Удельное сопротивление проводника: Удельное электрическое сопротивление проводника

Содержание

Удельное сопротивление. Примеры

Вещества и материалы, способные проводить электрический ток, называют проводниками. Остальные относят к диэлектрикам. Но чистых диэлектриков не бывает, все они тоже проводят ток, но его величина очень мала.

Но и проводники по-разному проводят ток. Согласно формуле Георга Ома, ток, протекающий через проводник, линейно пропорционален величине приложенного к нему напряжения, и обратно пропорционален величине, называемой сопротивлением.

Единицу измерения сопротивления назвали Омом в честь ученого, открывшего эту зависимость. Но выяснилось, что проводники, изготовленные из разных материалов и имеющие одинаковые геометрические размеры, обладают разным электрическим сопротивлением. Чтобы определить сопротивление проводника известного длины и сечения, ввели понятие удельного сопротивления — коэффициента, зависящего от материала.

В итоге сопротивление проводника известной длины и сечения будет равно

Определение сопротивления проводника с помощью его удельного сопротивления

Удельное сопротивление применимо не только к твердым материалам, но и к жидкостям. Но его величина зависит еще и от примесей или других компонентов в исходном материале. Чистая вода не проводит электрический ток, являясь диэлектриком. Но в природе дистиллированной воды не бывает, в ней всегда встречаются соли, бактерии и другие примеси. Этот коктейль – проводник электрического тока, обладающий удельным сопротивлением.

Удельные сопротивления некоторых материалов

Внедряя в металлы различные добавки, получают новые материалы – сплавы, удельное сопротивление которых отличается от того, что было у исходного материала, даже если добавка в него в процентном соотношении незначительна.

Зависимость удельного сопротивления от температуры

Удельные сопротивления материалов приводятся в справочниках для температуры, близкой к комнатной (20 °С). При увеличении температуры увеличивается сопротивление материала. Почему так происходит?

Электрического тока внутри материала проводят свободные электроны. Они под действием электрического поля отрываются от своих атомов и перемещаются между ними в направлении, заданным этим полем. Атомы вещества образуют кристаллическую решетку, между узлами которой и движется поток электронов, называемый еще «электронным газом». Под действием температуры узлы решетки (атомы) колеблются. Сами электроны тоже движутся не по прямой, а по запутанной траектории. При этом они часто сталкиваются с атомами, изменяя траекторию движения. В некоторые моменты времени электроны могут двигаться в сторону, обратную направлению электрического тока.

С увеличением температуры амплитуда колебаний атомов увеличивается. Соударение электронов с ними происходит чаще, движение потока электронов замедляется. Физически это выражается в увеличении удельного сопротивления.

Примером использования зависимости удельного сопротивления от температуры служит работа лампы накаливания. Вольфрамовая спираль, из которой сделана нить накала, в момент включения имеет малое удельное сопротивление. Бросок тока в момент включения быстро ее разогревает, удельное сопротивление увеличивается, а ток – уменьшается, становясь номинальным.

Тот же процесс происходит и с нагревательными элементами из нихрома. Поэтому и рассчитать их рабочий режим, определив длину нихромовой проволоки известного сечения для создания требуемого сопротивления, не получается. Для расчетов нужно удельное сопротивление нагретой проволоки, а в справочниках приведены значения для комнатной температуры. Поэтому итоговую длину спирали из нихрома подгоняют экспериментально. Расчетами же определяют примерную длину, а при подгонке понемногу укорачивают нить участок за участком.

Температурный коэффициент сопротивления

Но не во всех устройствах наличие зависимости удельного сопротивления проводников от температуры приносит пользу. В измерительной технике изменение сопротивления элементов схемы приводит к появлению погрешности.

Для количественного определения зависимости сопротивления материала от температуры введено понятие температурного коэффициента сопротивления (ТКС). Он показывает, насколько изменяется сопротивление материала при изменении температуры на 1°С.

Для изготовления электронных компонентов – резисторов, используемых в схемах измерительной аппаратуры, применяются материалы с низким ТКС. Они стоят дороже, но зато параметры устройства не изменяются в широком диапазоне температур окружающей среды.

Но свойства материалов с высоким ТКС тоже используются. Работа некоторых датчиков температуры основана на изменении сопротивления материала, из которого изготовлен измерительный элемент. Для этого нужно поддерживать стабильное напряжение питания и измерять ток, проходящий через элемент. Откалибровав шкалу прибора, измеряющего ток, по образцовому термометру, получают электронный измеритель температуры. Этот принцип используется не только для измерений, но и для датчиков перегрева. Отключающих устройство при возникновении ненормальных режимов работы, приводящих к перегреву обмоток трансформаторов или силовых полупроводниковых элементов.

Используются в электротехнике и элементы, изменяющие свое сопротивление не от температуры окружающей среды, а от тока через них – терморезисторы. Пример их использования – системы размагничивания электронно-лучевых трубок телевизоров и мониторов. При подаче напряжения сопротивление резистора минимально, ток через него проходит в катушку размагничивания. Но этот же ток нагревает материал терморезистора. Его сопротивление увеличивается, уменьшая ток и напряжение на катушке. И так – до полного его исчезновения. В итоге на катушку подается синусоидальное напряжение с плавно уменьшающейся амплитудой, создающее в ее пространстве такое же магнитное поле. Результат – к моменту разогрева нити накала трубки она уже размагничена. А схема управления остается в запертом состоянии, пока аппарат не выключат. Тогда терморезисторы остынут и будут готовы к работе снова.

Явление сверхпроводимости

А что будет, если температуру материала уменьшать? Удельное сопротивление будет уменьшаться. Есть предел, до которого уменьшается температура, называемый абсолютным нулем. Это —273°С. Ниже этого предела температур не бывает. При этом значении удельное сопротивление любого проводника равно нулю.

При абсолютном нуле атомы кристаллической решетки перестают колебаться. В итоге электронное облако движется между узлами решетки, не соударяясь с ними. Сопротивление материала становится равным нулю, что открывает возможности для получения бесконечно больших токов в проводниках небольших сечений.

Явление сверхпроводимости открывает новые горизонты для развития электротехники. Но пока еще существуют сложности, связанные с получением в бытовых условиях сверхнизких температур, необходимых для создания этого эффекта. Когда проблемы будут решены, электротехника перейдет на новый уровень развития.

Примеры использования значений удельного сопротивления при расчетах

Мы уже познакомились с принципами расчета длины нихромовой проволоки для изготовления нагревательного элемента. Но есть и другие ситуации, когда необходимы знания удельных сопротивлений материалов.

