Specifický odpor je to, co?

Když říkají, že měď je těžší kov než hliník, srovnejte jejich hustotu. Podobně, když se říká, že měď je lepší vodič než hliník, srovnávají jejich odpor (rho-), jehož hodnota nezávisí na velikosti nebo tvaru určitého vzorku - pouze na samotném materiálu.

Teoretické zdůvodnění

Odpor je měřítkem odporu elektrické vodivosti pro danou velikost materiálu. Opačný je elektrická vodivost. Kovy jsou dobré elektrické vodiče (vysoká vodivost a nízká hodnota rho-), zatímco nekovy jsou převážně špatné vodiče (nízká vodivost a vysoká hodnota rho-).

Známější tepelný elektrický odpor měří, jak je obtížné, aby materiál vedl elektrickou energii. To závisí na velikosti součásti: odpor je vyšší pro delší nebo užší část materiálu. Aby se odstranil efekt velikosti od odporu, použije se odpor materiálu - to je materiálová vlastnost, která nezávisí na velikosti. U většiny materiálů vzrůstá odpor s teplotou. Výjimky jsou polovodiče (např. křemík), při kterém se s teplotou snižuje.

Snadnost, s jakou materiál vede teplo, se měří tepelnou vodivostí. Jako první hodnocení jsou dobré elektrické vodiče také dobré tepelné vodiče. Odpor je označen symbolem r a jeho měrnou jednotkou je ohmmetr. Odpor čisté mědi je 1,7 × 10 -8 Ohm. Toto velmi malé číslo - 0.000 000 017 Ohm znamená, že měď krychlový měď prakticky neodolá. Čím menší je odpor (ohmmetr nebo Omega-m), tím lepší je materiál v kabeláži. Odpor je opačná strana vodivosti.

Klasifikace materiálů

Rozsah odolnosti materiálu se často používá pro klasifikaci jako vodič, polovodič nebo izolátor. Pevné prvky jsou v periodické tabulce prvků klasifikovány jako izolátory, polovodiče nebo vodiče jejich "statickou odolností". Odolnost v izolátoru, polovodičovém nebo vodivém materiálu je hlavní vlastností, která je brána v úvahu pro použití v elektrotechnice.

V tabulce jsou uvedeny některé údaje rho-, sigma- a teplotní koeficienty. U kovů se s rostoucí teplotou zvyšuje odpor. U polovodičů a mnoha izolátorů platí pravý opak.

Výpočet měrného odporu

Pro každou danou teplotu můžeme vypočítat elektrický odpor objektu v ohmech pomocí následujícího vzorce.

V tomto vzorci:

• R je odpor objektu, v ohmech;
• rho- je odpor (specifičnost) materiálu, z něhož je objekt vytvořen;
• L je délka objektu v metrech;
• A je plocha průřezu objektu v metrech čtverečních.

Odpor je roven určitému počtu ohmmetrů. I přes to, že jednotka rho - v systému SI, zpravidla ohmmetr, někdy se používá rozměr ohmů na centimetr.

Odolnost materiálu je určena z velikosti elektrického pole podél něj, což dává určitou hustotu proudu.

rho = E / J, kde:

• rho- v ohmmetru;
• E je velikost elektrického pole ve voltech na metr;
• J je proudová hustota v ampérech na metr čtvereční.

Jak zjistit odpor? Mnoho rezistorů a vodičů má jednotný průřez s rovnoměrným proudem. Proto existuje specifičtější, ale obecněji používaná rovnice.

rho = R * A / J, kde:

• R je odpor homogenního vzorku materiálu měřeného v ohmech;
• l je délka kusu materiálu měřená v metrech, m;
• A je plocha průřezu vzorku, měřená v metrech čtverečních, m².

Základy odolnosti materiálů

Elektrický odpor materiálu je také známý jako elektrický odpor. To je ukazatel toho, kolik materiálu odolává toku elektrického proudu. Lze jej stanovit vydělením odporu na jednotku délky a plochu průřezu jednotky pro konkrétní materiál při dané teplotě.

