Rezistența specifică a conductorilor: cupru, aluminiu, oțel

Mai târziu sa stabilit că rezistența sitului depinde de caracteristicile sale geometrice după cum urmează: R = p1 / S,

unde l este lungimea conductorului, S este aria sa de secțiune transversală și ρ este un anumit coeficient de proporționalitate.

Astfel, rezistența este determinată de geometria conductorului și, de asemenea, de un astfel de parametru ca rezistivitatea (denumit în continuare "cc") - acesta este așa-numitul coeficient. Dacă luăm doi conductori cu aceeași secțiune transversală și lungimea și le punem într-un lanț la rândul lor, atunci, măsurând curentul și rezistența, puteți vedea că în două cazuri, acești indicatori vor fi diferiți. Astfel, specificul rezistența electrică - aceasta este o caracteristică a materialului din care este realizat conductorul și, dacă este chiar mai precis, atunci materie.

Conductivitate și rezistență

SUA arată capacitatea unei substanțe de a împiedica trecerea curentului. Dar în fizică există și o cantitate inversă - conductivitate. Acesta arată capacitatea de a efectua curent electric. Se pare ca aceasta:

σ = 1 / ρ, unde ρ este rezistența specifică a substanței.

Dacă vorbim despre conductivitate, atunci este determinată de caracteristicile purtătorilor de sarcină din această substanță. Deci, în metale există electroni liberi. Pe cochilia exterioară nu mai sunt mai mult de trei și este mai avantajos ca un atom să le "dea", ceea ce se întâmplă când reacții chimice cu substanțe din partea dreaptă a tabelului periodic. Într-o situație în care avem un metal pur, are o structură cristalină în care acești electroni externi sunt obișnuiți. Acestea poartă taxa dacă aplică un câmp electric la metal.

În soluții, purtătorii de sarcină sunt ioni.

Dacă vorbim despre astfel de substanțe ca siliciul, atunci prin proprietățile sale este semiconductoare și funcționează într-o oarecare măsură pe un principiu diferit, dar mai mult despre asta mai târziu. Între timp, vom înțelege, care sunt diferențele dintre astfel de clase de substanțe, cum ar fi:

1. Ghiduri;
2. semiconductori;
3. Dielectricilor.

Conductori și dielectrice

Există substanțe care aproape nu conduc curentul. Ele sunt numite dielectrice. Astfel de substanțe sunt capabile să polarizeze în câmpul electric, adică moleculele lor se pot transforma în acest câmp în funcție de modul în care sunt distribuite în ele electroni. Dar, deoarece acești electroni nu sunt liberi, ci servesc pentru conexiunea dintre atomi, ei nu conduc curentul.

Conductivitatea dielectricilor este aproape zero, deși nu există între ele ideale (este aceeași abstractizare ca un corp absolut negru sau un gaz ideal).

Limita condiționată a conceptului "conductor" este ρ<10>

Între aceste două clase există substanțe numite semiconductori. Dar izolarea lor într-un grup separat de substanțe se datorează nu atât stadiului lor intermediar în linia "conductivității-rezistență", ci mai degrabă particularităților acestei conductivități în condiții diferite.

Dependența de factorii de mediu

Conductivitatea nu este în întregime constantă. Datele din tabelele din care este luată p pentru calcule există pentru condițiile normale de mediu, adică pentru o temperatură de 20 de grade. În realitate, este dificil să se aleagă astfel de condiții ideale pentru funcționarea lanțului, de fapt, SUA (și, prin urmare, conductivitatea) depind de următorii factori:

1. temperatură;
2. presiune;
3. prezența câmpurilor magnetice;
4. lumină;
5. stare agregată.

Substanțele diferite au propriul program pentru schimbarea acestui parametru în condiții diferite. Astfel, ferromagneții (fier și nichel) o sporesc atunci când direcția curentă coincide cu direcția liniilor câmpului magnetic. În ceea ce privește temperatura, dependența de aici este aproape liniară (există chiar și conceptul de coeficient de temperatură de rezistență, și aceasta este, de asemenea, o valoare tabelară). Dar direcția acestei dependențe este diferită: pentru metale, ea crește odată cu creșterea temperaturii, în timp ce în elementele de pământuri rare și soluțiile electrolitice crește - și aceasta se află în limitele unei stări agregate.