Для расчета контуров заземляющих устройств используются коэффициенты, соответствующие типовым грунтам. Если же тип грунта в месте устройства контура заземления неизвестен, то для правильных расчетов предварительно измеряют его удельное сопротивление. Так результаты расчетов оказываются точнее, что исключает подгонку параметров контура при изготовлении: добавление числа электродов, приводящее к увеличению геометрических размеров заземляющего устройства.

Удельные сопротивления грунтов

Удельное сопротивление материалов, из которых изготовлены кабельные линии и шинопроводы, используется для расчетов их активного сопротивления. В дальнейшем при номинальном токе нагрузки с его помощью рассчитывается величина напряжения в конце линии. Если его величина окажется недостаточной, то заблаговременно увеличивают сечения токопроводов.

Оцените качество статьи:

Сопротивление проводника удельное — Справочник химика 21

    Ионная и электронная электропроводность. Проводники первого и второго рода. Прохождение тока сквозь раствор электролита механизм прохождения тока. Сопротивление проводника. Закон Ома. Единицы измерения (электрические). Основные приборы вольтметр, амперметр, гальванометр, кулонометр и т. д. Удельное сопротивление, удельная электропроводность. Мостик Уитстона. Принцип измерения сопротивления. Особенности измерения сопротивления раствора электролита (телефон, катушка Румкорфа). Влияние температуры и разведения нз удельную электропроводность. Молекулярная и эквивалентная электропроводность. Зависимость от температуры и разведения. Электропроводность при бесконечном разведении. Закон независимого перемещения ионов. Вычисление Хоо из подвижностей ионов. Вычисление степени и константы диссоциации для слабых электролитов. Сильные электролиты. Коэфициент электропроводности. Причины изменения с концентрацией в случае сильных электролитов. Скорости и подвижности ионов. Роль среды и природы иона. Электропроводность чистой воды. Введение поправки на эту величину. Определение константы прибора. Калибровка линейки. Переход от электропроводности, измеренной в данном сосуде, к удельной электропроводности.
Кондуктометрическое титрование. [c.93]
    Электрическое сопротивление проводника связано с удельным сопротивлением р уравнением [c.268]

    В технической литературе удельное сопротивление часто выражается в ом мм 1м, т. а. как сопротивление проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм . 

[c.931]

    Электропроводность растворов. Удельная электропроводность. Способность вещества проводить электрический ток можно характеризовать или электропроводностью его, или, наоборот, сопротивлением. Удельным сопротивлением г называется сопротивление столбика вещества длиной / см при поперечном сечении 1 см . Если проводник длиной 1 СМС поперечным сечением зсм обладает общим сопротивлением / , то удельное сопротивление г определяется соотношением  [c.405]

    Какое влияние оказывает температура измерения на это удельное сопротивление Полукоксы ведут себя как полупроводники их удельное сопротивление уменьшается с увеличением температуры.

Например, полукокс, полученный при температуре коксования 600° С, имеет в 10 раз меньшее удельное сопротивление при температуре измерения 400 С, чем при 200° С, ив 10 раз меньшее при 200° С, чем при температуре окружающей среды [20]. Напротив, коксы ведут себя как металлические проводники, удельное сопротивление которых немного возрастает с повышением температуры, при которой производится измерение последней. [c.132]

    За единицу удельного сопротивления обычно принимают сопротивление проводника длиной в 1 м и сечением в 1 мм  

[c.182]

    Сопротивление проводника любого вида Я пропорционально его длине I и обратно пропорционально сечению х Н = р-1/з (р — удельное сопротивление, равное / при единичных длине и сечении проводника). [c.182]

    Удельная электропроводность. Известно, что сопротивление проводника прямо пропорционально длине I и обратно пропорционально площади поперечного сечения S проводника  [c.39]

    При /=1 м и 5 = 1 удельное сопротивление р = / . Удельное сопротивление — это сопротивление проводника, имеющего длину 1 м и поперечное сечение 1 м . Общая электрическая проводимость является нестандартной величиной, поэтому практически используют удельную электрическую проводимость. Удельная электрическая проводимость — это проводимость столбика раствора, помещенного между электродами, расположенными на расстоянии 1 м, и площадью 1 м , т. е. это электрическая проводимость 1 м раствора. 

[c.140]

    Удельная электрическая проводимость х — величина, обратная удельному сопротивлению х= 1/р. Электрическое сопротивление проводника R связано с удельным сопротивлением р уравнением [c.270]


    Удельное электрическое сопротивление — это сопротивление проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 м оно-измеряется в Ом-м. 
[c.136]

    Таким путем в промышленности получают чистую меДь, пригодную для электротехнических целей. Для этого используют аноды, выплавляемые из черновой меди, которые подвергаются электролизу в кислых растворах сульфата меди. Катодами служат листы из чистой меди. Удельная электропроводность. Способность раство-ров или расплавов проводить электрический ток характеризуется удельной электропроводностью х, т. е. электропроводностью столбика раствора длиной 1 см и сечением 1 см . Сопротивление проводника [c.98]

    Величина, обратная удельному сопротивлению проводника, 

[c.107]

    Сопротивление проводника омическое (при постоянном токе) По=р1 8 Ло —омическое сопротивление, ом р —удельное сопротивление, ом-мм2/м (значения см. табл. 13) 1 — длина, м 8— сечение, мма [c.18]

    Проводники I рода, или эл( Ктронопроводящие тела. К ним относятся металлы, их некоторые оксиды и углеродистые материалы. Прохождение тока в проводн1 ках I рода обеспечивается элект- юнамн. Удельное сопротивление проводников I рода лежит в интервале от 10 до 10 Ом-м, температурный коэффициент про- [c.

102]

    Величина тока в уравнении (84) может быть выражена через удельное сопротивление проводника и его геометрические размеры [c.524]

    Ом-метр равен удельному электрическому сопротивлению проводника площадью поперечного сечения 1 м и длиной 1 м, имеющего сопротивление 1 Ом. [c.408]

    Сопротивление проводника любого вида К связано с его удельным сопротивлением р уравнением  [c.863]

    Коэффициент пропорциональности р ом-см), равный сопротивлению проводника при 1= см п 5=1 см , называется удельным сопротивлением. [c.141]

    Проводник, по которому идет электрический ток, представляет для последнего сопротивление Сопротивление проводников выражается в омах (У). Удельным сопротивлением р называется сопротивление столбика вещества длиною 1 см при поперечном сечении 1 см . 

[c.257]

    Удельное электрическое сопротивление проводников изменяется от 10″ до 10 Ом-м. С повышением температуры оно увеличивается. Носителями заряда в них служат электроны. Валентная зона и зона проводимости электронной структуры метгиллов пересекаются (рис. 33.1, проводник). Это позволяет электронам из валентной зоны при небольшом возбуждении переходить на молекулярные орбитали зоны проводимости, а это значит, что электрон с другой вероятностью появляется в той или иной точке компактного металла. 

