche grazie alla struttura meccanica del resistore stesso.

Nella produzione dei resistori vengono utilizzati molti materiali e leghe diversi. Nicromo (una lega di nichel e cromo), grazie alla sua elevata resistività e resistenza all'ossidazione alte temperature, viene spesso utilizzato come materiale per la fabbricazione di resistori a filo avvolto. Il suo svantaggio è che non può essere saldato. La costantana, un altro materiale popolare, è facile da saldare e ha un coefficiente di temperatura inferiore.

La corrente elettrica si verifica a seguito della chiusura di un circuito con una differenza di potenziale tra i terminali. Le forze del campo agiscono sugli elettroni liberi e si muovono lungo il conduttore. Durante questo viaggio, gli elettroni incontrano gli atomi e trasferiscono loro parte dell'energia accumulata. Di conseguenza, la loro velocità diminuisce. Ma, a causa dell’influenza del campo elettrico, sta riprendendo slancio. Pertanto, gli elettroni sperimentano costantemente resistenza, motivo per cui la corrente elettrica si riscalda.

La proprietà di una sostanza di convertire l'elettricità in calore quando esposta alla corrente è la resistenza elettrica ed è indicata come R, la sua unità di misura è Ohm. La quantità di resistenza dipende principalmente dalla capacità dei vari materiali di condurre corrente.
Per la prima volta il ricercatore tedesco G. Ohm ha parlato di resistenza.

Per scoprire la dipendenza della corrente dalla resistenza, il famoso fisico condusse numerosi esperimenti. Per gli esperimenti utilizzò vari conduttori e ottenne vari indicatori.
La prima cosa che G. Ohm determinò fu che la resistività dipende dalla lunghezza del conduttore. Cioè, se la lunghezza del conduttore aumenta, aumenta anche la resistenza. Di conseguenza, questa relazione è stata determinata come direttamente proporzionale.

La seconda relazione è l'area della sezione trasversale. Potrebbe essere determinato sezionando il conduttore. L'area della figura formata sul taglio è l'area della sezione trasversale. Qui il rapporto è inversamente proporzionale. Cioè, maggiore è l'area della sezione trasversale, minore diventa la resistenza del conduttore.

E la terza, importante grandezza da cui dipende la resistenza è il materiale. Come risultato di ciò che Om ha utilizzato negli esperimenti vari materiali, ha scoperto varie proprietà di resistenza. Tutti questi esperimenti e indicatori sono stati riassunti in una tabella dalla quale si può vedere significato diverso resistenza specifica di varie sostanze.

È noto che i migliori conduttori sono i metalli. Quali metalli sono i migliori conduttori? La tabella mostra che il rame e l'argento hanno la resistenza minore. Il rame viene utilizzato più spesso a causa del suo costo inferiore e l'argento viene utilizzato nei dispositivi più importanti e critici.

Le sostanze con elevata resistività presenti nella tabella non conducono bene l'elettricità, il che significa che possono essere ottimi materiali isolanti. Le sostanze che possiedono maggiormente questa proprietà sono la porcellana e l'ebanite.

In generale, la resistività elettrica è molto fattore importante dopotutto, determinandone l'indicatore, possiamo scoprire di quale sostanza è fatto il conduttore. Per fare ciò, è necessario misurare l'area della sezione trasversale, scoprire la corrente utilizzando un voltmetro e un amperometro e anche misurare la tensione. In questo modo scopriremo il valore della resistività e, tramite la tabella, potremo identificare facilmente la sostanza. Si scopre che la resistività è come l'impronta digitale di una sostanza. Inoltre, la resistività è importante quando si pianificano circuiti elettrici lunghi: dobbiamo conoscere questo indicatore per mantenere un equilibrio tra lunghezza e area.

Esiste una formula che determina che la resistenza è 1 ohm se, ad una tensione di 1 V, la sua corrente è 1 A. Cioè, la resistenza di un'unità di area e di un'unità di lunghezza costituita da una determinata sostanza è la resistenza specifica.