To znamená, že je nízká rho - označuje materiál, který snadno umožňuje pohyb elektronů. Naopak, materiál s vysokým rho - budou mít vysoký odpor a budou bránit toku elektronů. Prvky jako měď a hliník jsou známy svou nízkou úrovní rho-. Stříbro a zejména zlato mají velmi nízkou hodnotu rho-, ale ze zřejmých důvodů je jejich použití omezené.

Oblasti odporu

Materiály jsou umístěny v různých kategoriích v závislosti na jejich ukazateli rho-. Shrnutí je uvedeno v následující tabulce.

Úroveň vodivosti polovodičů závisí na úrovni dopingu. Bez legování vypadají téměř jako izolátory, což je stejné pro elektrolyty. Úroveň Rho-materiály se velmi liší.

Teplotní koeficient odporu

Ve většině případů se odpor zvyšuje s teplotou. V důsledku toho je potřeba pochopit teplotní závislost odporu. Důvod teplotního koeficientu odporu ve vodiči může být odůvodněn intuitivně. Odolnost materiálu závisí na řadě jevů. Jedním z nich je počet kolizí, které se vyskytují mezi nosiči náboje a atomy v materiálu. Odolnost vodiče se zvýší s rostoucí teplotou, protože počet kolizí se zvětší.

To nemusí být vždy případ, jelikož se při zvyšující se teplotě uvolňují další nosiče náboje, což povede ke snížení odporu materiálů. Tento efekt je často pozorován v polovodičových materiálech.

Při zohlednění teplotní závislosti odporu se obvykle předpokládá, že teplotní koeficient odporu se řídí lineárním zákonem. To se týká teploty v místnosti a pro kovy a mnoho dalších materiálů. Bylo však zjištěno, že účinky odporu vyplývající z počtu kolizí nejsou vždy konstantní, zvláště při velmi nízkých teplotách (fenomén supravodivosti).

Teplotní graf odporu

Odpor vodiče při jakékoliv dané teplotě lze vypočítat z hodnoty teploty a jejího teplotního koeficientu odporu.

R = Rref * (1+ alfa- (T-Tref)), kde:

• R je odpor;
• Rref - odpor při referenční teplotě;
• alfa - teplotní koeficient odolnosti materiálu;
• Tref je referenční teplota, pro kterou je indikován teplotní koeficient.

Teplotní koeficient odporu, obvykle standardizovaný při teplotě 20 ° C Proto rovnice běžně používaná v praktickém smyslu:

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

• R20 = odpor při 20 ° C;
• alfa-20 - teplotní koeficient odporu při 20 ° C;
• T20 - teplota rovnající se 20 ° C.

Odolnost materiálů při pokojové teplotě

Níže uvedená tabulka odporu obsahuje mnoho látek široce používaných v elektrotechnice, včetně mědi, hliníku, zlata a stříbra. Tyto vlastnosti jsou zvláště důležité, protože se určuje, zda se látka může použít k výrobě široké škály elektrických a elektronických součástek z drátů do složitějších zařízení, jako jsou odpory, potenciometry a mnoho dalších.

Srovnání vodivost mědi a hliníku

Vodiče se skládají z materiálů, které vedou elektrický proud. Nemagnetické kovy jsou obvykle považovány za ideální vodiče elektrické energie. V odvětví drátů a kabelů se používají různé kovové vodiče, nejčastěji se však jedná o měď a hliník. Vodiče mají různé vlastnosti, jako je vodivost, pevnost v tahu, hmotnost a dopad na životní prostředí.

Odpor vodiče mědi je mnohem častěji používán při výrobě kabelů než hliníku. Téměř všechny elektronické kabely jsou vyrobeny z mědi, stejně jako ostatní zařízení a zařízení, která používají vysokou vodivost mědi. Měděné vodiče jsou také široce používány v distribučních a výrobních systémech a v automobilovém průmyslu. Pro úsporu hmotnosti a nákladů využívají podniky pro přenos elektřiny hliník v nadzemních vedeních.