[c.637]

    Удельное сопротивление проводников в зависимости от температуры с достаточной точностью в некотором интервале температур можно вычислять по формуле [c.35]

    Сопротивление проводника 7 пропорционально его длине, удельному сопротивлению и обратно пропорционально площади его поперечного сечения  [c.77]

    Удельное сопротивление представляет сопротивление проводника сечением 1 см и длиной 1 см. Другими словами, это сопротивление кубика с ребром, равным 1 см. Из выражения [c.62]

    Электропроводимость полимеров, содержащих электропроводящие наполнители, зависит от количества и характера расположения частиц наполнителя в матрице полимера, а также от контактного сопротивления между частицами. Если на контактных поверхностях отсутствует пленка диэлектрика, то величина контактного сопротивления Rk равна отношению удельного сопротивления проводника pv к радиусу контактного пятна а / к = ру/й Нели же между контактирующими частицами существует пленка диэлектрика, имеющая удельное сопротивление pviii и толщину Алл, то / ц равно [Р л—площадь соприкосновения) [c.386]

    Каждый проводник, по которому протекает электрический ток, нагревается последним. Количество тепла, выделяющегося в единицу времени в единице объема, зависит от плотности тока и от удельного сопротивления проводника, который мы в дальнейшем будем называть сопротивлением или нагревательным элементом. Температура нагрева элемента определяется интенсивностью генерирования тепла и его теплоотдачи. Устанавливая соответствующее соотношение между ими, можно менять тем.пературу нагреаа печи в широких пределах. Электри-чский нагрев в промышленных печах можно осуществить следующими способами  

[c. 141]

    Кондуктометрриеский метод анализа основан на измерении удельной электропроводности анализируемого раствора. Электропроводностью называют величину, обратную электрическому сопротивлению К. Единицей изме-ренрм электропроводности является Ом , или См (сименс). Растворы электролитов, являясь проводниками П рода, подчиняются закону Ома. По аналогии с сопротивлением проводников I рода сопротивление раствора прямо пропорционально расстоянию между электродами с и обратно пропорционально площади их поверхности [c.817]


От чего зависит удельное сопротивление проводника: металлического проводника

Работая с электрооборудованием, люди задаются вопросом — от чего зависит сопротивление проводника? Физическая величина отображает проводимость электрического тока. При рассмотрении вопроса учитывается длина проводника и его тип.

Что это такое

Препятствование прохождению тока по проводнику называют сопротивлением. Показатель высчитывается, исходя из разности электрических потенциалов. Дополнительно учитывается сила тока на проводнике. Основоположником теории принято считать Георга Ома. Ещё в 1826 году, проведены исследования электрического тока.

Сопротивление проводника

Важно! Василий Петров подтвердил закон электрической цепи и провел собственные исследования в жидкости.

Условия, определяющие сопротивление проводников

При определении сопротивления учитывается ряд характеристик:

  • сечение элемента;
  • длина проводника;
  • удельное сопротивление;
  • тип материала.

Предметы с высоким сопротивлением практически не проводят ток. Также есть обратная зависимость, которая прописана в законе Ома. Для расчета показателя учитывается электрическая проводимость. Она показывает возможность проводника принимать электрический ток.

Проводимость электрического тока

Изменения проводника при увеличении длины

Во время испытаний замечено, что при увеличении длины проводника его электрическое сопротивление увеличивается. Для проведения эксперимента, необходимо выбрать заготовки из одинакового материала. К примеру, это может быть проволока из никелина. Для считывания параметров используется амперметр, который подключен к зажимам.

Устанавливая заготовки меньшей длины, отмечено, что ток в цепи увеличивается. Даже на одном изделии можно поиграться с амперметром. Поставив щуп на середину заготовки, к примеру, может отображаться значение 50 ампер.

Показатель амперметра

Интересно! Если отводить его в сторону, к краю, чтобы увеличить дальность держателя, показатель тока будет снижаться. Тоже самое, касается проводников из других материалов.

Виды

Проводником называют среду или предмет, который способен проводить электрический ток. Внутри него, при подключении к источнику энергии, начинает активно двигаться заряженная частица. Амперметр показывает возрастание электрического напряжения в цепи. Рассматривая проводники разных типов, учитывается удельная электропроводность и тип материала:

  • медь;
  • алюминий;
  • метал;
  • золото;
  • сплав никеля и хрома.

В научной среде есть понятие сверхпроводника, который считается идеальным. Он обладает значительным углом диэлектрической потери. Когда ток идёт от цепи, учитывается процент смещения. У сверхпроводника данный параметр минимален.

Из меди

Медь относится к компонентам 11 группы из таблицы химических элементов. По классификации он является пластинчатым, встречается в разных видах. Зачастую вещество имеет розовый оттенок. В электротехнике медь отличается низким удельным сопротивлением и лежит на одной нише с серебром, золотом.

Серебро и золото

Материал применим при изготовлении проводки, а также печатных плат. Ещё вещество востребовано при изготовлении электроприводов. Рассматривая сложные управляемые, электромеханические системы, заметно, что у них используются обмотки с низким удельным сопротивлением.

Если оценивать силовые трансформаторы, у них также применяется данный металл, однако он зачастую используется с примесями. Это необходимо, чтобы снизить показатель электропроводимости. В печатных платах медь используется на пару с алюминием. Рассматривая радиодетали, востребованными остаются сплавы на основе меди, которые также отличаются низким сопротивлением.

Разбирая персональные компьютеры, вещество встречается с бронзой либо латунью. Также используются добавки из цинка либо никеля. Чтобы повысить упругость проводника, применяются другие материалы, такие как олово, цинк. По таблице удельного сопротивления, веществу присвоен показатель 0,0157 Ом.

Свойства меди

Из алюминия

Среди элементов 13 группы в таблице выделяется алюминий. Он является отличным проводником в цепи, изготовлен из парамагнитного металла. По цвету наблюдается серебристый оттенок. Проводник хорошо поддается механической обработке. Помимо значительной электропроводимости, отмечается коррозийная стойкость.

При термической обработке образуется оксидная пленка, которая защищает поверхность. В природе предусмотрены различные соединения алюминия. Если рассматривать стандартную проволоку небольшого сечения, она востребована в электрических катушках. Вещество обладает низкой плотностью, а также массой, поэтому аналоги сложно подобрать. Используя алюминий в движущихся элементах, можно повысить их производительность.

Зачастую проводник встречается в жестких дисках, а также аудиосистемах. Востребованными остаются проволоки, покрытые слоем лака. Встречаются эмалированные аналоги, отличающиеся повышенной защищенностью. В качестве изоляции используется резина, берилл. Производители выпускают проводники с сечением от 0.003 мм.