Va inoltre notato che l'indicatore di resistività dipende direttamente dalla frequenza della sostanza. Cioè, se ha impurità. Tuttavia, l'aggiunta solo dell'1% di manganese aumenta di tre volte la resistenza della sostanza più conduttiva, il rame.

Questa tabella mostra la resistività elettrica di alcune sostanze.

Materiali altamente conduttivi

Rame
Come abbiamo già detto, il rame viene spesso utilizzato come conduttore. Ciò è spiegato non solo dalla sua bassa resistenza. Il rame presenta i vantaggi di elevata resistenza, resistenza alla corrosione, facilità d'uso e buona lavorabilità. Buone marche il rame è considerato M0 e M1. La quantità di impurità in essi contenute non supera lo 0,1%.

L'alto costo del metallo e la sua predominanza in ultimamente la scarsità incoraggia i produttori a utilizzare l’alluminio come conduttore. Inoltre, vengono utilizzate leghe di rame con vari metalli.
Alluminio
Questo metallo è molto più leggero del rame, ma l'alluminio sì grandi valori capacità termica e punto di fusione. A questo proposito, per portarlo allo stato fuso, è necessaria più energia del rame. Tuttavia, è necessario tenere conto del fatto della carenza di rame.
Nella produzione di prodotti elettrici, di norma viene utilizzato l'alluminio di grado A1. Non contiene più dello 0,5% di impurità. E metallo frequenza più alta- questo è il grado di alluminio AB0000.
Ferro
L'economicità e la disponibilità del ferro sono oscurate dalla sua elevata resistività. Inoltre, si corrode rapidamente. Per questo motivo i conduttori in acciaio sono spesso rivestiti di zinco. Il cosiddetto bimetallo è ampiamente utilizzato: si tratta di acciaio rivestito di rame per protezione.
Sodio
Anche il sodio è un materiale accessibile e promettente, ma la sua resistenza è quasi tre volte quella del rame. Inoltre, il sodio metallico ha un'elevata attività chimica, che richiede la copertura di tale conduttore con una protezione ermeticamente sigillata. Dovrebbe anche proteggere il conduttore da danni meccanici, poiché il sodio è un materiale molto morbido e piuttosto fragile.

Superconduttività
La tabella seguente mostra la resistività delle sostanze ad una temperatura di 20 gradi. L'indicazione della temperatura non è casuale, poiché la resistività dipende direttamente da questo indicatore. Ciò è spiegato dal fatto che quando riscaldati aumenta anche la velocità degli atomi, il che significa che aumenterà anche la probabilità che incontrino gli elettroni.

È interessante ciò che accade alla resistenza in condizioni di raffreddamento. Per la prima volta, il comportamento degli atomi è molto basse temperature notato da G. Kamerlingh Onnes nel 1911. Raffreddò il filo di mercurio a 4K e scoprì che la sua resistenza era scesa a zero. La variazione dell'indice di resistività di alcune leghe e metalli in condizioni di bassa temperatura è chiamata dai fisici superconduttività.

I superconduttori entrano in uno stato di superconduttività una volta raffreddati e le loro caratteristiche ottiche e strutturali non cambiano. La scoperta principale è quella elettrica e proprietà magnetiche i metalli in uno stato superconduttore sono molto diversi dalle loro proprietà nello stato normale, così come dalle proprietà di altri metalli che non possono passare a questo stato quando la temperatura diminuisce.
L'uso dei superconduttori viene effettuato principalmente per ottenere super-resistenti campo magnetico, la cui forza raggiunge i 107 A/m. Sono in fase di sviluppo anche sistemi di linee elettriche superconduttrici.

Materiali simili.

O circuito elettrico corrente elettrica.

La resistenza elettrica è definita come coefficiente di proporzionalità R tra tensione U e alimentazione CC IO nella legge di Ohm per una sezione di un circuito.