Hliník se používá v průmyslových odvětvích, kde je důležitá jeho lehkost, jako je například konstrukce letadel, avšak v budoucnu se očekává, že se zvýší jeho využití v automobilovém průmyslu. Pro silnější kabely se měděný hliníkový vodič používá k použití odporu mědi, což vede k výrazné úspoře konstrukce z lehkého hliníku.

Měděné vodiče

Měď je jedním z nejstarších známých materiálů. Jeho plastičnost a elektrickou vodivost používají bývalí experimentátoři s elektřinou, jako jsou Ben Franklin a Michael Faraday. Nízká Materiály z mědi vedly k tomu, že byla přijata jako hlavní vodiče používaná v vynálezech, jako je telegraf, telefon a elektromotor. Měď je nejběžnější vodivý kov. V roce 1913 byla přijata mezinárodní norma pro kalcinaci mědi (IACS), která porovnává vodivost ostatních kovů s mědí.

Podle této normy má komerčně čistá žíhaná měď vodivost 100% IACS. Odolnost materiálů se porovnává se standardem. Komerčně čistá měď vyrobená dnes může mít vyšší hodnoty vodivosti IACS, neboť technologie zpracování výrazně posunula dopředu v průběhu času. Vedle vynikající vodivosti mědi má kov vysokou pevnost v tahu, tepelnou vodivost a tepelnou roztažnost. Žíhaný měděný drát používaný pro elektrické účely splňuje všechny požadavky normy.

Hliníkové vodiče

Navzdory tomu, že měď má dlouhou historii jako materiálu pro výrobu elektrické energie, hliník má určité výhody, díky nimž je atraktivní pro konkrétní aplikaci, a její měrný odpor proudu opakovaně rozšiřuje okruh jeho použití. Hliník má 61% vodivosti mědi a pouze 30% hmotnosti mědi. To znamená, že drát z hliníku váží polovinu stejně jako měděný drát se stejným elektrickým odporem.

Hliník je zpravidla levnější než měděný drát. Hliníkové vodiče sestávají z různých slitin, mají minimální obsah hliníku 99,5%. V šedesátých a sedmdesátých letech, díky vysoké ceně mědi, se tato třída hliníku široce využívala pro domácí elektroinstalace.

Vzhledem k nízké kvalitě výroby v případě, že sloučeniny a fyzické rozdíly mezi hliníkovými a měděnými vodiči a zařízení vyráběných na základě jejich spojení v místech kontaktů měděné a hliníkové oceli hořlavý. Pro vyloučení negativního procesu byly vyvinuty hliníkové slitiny s vlastnostmi tečení a prodloužení, které byly více podobné mědi. Tyto slitiny se používají pro výrobu hliníkového vodiče, který je odpor proudu, který je přijatelný pro hromadné použití, splňují požadavky na bezpečnost elektrických sítí.

Pokud se používá hliník v místech, kde byla dříve použitá měď, aby byla zachována stejná výkonnost sítě, musíte použít hliníkový drát, který je dvojnásobný než měděný drát.

Aplikace elektrické vodivosti materiálů

Mnohé z materiálů, které se nacházejí v tabulce odporu, jsou v elektronice široce používány. Hliník a zejména měď se používají kvůli nízké úrovni odporu. Většina drátů a kabelů používaných dnes pro elektrické připojení je vyrobena z mědi, protože poskytuje nízkou úroveň rho- a mají dostupnou cenu. Dobrá vodivost zlata, navzdory ceně, se používá i v některých velmi přesných nástrojích.

Často se pokovování zlatem nachází na vysoce kvalitních nízkonapěťových přípojkách, kde je úkolem zajistit nejmenší kontaktní odpor. Stříbro není v průmyslové elektrotechnice široce používáno, protože je rychle oxidováno, což vede k velkému kontaktnímu odporu. V některých případech může oxid působit jako usměrňovač. Tantalová odolnost se používá v kondenzátorech, nikoli nikl a palladium jsou používány v koncových spojích pro mnoho prvků na povrchu. Quartz najdou svou hlavní aplikaci jako piezoelektrický rezonanční prvek. Quartzové krystaly se používají jako frekvenční prvky v mnoha generátorech, kde jejich vysoká hodnota umožňuje vytvářet spolehlivé frekvenční obrysy.