Свойства алюминия

Помимо катушек индуктивности проволока может устанавливаться в индукторах, громкоговорителях, наушниках. Касательно соединений, встречаются варианты с алунитами. Дополнительная информация о физических свойствах:

  • низкая температура плавления;
  • высокая теплоемкость;
  • значительная твёрдость;
  • слабый парамагнетик;
  • широкий температурный диапазон.

Алюминий встречается в печатных платах, поскольку поддается в штамповке. Коррозионная стойкость — дополнительное преимущество. Алюминиевые проводники являются популярными и востребованными в промышленности. Удельное сопротивление — 0,028 Ом. Также необходимо рассмотреть недостаток — значительное содержание примесей.

Из металла

Среди металлов, распространенными типами проводников считаются следующие:

  • свинец;
  • олово;
  • платина;
  • никель;
  • вольфрам.

Свинец — это элемент из 14 группы, который может использоваться в качестве проводника. У него предельная плотность 11.35 грамм на кубический метр. Область применения ограничена, поскольку материал токсичен и относится к тяжелым металлам. История происхождения формулы неясна, есть лишь догадки.

Группы металлов

Если говорить о проводниковых элементах, то зачастую применяется нитрат свинца. В источниках тока, резервных блоках встречается версия с хлоридом. Рассматривая неорганические соединения, выделяется материал теллурид. Он подходит в качестве термоэлектрического проводника, поэтому используется в электростанциях разной мощности. Ещё металлический элемент востребован в холодильниках.

Если детально рассматривать теллурид, к числу особенности стоит приписать значительную диэлектрическую проницаемость. В составе помимо свинца имеется олово и теллур. По отдельности вещества встречаются в фоторезисторах и диодах. Если разбирать полупроводниковые приборы, элементы содержатся в стабилизаторах и указывают направление тока.

Важно! Олово — это проводник из 14 группы химических элементов. Материал безопасен, не содержит токсичных веществ.

Наравне с золотом, олово обладает отличными антикоррозионными свойствами. Зачастую в технике применяется дисульфид. Наиболее высокий показатель сопротивления показывает двуокись олова. В аккумуляторах он используется в чистом виде. Рассматривая гальванические элементы, стоит упомянуть про марганцево-оловянный диоксид.

Платина — это проводника с десятой группы химических элементов. Представленный металл имеет электросопротивление 0,098 Ом, и отличается повышенной плотностью. Если рассматривать сферу применения, то зачастую вещество встречается в лазерной технике. Речь идет о принтерах, а также измерительных приборах.

Свойства платины

Дополнительно платина используется в электромагнитных реле. В представленных автоматических устройствах он выступает проводником. Речь идет о механических, тепловых либо оптических реле. В электронных датчиках платина содержится в меньшем количестве, однако используется за счёт широкого диапазона температур. В частности, можно рассмотреть электронный термометр сопротивления. Резистивный элемент по большей части состоит из платины.

Из золота

Удельное сопротивление золота 0,023 Ом. Материал относится к первой группе металлов и по физическим свойствам является мягким. Золото встречается с примесями и в чистом виде. Плотность составляет 19,32 г/см³, сфера применения широка. В промышленности проводник востребован в качестве припоя.

Припой золото

Его разрешается наносить на различные поверхности, он служит отличным материалом для соединения заготовок, поскольку наблюдается низкая температура плавления. Также золото востребовано для защиты от коррозии.

Недостатки:

  • мягкость материала;
  • подвержен точечной коррозии.

Если использовать материал с добавками, то снижается температура плавления. Также это оказывает воздействие на механические свойства вещества.

Золото с добавками

Из сплавов никеля и хрома

Никель обладает удельным сопротивлением 0,087 Ом. Это элемент из 8 группы, который является пластинчатым. При термической обработке элемент покрывается пленкой оксида.

Особенности:

  • высокое электрическое сопротивление;
  • значительное линейное расширение;
  • упругость.

Никель активно используется в качестве проводника в аккумуляторах.

Различные добавки:

  • нихром;
  • пермаллои;
  • золото.

По сопротивлению элемент схож с константином, никелином. Хром является элементом шестой группы, проводник внешне имеет голубоватый оттенок. В качестве проводника он встречается в бытовой технике. Наиболее часто хром используется на пару с легированными сталями.

Свойства хрома

При соединении с нержавейкой образуется отличный проводник. Он демонстрирует антикоррозионные свойства, плюс повышенную твердость. На печатной плате элемент не боится износа. Устройства из хрома востребованы в авиакосмической промышленности.

Выше рассмотрены факторы, от чего зависит сопротивление проводника. Элементы изготавливаются из различных материалов, необходимо учитывать их свойства.

Электрическое сопротивление проводника удельное — Энциклопедия по машиностроению XXL

Ом-метр равен удельному электрическому сопротивлению проводника площадью поперечного сечения I м и длиной 1 м, имеющего сопротивление 1 Ом.  [c.14]

Например Нахождение плотности однородного тела по его массе и геометрическим размерам нахождение удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения  [c. 90]

УДЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДНИКОВ И ПОЛУПРОВОДНИКОВ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ  [c.140]

В лабораторной работе определение удельного электрического сопротивления проводников осуществляется методом, заключающимся в пропускании через образец постоянного электрического тока и измерении падения напряжения на конкретном участке его длины. Для определения удельного электрического сопротивления полупроводникового материала с достаточно большим его значением применяется метод прямого измерения сопротивления образца.  [c.142]


Сплавы с высоким электрическим сопротивлением обладают удельным сопротивлением, большим, чем медь, серебро, алюминий и другие хорошие проводники, малым температурным коэффициентом сопротивления, не расплавляются и не окисляются при высокой температуре. Наиболее широко в электромашиностроении, электронике, приборостроении, аппарато-строении и других отраслях промышленности применяются ни-36  [c. 36]

Здесь помимо введенных выше обозначений, Я — электрическое активное сопротивление громкоговорителя т — масса подвижной системы громкоговорителя V — объем проводника звуковой катушки — удельное электрическое сопротивление проводника звуковой катушки.  [c.114]

Косвенное измерение — это измерение, при котором искомое значение величины находят на основании известной зависимости между ней и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. Косвенными измерениями являются, например, нахождение плотности тела по его массе и геометрическим размерам, нахождение удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения.  [c.6]

Ом-квадратный миллиметр на метр (Ом-мм /м) ( ) — единица удельного электрического сопротивления. Равна удельному электрическому сопротивлению, при котором прямолинейный проводник постоянного поперечного сечения площадью 1 мм и длиной 1 м имеет сопротивление 1 Ом. 1 0м-мм /м=10- Ом-м.  [c.207]