L'unità di resistenza si chiama ohm(Ohm) in onore dello scienziato tedesco G. Ohm, che introdusse questo concetto nella fisica. Un ohm (1 Ohm) è la resistenza di un tale conduttore in cui, a tensione 1 IN la corrente è uguale a 1 UN.

Resistività.

La resistenza di un conduttore omogeneo di sezione trasversale costante dipende dal materiale del conduttore, dalla sua lunghezza l e sezione trasversale S e può essere determinato dalla formula:

Dove ρ - resistenza specifica della sostanza di cui è costituito il conduttore.

Resistenza specifica di una sostanza- questa è una quantità fisica che mostra quale resistenza ha un conduttore costituito da questa sostanza di lunghezza unitaria e area di sezione trasversale unitaria.

Dalla formula ne consegue che

Valore reciproco ρ , chiamato conduttività σ :

Poiché l'unità SI di resistenza è 1 ohm. l'unità di area è 1 m2 e l'unità di lunghezza è 1 m, quindi l'unità SI di resistività è 1 Ohm · m 2 /m, o 1 Ohm m. L'unità SI di conduttività è Ohm -1 m -1 .

In pratica, l'area della sezione trasversale dei fili sottili è spesso espressa in millimetri quadrati (mm2). In questo caso, un'unità di resistività più conveniente è Ohm mm 2 /m. Poiché 1 mm 2 = 0,000001 m 2, allora 1 Ohm mm 2 /m = 10 -6 Ohm m. I metalli hanno una resistività molto bassa - circa (1·10 -2) Ohm·mm 2 /m, i dielettrici - 10 15 -10 20 maggiore.

Dipendenza della resistenza dalla temperatura.

All’aumentare della temperatura aumenta la resistenza dei metalli. Tuttavia, esistono leghe la cui resistenza quasi non cambia con l'aumento della temperatura (ad esempio costantana, manganina, ecc.). La resistenza degli elettroliti diminuisce con l'aumentare della temperatura.

Coefficiente di temperatura della resistenza di un conduttore è il rapporto tra la variazione della resistenza del conduttore quando riscaldato di 1 °C e il valore della sua resistenza a 0 ºC:

.

La dipendenza della resistività dei conduttori dalla temperatura è espressa dalla formula:

.

Generalmente α dipende dalla temperatura, ma se l'intervallo di temperatura è piccolo, il coefficiente di temperatura può essere considerato costante. Per metalli puri α = (1/273)K -1. Per soluzioni elettrolitiche α < 0 . Ad esempio, per una soluzione al 10% di sale da cucina α = -0,02 K -1. Per costantana (lega rame-nichel) α = 10 -5 K -1.

Viene utilizzata la dipendenza della resistenza del conduttore dalla temperatura termometri a resistenza.

• conduttori;
• dielettrici (con proprietà isolanti);
• semiconduttori.

Elettroni e corrente

Il concetto moderno di corrente elettrica si basa sul presupposto che sia costituita da particelle materiali: cariche. Ma diverso fisico e esperimenti chimici dare motivo di affermare che questi vettori di carica possono essere vari tipi nello stesso conduttore. E questa eterogeneità delle particelle influisce sulla densità attuale. Per i calcoli relativi ai parametri della corrente elettrica, vengono utilizzate alcune quantità fisiche. Tra questi, la conduttività e la resistenza occupano un posto importante.

• La conduttività è correlata alla resistenza in una relazione reciprocamente inversa.

È noto che quando viene applicata una certa tensione a un circuito elettrico, al suo interno appare una corrente elettrica, la cui entità è correlata alla conduttività di questo circuito. Questa scoperta fondamentale fu fatta un tempo dal fisico tedesco Georg Ohm. Da allora è in vigore una legge chiamata legge di Ohm. Esiste per diverse opzioni catene. Pertanto, le loro formule possono essere diverse l'una dall'altra, poiché corrispondono a condizioni completamente diverse.

