Kaj je poseben odpor?

Ko pravijo, da je baker težji kovina kot aluminij, potem primerja njihovo gostoto. Podobno je, ko smo rekli, da je baker boljši prevodnik od aluminija, primerjali njihovo upornost (rho-), ki je odvisna od velikosti in oblike posameznega vzorca - samo na samem materialu.

Teoretična utemeljitev

Odpornost je merilo odpornosti električne prevodnosti za določeno velikost materiala. Njegova nasprotja je električna prevodnost. Kovine so dobri električni vodniki (visoka prevodnost in nizka vrednost rho-), medtem ko so ne-metali v glavnem slabi vodniki (nizka prevodnost in visoka vrednost rho-).

Bolj poznani toplotni električni upor meri, kako težko je, da material vzame električno energijo. To je odvisno od velikosti dela: upor je višji za daljši ali ožji del materiala. Za odpravo učinka velikosti od upora se uporablja upornost žice - to je lastnost materiala, ki ni odvisna od velikosti. Za večino materialov se odpornost povečuje s temperaturo. Izjeme so polprevodniki (npr. silicij), v katerem se zniža s temperaturo.

Enostavnost, s katero se gradi toplota, se meri s toplotno prevodnostjo. Kot prvo vrednotenje so dobri električni vodniki tudi dobri toplotni vodniki. Odpornost označuje simbol r, njegova merska enota pa je ohmmeter. Odpornost čistega bakra je 1,7 × 10 -8 Ohm. To zelo majhno število - 0.000 000 017 Ohm pomeni, da se kubični meter bakra praktično ne upira. Manjša je upornost (ohmmeter ali Omega-m), bolje se uporablja material v ožičenju. Odpornost je obratna prevodnost.

Razvrstitev materialov

Velikost materialne upornosti se pogosto uporablja za klasifikacijo kot prevodnik, polprevodnik ali izolator. Trdi elementi so razvrščeni kot izolatorji, polprevodniki ali vodniki z njihovim "statičnim uporom" v periodični tabeli elementov. Odpornost izolacijskega, polprevodniškega ali prevodnega materiala je glavna lastnost, ki se upošteva pri uporabi v elektrotehniki.

Tabela prikazuje nekaj podatkov rho-, sigma in temperaturni koeficienti. Za kovine se upor povečuje s povečano temperaturo. Za polprevodnike in številne izolatorje je obratno res.

Izračun upornosti

Za vsako določeno temperaturo lahko izračunamo električno upornost objekta v ohmih po naslednji formuli.

V tej formuli:

• R je odpornost predmeta, v ohmih;
• rho- je odpornost (specifičnost) materiala, iz katerega je izdelan predmet;
• L je dolžina predmeta v metrih;
• A je prečni prerez objekta, v kvadratnih metrih.

Upornost je enaka določenemu številu ohmmetrov. Kljub temu, da je enota V sistemu SI je praviloma ohmmeter, včasih pa se uporablja dimenzija ohmov na centimeter.

Odpornost materiala je določena z magnitudo električnega polja vzdolž nje, kar daje določeno gostoto toka.

rho- = E / J, kjer:

• rho- - v ohmmetru;
• E je velikost električnega polja v voltih na meter;
• J je trenutna gostota amperov na kvadratni meter.

Kako določiti upornost? Številni upori in vodniki imajo enakomerni prerez z enakim tokom. Zato je bolj specifična, vendar bolj pogosto uporabljena enačba.

rho = R * A / J, kjer:

• R je odpornost homogenega vzorca materiala, izmerjenega v ohmih;
• l dolžina kosov materiala, izmerjena v metrih, m;
• A je prečni prerez vzorca, izmerjen v kvadratnih metrih, m².

Osnove upornosti materialov

Električna upornost materiala je znana tudi kot električna upornost. To je pokazatelj, koliko materiala upira tok električnega toka. Določimo ga tako, da ločimo upor na dolžino enote in na enoto prečnega preseka, za določen material pri določeni temperaturi.