К числу измерительных преобразователей с электрическим выходом относятся тензопреобразователи, основанные на изменении электрического сопротивления проводников при их растягивании или сжатии (тензоре-зисторы), преобразователи контактного сопротивления, использующие зависимость переходного сопротивления контактов от усилия их сжатия всевозможные емкостные, индуктивные, трансформаторные, магнитоэлектрические, электро-акустические преобразователи, электромагнитные преобразователи линейных и угловых перемещений. Если обозначить р — удельное сопротивление материала проволоки, S — поперечное сечение и / — длину проводника, то для величины изменения сопротивления тензоре-зистора AR оказывается справедливым равенство  [c.193]

По формуле (2-13) можно вычислить электрическое сопротивление между эквипотенциальными поверхностями в теле. Например, требуется определить электрическое сопротивление проводника длиной /, постоянным поперечным сечением S, удельное сопротивление  [c. 36]


Электроизоляционными материалами (диэлектриками) называют такие материалы, с помощью которых осуществляют изоляцию каких-либо токопроводящих частей, находящихся под разными электрическими потенциалами. Электроизоляционные материалы обладают очень большим электрическим сопротивлением. Их удельное объемное сопротивление ро=10 —10 Ом-м, тогда как у проводников оно составляет лишь Ю —10 Ом-м.  [c.4]

Электроизоляционными материалами (диэлектриками) называют такие материалы, с помощью которых осуществляют изоляцию, т. е. препятствуют утечке электрического тока между какими-либо токопроводящими частями, находящимися под разными электрическими потенциалами. Диэлектрики обладают очень большим электрическим сопротивлением. Так, удельное объемное сопротивление диэлектриков = 10 —10 ом см, а у проводников оно составляет лишь 0 б—10 ом-см.  [c.4]

Примерами косвенного вида измерения являются установление объема параллелепипеда перемножением трех линейных величин (длины, высоты и ширины), определенных с использованием прямого вида измерений, расчет мощности двигателя, определение удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения и т. д.  [c.263]

Изменение удельного сопротивления материалов в результате деформации называют тензорезисторным эффектом. Известно, что величину электрического сопротивления проводника определяют по формуле Я = р1/Р,  [c.128]

Например, термодинамическое состояние жидкости, налитой в открытый сосуд, определяется ее плотностью, атмосферным давлением и температурой. Электрическое сопротивление металлического проводника характеризует электрические свойства проводника. Электрическое сопротивление будет определено, если заданы удельное электрическое сопротивление проводника (111.2.4. Г) и его размеры (длина и площадь поперечного сечения).  [c.124]

Удельное электрическое сопротивление ом-метр Ом-метр равен удельному электрическому сопротивлению проводника площадью поперечного сечения 1 м и длиной 1 м, имеющего сопротивление 1 Ом р 12 111.2.4.Г ом м Ом-м Й -т м -кг-с Х ХА-2  [c.546]

Удельное электрическое сопротивление р вещества — величина, численно равная сопротивлению проводника длиной, равной единице длины, и площадью поперечного сечения, равной единице площади dim p=L MT I , единица — ом-метр (0-т 0м-м).[c.14]

Сверхпроводимость— состояние некоторых проводников, когда их электрическое сопротивление становится пренебрежимо малым сверхпроводник имеет удельное сопротивление р в 10 раз меньше, чем медь, т. е. величину порядка 10 ом мм 1м. Сверхпроводимость появляется ниже определенной, так называемой критической температуры Т р. Наиболее высокая критическая температура 20,05°К зарегистрирована для твердого раствора ниобия, алюминия и германия, состав которого соответствует формуле Nbg Ово.з-Для остальных сверхпроводников эта температура ниже, около 4—10° К. Если сверхпроводник при Т магнитное поле, то состояние сверхпроводимости сохраняется лишь ниже определенной, так называемой, критической напряженности магнитного поля Я р. Когда по сверхпроводнику, находящемуся в поперечном магнитном поле с Я-критической плотности тока / р. Критические параметры Г р, Я р, Укр и закономерности их изменения играют важную роль при исследованиях. сверхпроводников. Обычно / р относят к определенным значениям напряженности поля Н и температуры Т. В сверхпроводящем состоянии магнитное поле за счет экранирующих токов в поверхностном слое проводника почти полностью вытесняется иЗ всего сечения за исключением этого слоя, где поле проникает на глубину, примерно, 5 10 МК.М. Различают сверхпроводники первого и второго рода.  [c.277]

Удельное электрическое сопротивление. Сопротивление однородного проводника постоянного поперечного сечения выражается формулой  [c.248]

Удельное электрическое сопротивление некоторых проводников  [c.417]

Ом-метр — удельное электрическое сопротивление, при котором цилиндрический прямолинейный проводник площадью поперечного сечения 1 мм и длиной 1 м имеет сопротивление 1 ом.  [c.290]


Цель лабораторной работы — определение зависимости величины удельного электрического сопротивления твердых проводников и полупроводников от изменения температуры с использованием стандартных методов.[c.141]

Резистивные преобразователи. Действие резистивных МЭП основано на использовании зависимости входящих в формулу для электрического сопротивления величин — длины проводника /, его сечения S и удельной электропроводности материала V — от механических воздействий. В простейшем случае резистивный МЭП представляет собой прямой или намотанный спиралью провод с переменной активной длиной, определяемой положением скользящего контакта (рис. 13). Такой преобразователь называют реостатным. Изображенный преобразователь со спиральной намоткой не аналоговый, а дискретный с шагом, равным межвитковому расстоянию d. При перемещении контакта на х относительное изменение сопротивления t RIR равно хИ, где L — длина намотки. Таким образом. А/ // может изменяться от dll до единицы, однако обычно начальное положение контакта выбирают в середине намотки. Другим примером является тензорезистор — проводящий ток элемент, подвергающийся деформации, чаще одноосной (рис. 14). При этом изменяются все величины, от которых зависит сопротивление.[c.202]

Полупроводниками называют вещества, удельное сопротивление которых при нормальной температуре находится между значениями удельных сопротивлений проводников и диэлектриков (в диапазоне от до 10 °…10 Омом). Основным свойством полупроводника является зависимость его электропроводности от воздействия температуры, электрического поля, излучения и других факторов. Полупроводники в отличие от проводников имеют отрицательный коэффициент температурного удельного сопротивления, электропроводность полупроводников с увеличением температуры растет экспоненциально.  [c.334]