Ogni circuito elettrico ha un conduttore. Se contiene un tipo di particella portatrice di carica, la corrente nel conduttore è simile al flusso di un liquido, che ha una certa densità. È determinato dalla seguente formula:

La maggior parte dei metalli corrisponde allo stesso tipo di particelle cariche, grazie alle quali esiste la corrente elettrica. Per i metalli la conducibilità elettrica specifica si calcola mediante la seguente formula:

Poiché è possibile calcolare la conduttività, determinare la resistività elettrica è ora facile. Si è già accennato in precedenza che la resistività di un conduttore è il reciproco della conduttività. Quindi,

In questa formula la lettera Alfabeto grecoρ (rho) è usato per indicare la resistività elettrica. Questa designazione viene spesso utilizzata nella letteratura tecnica. Tuttavia, è possibile trovare anche formule leggermente diverse che possono essere utilizzate per calcolare la resistività dei conduttori. Se per i calcoli viene utilizzata la teoria classica dei metalli e della conduttività elettronica in essi, la resistività viene calcolata utilizzando la seguente formula:

Tuttavia, ce n’è uno “ma”. Lo stato degli atomi in un conduttore metallico è influenzato dalla durata del processo di ionizzazione che viene effettuato campo elettrico. Con un singolo effetto ionizzante su un conduttore, gli atomi in esso contenuti riceveranno un'unica ionizzazione, che creerà un equilibrio tra la concentrazione di atomi e gli elettroni liberi. E i valori di queste concentrazioni saranno uguali. In questo caso si verificano le seguenti dipendenze e formule:

Deviazioni di conduttività e resistenza

Successivamente, vediamo da cosa dipende conduttività, che è inversamente correlato alla resistività. La resistenza specifica di una sostanza è un concetto piuttosto astratto quantità fisica. Ogni conduttore esiste sotto forma di un campione specifico. È caratterizzato dalla presenza di varie impurità e difetti struttura interna. Essi vengono presi in considerazione come termini separati dell'espressione che determina la resistività secondo la regola di Matthiessen. Questa regola tiene conto anche della diffusione di un flusso di elettroni in movimento nei nodi che fluttuano a seconda della temperatura reticolo cristallino campione.

Anche la presenza di difetti interni, come inclusioni di varie impurità e vuoti microscopici, aumenta la resistività. Per determinare la quantità di impurità nei campioni, la resistività dei materiali viene misurata per due temperature del materiale campione. Un valore di temperatura è la temperatura ambiente e l'altro corrisponde all'elio liquido. In relazione al risultato della misurazione a temperatura ambiente dal risultato alla temperatura dell'elio liquido si ottiene un coefficiente che illustra la perfezione strutturale del materiale e la sua purezza chimica. Il coefficiente è indicato con la lettera β.

Se una lega metallica con struttura in soluzione solida disordinata viene considerata come conduttrice di corrente elettrica, il valore della resistività residua può essere significativamente maggiore della resistività. Questa caratteristica delle leghe metalliche di due componenti che non sono legati agli elementi delle terre rare, così come agli elementi di transizione, è coperta da una legge speciale. Si chiama legge di Nordheim.

Le moderne tecnologie elettroniche si stanno muovendo sempre più verso la miniaturizzazione. Tanto che presto comparirà la parola “nanocircuito” al posto di microcircuito. I conduttori di tali dispositivi sono così sottili che sarebbe corretto chiamarli pellicole metalliche. È abbastanza chiaro che il campione di pellicola differirà maggiormente nella sua resistività rispetto a un conduttore più grande. Il piccolo spessore del metallo nel film porta alla comparsa di proprietà semiconduttrici in esso.

Comincia ad apparire la proporzionalità tra lo spessore del metallo e il libero percorso degli elettroni in questo materiale. C’è poco spazio rimasto per il movimento degli elettroni. Pertanto, iniziano a interferire l’uno con il movimento dell’altro in modo ordinato, il che porta ad un aumento della resistività. Per i film metallici, la resistività viene calcolata utilizzando una formula speciale ottenuta sulla base di esperimenti. La formula prende il nome da Fuchs, uno scienziato che studiò la resistività dei film.