To pomeni, da je nizka rho- označuje material, ki omogoča enostavno gibanje elektronov. Nasprotno, material z visoko rho- bo imela visoko odpornost in ovirala pretok elektronov. Elementi, kot sta baker in aluminij, so znani po nizki ravni rho-. Srebro in še posebej zlato imajo zelo majhno vrednost rho-, vendar je zaradi očitnih razlogov njihova uporaba omejena.

Območje upornosti

Materiali so nameščeni v različne kategorije, odvisno od njihovega indikatorja rho-. Povzetek je podan v spodnji tabeli.

Raven prevodnosti polprevodnikov je odvisna od stopnje dopinga. Brez legiranja, izgledajo skoraj kot izolatorji, kar je enako za elektrolite. Raven materiali se zelo razlikujejo.

Temperativen koeficient odpornosti

V večini primerov upor se poveča s temperaturo. Zato je treba razumeti temperaturno odvisnost odpornosti. Razlog za temperaturni koeficient upornosti v prevodniku je lahko intuitivno upravičen. Odpornost materiala je odvisna od številnih pojavov. Ena izmed njih je število trkov, ki se pojavijo med nosilci polnjenja in atomi v materialu. Upornost prevodnika se poveča s povečano temperaturo, saj se število trkov povečuje.

To morda ni vedno tako, saj se dodatni nosilci polnjenja sproščajo s povečano temperaturo, kar bo povzročilo zmanjšanje uporovnosti materialov. Ta učinek je pogosto opažen v polprevodniških materialih.

Pri upoštevanju temperaturne odvisnosti odpornosti se običajno domneva, da temperaturni koeficient upora sledi linearnemu zakonu. To zadeva temperaturo v prostoru, kovine in veliko drugih materialov. Vendar pa je bilo ugotovljeno, da učinki upora, ki izhajajo iz števila trkov niso vedno konstantni, zlasti pri zelo nizkih temperaturah (pojav superprevodnosti).

Temperaturni grafikon upornosti

Odpornost vodnika pri kateri koli temperaturi se lahko izračuna iz vrednosti temperature in njegovega temperaturnega koeficienta upornosti.

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

• R je odpornost;
• Rref - upor pri referenčni temperaturi;
• alfa-temperaturni koeficient materialne upornosti;
• Tref je referenčna temperatura, za katero je naveden temperaturni koeficient.

Temperaturni koeficient odpornosti, običajno standardiziran pri temperaturi 20 ° C. V skladu s tem se enačba običajno uporablja v praktičnem pomenu:

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

• R20 = upor pri 20 ° C;
• alfa-20 - temperaturni koeficient upornosti pri 20 ° C;
• T20-temperatura je enaka 20 ° C.

Odpornost materialov pri sobni temperaturi

Spodnja tabela odpornosti vsebuje veliko snovi, ki se pogosto uporabljajo v elektrotehniki, vključno z bakrom, aluminijem, zlatom in srebrom. Te lastnosti so še posebej pomembni, saj ugotovi, ali se snov lahko uporablja pri izdelavi številnih električnih in elektronskih komponent z žicami za bolj zapletene naprave, kot so upori, potenciometri in mnogi drugi.

Primerjava prevodnost bakra in aluminij

Prevodniki so sestavljeni iz materialov, ki vodijo električni tok. Nemagnetne kovine se običajno štejejo za idealne prevodnike električne energije. V žični in kabelski industriji se uporabljajo različni kovinski vodniki, vendar so najpogostejši baker in aluminij. Vodniki imajo različne lastnosti, kot so prevodnost, natezna trdnost, teža in vpliv na okolje.

Odpornost bakra na vodnike se veliko pogosteje uporablja pri proizvodnji kablov kot pri aluminiju. Skoraj vsi elektronski kabli so izdelani iz bakra, tako kot druge naprave in oprema, ki uporabljajo visoko prevodnost bakra. Bakreni vodniki se pogosto uporabljajo tudi v distribucijskih in distribucijskih sistemih ter v avtomobilski industriji. Da bi prihranili težo in stroške, podjetja za prenos električne energije uporabljajo aluminij v voznih vodih.

Aluminij se uporablja v industriji, kjer je njegova lahkotnost pomembna, kot je gradnja zrakoplovov, v prihodnosti pa naj bi se povečala njegova uporaba v avtomobilski industriji. Za močnejše kable se uporablja bakreno aluminijasta žica za upornost bakra, kar ima za posledico znatno zmanjšanje teže konstrukcije iz lahkega aluminija.