Стальная оцинкованная проволока. Сталь наиболее дешевый из проводниковых материалов, который в отдельных случаях может быть использован в качестве проводника тока. Сталь обладает высокой механической прочностью. Удельное электрическое сопротивление стали значительно выше удельного электрического сопротивления меди и алюминия. Для проводников тока обычно применяется мягкая сталь, содержащая 0,10-0,15% углерода. Основные характеристики мягкой стали  [c.247]

Ом-метр равен удельному электрическому сопротивлению проводника нлошадью поперечного сечения 1 м н длиной 1 м, имеющего сопрогивлеш1е 1 Ом.  [c.123]

Удельное электрическое сопротивление любого радиоматериала в значительной степени зависит от температуры (рис. 1). Так, у проводников с повышением температуры удельное сопротивление возрастает. Это связано с более интенсивным колебанием атомов в узлах кристаллической решетки проводника, что мешает направленному перемещению свободных электронов В связи с этим общее и удельное электрические сопротивления проводников увеличиваются. У полупроводников и диэлектриков, наоборот, с возрастанием температуры общее и удельное сопротивления уменьшаются. Это объясняется увеличением энергии носителей элек-Рис. 1. Зависимость удель- тоических зяпялов ного электрического сопро- трических зарядов.  [c.6]

Электроизоляционными материалами, ила диэлектриками, называют такие материалы, с помоии>ю которых осуществляют изоляцию каких-либо токоведущих частей, находящихся под разными электрическими потенциалами. По сравнению с проводниковыми материалами диэлектрики обладают очень большим электрическим сопротивлением. Так, удельное объемное сопротивление диэлектриков равно 10 — (Ром-см, а у проводников оно составляет лишь 1(Н — —10 ом см.  [c.5]

Криопроводники. К их числу относятся материалы, которые при глубоком охлаждении (ниже —173 °С) приобретают высокую электрическую проводимость, но не переходят в сверхпроводящее состояние. Это объясняется тем, что при низкой температуре удельное сопротивление проводника обусловлено, как правило, наличием примесей и физическими дефектами решетки. Поскольку составляющая удельного сопротивления, обусловленная рассеиванием энергии за счет тепловых колебаний решетки, пренебрежимо мала, для криопроводников необходимо применять хорошо отожженный металл высокой чистоты, который обладает минимальным удельным сопротивлением в рабочем диапазоне температур от —240  [c.125]

Удельная проводимость и удельное сопротивление проводников. Связь плотности тока J (в амперах на квадратный метр) и напряженности электрического поля (в вольтах на метр) в проводнике даетси известной с рмулой  [c.190]

Удельное сопротивление (р) характеризует электрические свойства веществ, из которого состоит проводник, и численно равно сопротивлению проводника длиной 1 см и сечением ] см Единица удельного сопротивления (р) омсм. В технических расчётах за единицу удельного сопротивления принимают величину ом MM jM, т. е. считают численно равным сопротивлению проводника длиной в 1 м и с поперечным сечением в 1 мм .  [c.514]

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ — I) физ. величина, характеризующая противодействие проводника или электрич. цепи электрическому току. Э.с. определяется как коэф. пропорциональности R между разностью потенциалов и и силой пост, тока / в Ома законе для участка или замкнутой цепи проводников. Для однородного по составу проводника с пост, сечением S и длиной / т.п. активное, или омическое, Э.с. R pljS, где р=1/ет—удельное Э.С., характеризующее материал проводника, а—электропроводность (физ. механизмы, определяющие значения р или а и их зависимость от темп-ры, см. в ст. Электропроводность).  [c.516]

Для металлов, которые принято рассматривать как проводники, удельное электрическое сопротивление изменяется в чрезвычайно широких пределах от 1,59 для серебра и 95,8 для ртути до 185 мкпм-см для марганца. Давно известно, что действительно хороших проводников очень мало. Это серебро, медь, золото и алюминий с удельным электросопротивлением, равным соответственно 1,59 1.С92 2,44 н 2,66 мком-см за ними следуют бериллий, натрий, магний, кальций и родий.  [c.39]


Серебро имеет наименьшее удельное электрическое сопротивление из группы металлических проводников, но является остродефицитным материа лом. Его используют в виде микропроводников, гальванических покрытий в ответственных ВЧ- и СВЧ-устрой-ствах, слаботочных контактов.  [c.520]

Электропроводность проводников и диэлектриков. Удельное электрическое сопротивление. Потери моыдаости в диэлектриках. Понятие о тангенсе угла диэлектрических потерь. Оценка состояния изоляции по tg 5. Физико-механические свойства диэлектриков.  [c.319]


Расчёт сопротивления проводника. Удельное сопротивление. Примеры расчетов

Сопротивление в проводниках возникает из-за взаимодействия электронов с ионами кристаллической решетки. Если вдуматься, то можно заметить, что чем длиннее проводник, тем больше такое взаимодействие.

Также, логично предположить, что чем толще проводник, тем больший поток электронов может пройти через поперечное сечение.

И, конечно, мы знаем, что разные вещества по-разному проводят ток. Исходя из этих знаний, мы можем установить следующее:

Чем длиннее проводник, тем больше его сопротивление.

Чем толще проводник, тем меньше его сопротивление.

Сопротивления проводников одинаковой длины и толщины могут быть различны, в зависимости от вещества.

Ну а как именно зависит сопротивление проводника от его размеров, можно узнать только с помощью опытов. Мы уже немного знакомы с методикой проведения подобных экспериментов: нам нужно провести некоторые измерения, и, построив график, установить зависимость сопротивления от тех или иных величин. Данные опыты были проведены Георгом Омом.

Подключим проводник к источнику тока и, с помощью амперметра и вольтметра, измерим силу тока и напряжение. Мы используем, так называемый, мультиметр — современный прибор, который выполняет функции амперметра и вольтметра, в зависимости от настроек. Но, тем не менее, мы по-прежнему должны следовать правилам: когда мы хотим измерить силу тока, мультиметр подключается последовательно. На мультиметре есть переключатель между режимами измерения той или иной величины. Также, когда мы хотим измерить напряжение, мультиметр подключается параллельно. Используя закон Ома, мы можем вычислить сопротивление данного проводника.

Подобным способом, мы можем вычислить сопротивление проводников разной длины, но той же толщины, сделанных из того же материала. Проведя несколько измерений, выясним, что сопротивление проводника увеличивается ровно во столько раз, во сколько увеличивается его длина.

В таблице с данными можно увидеть незначительные несоответствия. Однако, мелкие погрешности в измерениях, при проведении любого опыта, неизбежны. Тем не менее, закономерность очевидна: сопротивление проводника прямо пропорционально длине проводника. Это подтверждается и графиком, который является прямой линией.