În semiconductori, dependența de temperatură nu este liniară, ci hiperbolică și inversă: pe măsură ce crește temperatura, conductivitatea crește. Aceasta distinge în mod calitativ conductorii de semiconductori. Acesta este modul în care dependența de temperatură a lui ρ depinde de conductori:

Aici este prezentată rezistivitatea cuprului, platinei și fierului. Un grafic ușor diferit pentru unele metale, de exemplu mercurul - atunci când temperatura este redusă la 4 K, acesta o pierde aproape complet (acest fenomen se numește supraconductivitate).

Și pentru semiconductori, această dependență va fi ceva de genul:

Când lichidul trece în starea lichidă ρ, metalul crește, dar în continuare toți se comportă diferit. De exemplu, în bismutul topit este mai scăzută decât la temperatura camerei și în cupru este de 10 ori mai mare decât în ​​mod normal. Nichelul iese din graful liniar la 400 de grade, după care ρ cade.

Dar pentru tungsten, dependența de temperatură este atât de ridicată încât provoacă arderea lămpilor incandescente. Când este pornit, curentul încălzește bobina, iar rezistența sa crește de mai multe ori.

De asemenea, la. a. Aliajele depind de tehnologia producerii lor. Deci, dacă avem de-a face cu un amestec mecanic simplu, rezistența unui astfel de material poate fi calculată în funcție de media, dar este la un aliaj substituțională (atunci când două sau mai multe elemente sunt adăugate într-o rețea cristalină) va fi diferit, de regulă, mult mai mult. De exemplu, nicrom, din care să facă electrotiles în spirală are o cifră de acest parametru ce conductorul atunci când este inclusă în circuitul este încălzit la roșeață (din cauza care, de fapt, utilizat).

Aici este caracteristica ρ a otelurilor de carbon:

După cum se poate observa, atunci când se apropie de punctul de topire, se stabilizează.

Rezistența specifică a diferiților conductori

Fie ca atare, iar în calcule, ρ este folosit în condiții normale. Să dăm un tabel pe care această caracteristică poate fi comparată pentru diferite metale:

După cum puteți vedea din masă, cel mai bun dirijor este argintul. Și numai costul său împiedică utilizarea sa în producția de cabluri. SUA aluminiu este de asemenea mic, dar mai mic decât cel al aurului. Din tabel devine clar de ce cablajul din case este cupru sau aluminiu.

Tabelul nu include nichelul, care, după cum am spus deja, are un grafic ușor de neobișnuit al dependenței y. a. din temperatura. Rezistența specifică a nichelului după creșterea temperaturii la 400 de grade nu începe să crească, ci să scadă. Interesant, el se comportă în alte aliaje substitutive. Acesta este modul în care aliajul de cupru și nichel se comportă, în funcție de raportul procentual dintre cele două:

Și acest grafic interesant arată rezistența aliajelor de zinc-magneziu:

Rezistențele de înaltă rezistență sunt folosite ca materiale pentru fabricarea reostaticelor, aici sunt caracteristicile lor:

Acestea sunt aliaje complexe, constând din fier, aluminiu, crom, mangan, nichel.

În ceea ce privește oțelurile de carbon, acesta este de aproximativ 1,7 * 10 ^ -7 Ohm · m.

Diferența dintre y. a. conductorii diferiți determină aplicarea lor. Astfel, cuprul și aluminiu sunt utilizate pe scară largă în producția de cabluri, iar aurul și argintul sunt folosite ca contacte într-un număr de produse de radiotelefonie. Conductorii de înaltă rezistență și-au găsit locul printre producătorii de aparate electrice (mai exact, au fost create pentru acest lucru).

Variabilitatea acestui parametru, în funcție de condițiile de mediu, a constituit baza unor dispozitive cum ar fi senzori de câmp magnetic, termorezistori, tensometre, fotorezistoare.