Bakreni vodniki

Baker je eden najstarejših znanih materialov. Njegovo plastičnost in električno prevodnost so uporabili zgodnji eksperimentatorji z električno energijo, kot sta Ben Franklin in Michael Faraday. Nizka Robe iz bakra so privedle do dejstva, da so ga sprejeli kot glavni vodniki, ki se uporabljajo v izumih, kot so telegraf, telefon in elektromotor. Baker je najpogostejša prevodna kovina. Leta 1913 je bil sprejet mednarodni standard za bakreno kalcinacijo (IACS) za primerjavo prevodnosti drugih kovin z bakrom.

V skladu s tem standardom ima komercialno čisti žarjen prevodni prevodnik 100% IAKS. Upornost materialov se primerja s standardom. Komercialno čisti baker, proizveden danes, ima lahko višje vrednosti prevodnosti IACS, saj je procesna tehnologija sčasoma močno napredovala. Poleg odlične prevodnosti bakra ima kovina tudi visoko natezno trdnost, toplotno prevodnost in toplotno širitev. Žarjena žica iz žice, ki se uporablja za električne namene, izpolnjuje vse zahteve standarda.

Aluminijasti vodniki

Kljub dejstvu, da ima baker dolgo lastnost kot material za proizvodnjo električne energije, ima aluminij določene prednosti, zaradi česar je privlačen za določeno uporabo, njegova specifična trenutna odpornost pa omogoča večkratno uporabo. Aluminij ima 61% prevodnost bakra in samo 30% teže bakra. To pomeni, da žica iz aluminija tehta polovico toliko kot bakrene žice z enakim električnim uporom.

Aluminij je praviloma cenejši od bakrene žice. Aluminijasti vodniki so sestavljeni iz različnih zlitin, vsebujejo najmanj 99,5% aluminija. V šestdesetih in sedemdesetih letih je zaradi visoke cene bakra ta razred aluminija postal široko uporabljen za električno napeljavo gospodinjstev.

Zaradi slabe kakovosti izdelave in fizičnih razlik med aluminijem in bakrom so naprave in žice, izdelane na osnovi njihovih spojev v kontaktnih bakrenih aluminijah, postale požarne. Da bi preprečili negativen proces, so razvili aluminijeve zlitine z lastnostmi lezenja in raztezanja, podobne bakru. Te zlitine se uporabljajo za izdelavo nasedlih aluminijastih žic, katerih specifična trenutna odpornost je sprejemljiva za množično uporabo, ki izpolnjuje varnostne zahteve za električna omrežja.

Če se aluminij uporablja na mestih, kjer je bil baker predhodno uporabljen za vzdrževanje enake zmogljivosti omrežja, morate uporabiti aluminijasto žico, ki je dvakrat večja od bakrene žice.

Uporaba električne prevodnosti materialov

Veliko materialov, ki jih najdemo v tabeli uporov, se pogosto uporabljajo v elektroniki. Aluminij in še posebej baker se uporabljajo zaradi nizke ravni odpornosti. Večina žic in kablov, ki se danes uporabljajo za električne povezave, so narejeni iz bakra, ker zagotavlja nizko raven rho- in imajo dostopno ceno. Dobra prevodnost zlata, kljub ceni, se uporablja tudi v nekaterih zelo natančnih instrumentih.

Pogosto se zlato nabira na visokokakovostnih nizkonapetostnih povezavah, kjer je naloga zagotoviti najmanjšo kontaktno upornost. Srebro se v industrijskem elektrotehniki pogosto ne uporablja, saj se hitro oksidira in to vodi do velike kontaktne upornosti. V nekaterih primerih lahko oksid deluje kot usmernik. Odpornost tantala se uporablja v kondenzatorjih, nikelj in paladij se uporabljajo v končnih povezavah za mnoge komponente na površini. Kvarc najde glavno vlogo kot piezoelektrični resonančni element. Kvarčni kristali se uporabljajo kot frekvenčni elementi v številnih generatorjih, kjer njihova visoka vrednost omogoča ustvarjanje zanesljivih frekvenčnih kontur.