Проведем несколько иной опыт: сравним сопротивления проводников из того же материала, одинаковой длины, но разной толщины. Поскольку роль играет не сама толщина, а площадь поперечного сечения проводника, то мы попытаемся выяснять, как зависит сопротивление именно от этого параметра.

Полученные данные показывают, что на этот раз сопротивление проводника обратно пропорционально площади поперечного сечения проводника. Наш график зависимости сопротивления от поперечного сечения имеет форму ветви гиперболы.

Как вы уже, наверное, догадались, удельное сопротивление проводников из того или иного материала тоже вычисляется экспериментальным путём. На этот раз, все проводники имеют одну и ту же длину и толщину, но состоят из разного вещества.

Удельное сопротивление проводника — это сопротивление проводника из данного вещества с площадью поперечного сечения 1 м2 и длиной 1 м. В таблице даны значения удельного сопротивления для некоторых веществ.  

Однако, площадь поперечного сечения проводника удобнее измерять в квадратных миллиметрах, поскольку это больше соответствует размерам реальных проводников.

Итак, исходя из наших опытов, сопротивление проводника прямо пропорционально длине проводника, обратно пропорционально площади поперечного сечения и зависит от вещества:

Из формулы мы можем выразить удельное сопротивление и определить его единицы измерения:

Упражнения.

Задача 1. Железный провод длиной 250 м имеет площадь поперечного сечения 2 мм2. Найдите сопротивление данного провода.

Задача 2. Какое напряжение должно быть на эбонитовом диске толщиной 1 мм, чтобы через него прошел ток в 1 мкА? Диаметр диска составляет 1 см.

Мы видим, что даже для того, чтобы через эбонит прошел очень маленький ток, нужно просто огромное напряжение. Такое напряжение создать практически невозможно. Даже в современных ускорителях частиц достигалось напряжение не больше нескольких ТВ. Поэтому, можно сказать, что мы не можем провести ток через эбонит. Этого следовало ожидать, поскольку удельное сопротивление эбонита огромно, и он является непроводником.

Задача 3. На рисунке показан график зависимости силы тока на участке цепи от неизвестной величины. Можете ли вы определить, что это за величина?

Итак, давайте вспомним, от чего вообще может зависеть сила тока. В первую очередь, сила тока — это количество заряда, прошедшего через поперечное сечение за единицу времени. Из формулы видно, что сила тока находится в линейной зависимости от количества заряда в единицу времени, а на рисунке мы видим график функции, который показывает нелинейную зависимость. Мы знаем, что график функции, описывающий любую линейную зависимость, будет являться прямой. Из формулы, описывающей закон Ома, мы видим, что сила тока прямо пропорциональна напряжению. Значит, неизвестная величина не является ни количеством заряда, ни напряжением. Сила тока обратно пропорциональна сопротивлению. Однако, мы уже знаем, что график функции зависимости силы тока от сопротивления представляет собой ветвь гиперболы, а на рисунке мы видим другой график.

Тогда следует заметить, что сила тока зависит от величин, которые, в свою очередь, зависят от других величин. Напряжение связано с работой по переносу заряда, но эта зависимость тоже линейная. Рассмотрим, от чего зависит сопротивление: от удельного сопротивления, от длины проводника и от площади поперечного сечения. Удельное сопротивление для каждого проводника — есть величина постоянная. Сопротивление находится в линейной зависимости от длины проводника, длина проводника — это независимая величина. Остается площадь поперечного сечения. Как раз-таки, она зависит не от радиуса, а от квадрата радиуса проводника, что приводит нас к нелинейной зависимости. Если мы преобразуем формулу, по которой вычисляется сила тока в проводнике, то увидим, что сила тока прямо пропорциональна квадрату радиуса проводника. Это единственная величина, которая могла привести к построению графика квадратичной функции. Действительно, если мы внимательно изучим график, то убедимся, что это парабола. Следует заметить, что это может быть график зависимости силы тока не от радиуса, а от диаметра. Однако, для того, чтобы это проверить, нам нужна дополнительная информация. Тем не менее, мы с уверенностью можем сказать, что это график зависимости силы тока либо от радиуса, либо от диаметра проводника (по форме эти два графика ничем не отличаются — существуют лишь числовые отличия).

Удельное сопротивление

  • Изучив этот раздел, вы сможете:
  • • Опишите свойство удельного сопротивления.
  • • Выполните расчеты удельного сопротивления.
  • • Используйте соответствующие электрические единицы (Ом · м) для описания удельного сопротивления общих проводников и изоляционных материалов.

Как материалы влияют на сопротивление

При условии, что размеры (длина и площадь поперечного сечения) любого проводника не изменятся, его сопротивление останется прежним.Если два проводника одного и того же размера имеют разное сопротивление, они должны быть изготовлены из разных материалов.

Один из способов описать материал (любой материал) — это его УСТОЙЧИВОСТЬ. Это величина сопротивления, присутствующая в куске материала СТАНДАРТНЫХ РАЗМЕРОВ. Таким образом можно определить любой материал. Удельное сопротивление материала определяется как сопротивление куска материала длиной один метр и площадью поперечного сечения один квадратный метр (т.е.е. куб материала размером один квадратный метр). Удельное сопротивление материала — это сопротивление на противоположных гранях этого стандартного куба.

Удельное сопротивление обозначается символом ρ. Это не буква p, а строчная греческая буква r (называемая ро) и измеряется в единицах, называемых ОМОМЕР, обозначаемых как Ом • м. . (Примечание: это не то же самое, что Ом / метр или Ом на метр)

Итак, сопротивление любого проводника можно найти, соотнося три фактора;

Длина: = L Площадь поперечного сечения: = A Удельное сопротивление: = ρ

Следующая формула может использоваться для определения сопротивления любого проводника при условии, что известны его размеры и удельное сопротивление.

Помните, что, поскольку проводники обычно имеют круглое сечение, площадь поперечного сечения может быть найдена с использованием основной формулы для определения площади круга. то есть A = π r 2 или A = π (d / 2) 2 , где r и d — заданный радиус и заданный диаметр соответственно, а π = 3,142.

Важно.

При использовании этой (или любой) формулы вы должны преобразовать любую подъединицу (мм, см и т. Д.) В ее СТАНДАРТНУЮ ЕДИНИЦУ СИ, например, Метры (м). В противном случае ваш результат может быть в 100 или 1000 раз хуже.

Проблемы с удельным сопротивлением

могут быть сложными для решения, поскольку вам нужно запомнить сразу несколько вещей, используя формулу площади поперечного сечения И формулу удельного сопротивления вместе, конвертируя в стандартные единицы СИ и используя константы удельного сопротивления. Может быть, тебе стоит немного попрактиковаться? Попробуйте выполнить короткую викторину по удельному сопротивлению, а если вам нужна небольшая помощь с математикой, загрузите буклет «Советы по математике», чтобы начать работу.