I film sono formazioni molto specifiche difficili da replicare, per cui le proprietà di diversi campioni sono le stesse. Per una precisione accettabile nella valutazione dei film, viene utilizzato un parametro speciale: resistenza superficiale specifica.

I resistori sono formati da pellicole metalliche sul substrato dei microcircuiti. Per questo motivo, i calcoli della resistività sono un compito molto ricercato nella microelettronica. Il valore della resistività è ovviamente influenzato dalla temperatura ed è legato ad essa per proporzionalità diretta. Per la maggior parte dei metalli, questa dipendenza presenta una porzione lineare in un determinato intervallo di temperature. In questo caso, la resistività è determinata dalla formula:

Nei metalli, la corrente elettrica si verifica a causa di gran numero elettroni liberi, la cui concentrazione è relativamente alta. Inoltre gli elettroni determinano anche la maggiore conduttività termica dei metalli. Per questo motivo è stata stabilita una connessione tra conducibilità elettrica e conducibilità termica mediante una legge speciale, che è stata giustificata sperimentalmente. Questa legge di Wiedemann-Franz è caratterizzata dalle seguenti formule:

Le allettanti prospettive della superconduttività

Tuttavia, i processi più sorprendenti avvengono alla temperatura minima tecnicamente raggiungibile dell’elio liquido. In tali condizioni di raffreddamento, tutti i metalli praticamente perdono la loro resistività. I fili di rame, raffreddati alla temperatura dell'elio liquido, sono in grado di condurre correnti molte volte maggiori rispetto a quelle in condizioni normali. Se ciò diventasse possibile nella pratica, l’effetto economico sarebbe inestimabile.

Ancora più sorprendente è stata la scoperta dei conduttori ad alta temperatura. In condizioni normali, questi tipi di ceramica erano molto lontani dai metalli nella loro resistività. Ma a temperature di circa tre decine di gradi superiori all'elio liquido, diventavano superconduttori. La scoperta di questo comportamento dei materiali non metallici ha fornito un potente stimolo alla ricerca. A causa del più grande conseguenze economiche applicazione pratica In questa direzione furono destinate alla superconduttività risorse finanziarie molto significative e iniziarono ricerche su larga scala.

Ma per ora, come si suol dire, “le cose sono ancora lì”... I materiali ceramici si sono rivelati inadatti all'uso pratico. Le condizioni per mantenere lo stato di superconduttività richiedevano spese così grandi che tutti i benefici derivanti dal suo utilizzo furono distrutti. Ma gli esperimenti con la superconduttività continuano. Ci sono progressi. La superconduttività è già stata raggiunta ad una temperatura di 165 gradi Kelvin, ma ciò richiede ipertensione. La creazione e il mantenimento di tali condizioni speciali ne negano ancora una volta l'uso commerciale soluzione tecnica.

Ulteriori fattori d'influenza

Attualmente tutto continua ad andare per il verso giusto e per il rame, l'alluminio e alcuni altri metalli la resistività continua a garantirne l'uso industriale per la produzione di fili e cavi. In conclusione, vale la pena aggiungere qualche informazione in più oltre alla resistività del materiale conduttore e alla temperatura ambiente influenzano le perdite in esso durante il passaggio della corrente elettrica. La geometria del conduttore è molto significativa se utilizzata a frequenze ad alta tensione e quando grande forza attuale

In queste condizioni, gli elettroni tendono a concentrarsi vicino alla superficie del filo e il suo spessore come conduttore perde il suo significato. Pertanto, è possibile ridurre in modo giustificato la quantità di rame nel filo ricavandone solo la parte esterna del conduttore. Un altro fattore che aumenta la resistività di un conduttore è la deformazione. Pertanto, nonostante le elevate prestazioni di alcuni materiali elettricamente conduttivi, in determinate condizioni potrebbero non apparire. I conduttori corretti dovrebbero essere selezionati per compiti specifici. Le tabelle riportate di seguito aiuteranno in questo.