Приблизительное удельное сопротивление некоторых распространенных материалов. (в Ом · м)

ПРОВОДНИКИ

  • Алюминий 2.7 х 10 -8
  • Медь 1,72 x 10 -8
  • Утюг 10,5 x 10 -8
  • Меркурий 96 x 10 -8
  • Нихром 1,1 x10 -6

ИЗОЛЯТОРЫ

  • P.V.C. 5,4 х 10 15
  • Стекло 1,0 x 10 14
  • Слюда 9,0 x 10 13
  • Тефлон 1,0 x 10 24
  • Твердая резина 10 x 10 12

Из приведенного выше списка видно, что удельное сопротивление изоляторов намного выше, чем у проводников.

Что такое удельное электрическое сопротивление? — Matmatch

Удельное электрическое сопротивление — это свойство, уникальное для каждого материала, которое необходимо понимать перед созданием и проектированием электрических и электронных систем. Знание того, как материалы различаются по удельному сопротивлению, дает информацию для выбора подходящих материалов, используемых для изготовления двигателей, электрических цепей, диэлектриков, резистивного нагрева и сверхпроводящих приложений.

Какое удельное электрическое сопротивление материала?

Удельное электрическое сопротивление, обозначаемое греческой буквой ρ (ро), является мерой сопротивления определенного материала заданного размера проводимости электрического тока, протекающего через него.Его также называют удельным электрическим сопротивлением или объемным сопротивлением [1]. Единица измерения удельного электрического сопротивления в системе СИ выражается в ом-метрах (Ом · м). Он также измеряется в единицах (мкОм · см). Изоляторы имеют высокие значения удельного электрического сопротивления в диапазоне 10 10 Ом · м или более, тогда как металлические проводники имеют очень низкие значения удельного сопротивления в диапазоне 10 -8 Ом · м.

Какая формула удельного электрического сопротивления?

Удельное электрическое сопротивление (ρ) твердого объекта определяется путем пропускания электрического тока через образец и последующего измерения результирующего падения напряжения на определенной длине.Это выражается соотношением между электрическим полем внутри материала и протекающим электрическим током.

Фундаментальная взаимосвязь между сопротивлением материала потоку электронов представлена ​​законом Ома [2]:

где,

В = I. R

В — приложенное напряжение, (вольт: В)

Я электрика

l текущий расход (амперы: A)

R — сопротивление материала (Ом: Ом)

Изображение 1 Источник для справки — https: // www.subsurfaceinsights.com/images/ohmslaw.png

Путем деления напряжения на длину образца L, в результате чего возникает электрическое поле E, и тока на площадь поперечного сечения A, в результате чего получается плотность тока J, удельное электрическое сопротивление можно описать как внутреннее свойство материала следующим образом:

ρ — удельное электрическое сопротивление материала (ом-метр: Ом · м)

E — величина электрического поля в материале (вольт / метр: В / м)

Дж — величина плотности электрического тока в материале (ампер / кв.м: А / м 2 )

Для идеального резистора или проводника с однородным поперечным сечением, физическим составом и равномерным током формула электрического сопротивления может быть записана как:

где,

R — электрическое сопротивление однородного образца (Ом: Ом)

A — площадь поперечного сечения образца (квадратных метров: 2 м)

L — длина образца (метры: м) [2]

Проводимость, в отличие от удельного сопротивления, является свойством материала, которое связано с легкостью, с которой электрический ток может протекать в материале.Это величина, обратная удельному сопротивлению, выражается как 1 / ρ с единицей измерения Сименс / метр (См / м). Сверхпроводник имеет практически нулевое омическое сопротивление и бесконечную проводимость [3].

Удельное сопротивление против сопротивления

Удельное сопротивление и сопротивление нельзя путать друг с другом. Удельное сопротивление — это свойство материала, имеющее внутреннюю ценность, как и теплопроводность, в то время как сопротивление зависит от формы, геометрии и удельного сопротивления. Рассмотрим два стержневых образца из проводящего материала одинакового состава и длины, но разного диаметра.Ожидается, что удельное сопротивление будет одинаковым для обоих, но тот, у которого меньше площадь поперечного сечения, будет иметь относительно большее сопротивление. Если, однако, диаметры были такими же, а длина одного стержня увеличилась, более длинный стержень будет иметь большее сопротивление. Таким образом, можно сказать, что сопротивление проводника пропорционально его длине (R ∝ L) [4].

Удельное сопротивление и температура

Удельное электрическое сопротивление зависит от температуры, и для большинства материалов табличные значения обычно приводятся при комнатной температуре (20 ° C).Металлические проводники обычно имеют увеличивающееся удельное сопротивление пропорционально температуре, тогда как удельное сопротивление полупроводников, таких как кремний, уменьшается с повышением температуры. Это делает полупроводники идеальными для применения в электронике [2].

Удельное сопротивление и выбор материала

Электрические и электронные системы используют удельное электрическое сопротивление как ключевой параметр при выборе материала. Это позволяет дизайнерам определять подходящий материал для конкретного приложения.Например, системы распределения электроэнергии полагаются на удельное электрическое сопротивление для оценки линий электропередачи, заземления и материала почвы.

Материалы, которые служат проводниками, должны иметь низкий уровень удельного сопротивления, несмотря на то, что их протягивают в длинные тонкие провода. Знание удельного электрического сопротивления различных материалов дает информацию о практичности их использования и позволяет исследовать подходящие альтернативы. Например, хотя серебро и золото имеют низкие значения удельного сопротивления и являются отличными проводниками, они дороги по сравнению с медью.Медь обладает высокой пластичностью и высокой электропроводностью, поэтому она является лучшим вариантом. Удельное сопротивление также важно для определения материалов, которые должны действовать как изоляторы для размещения проводов и соединений.

Удельное электрическое сопротивление и размер проводника

Термин «проводник» относится к любому материалу, который позволяет электричеству проходить через него. В более распространенном использовании этот термин описывает способность материала проводить электрический ток. В большинстве случаев этот ток проходит через физическое соединение либо по проводимости, либо по сопротивлению, либо по обоим параметрам.Некоторые материалы, в том числе некоторые металлы, имеют большее количество заряженных состояний, чем другие.

В большинстве металлов, включая медь или бронзу, подвижные отрицательно заряженные частицы обычно являются электронами, хотя в случае других металлов они могут быть атомами или другими электрически заряженными частицами. Этот вид проводника называется проводником, потому что он способствует легкой передаче электричества из одного места в другое. На рынке доступны самые разные типы проводов.Самый распространенный вид, который передает электричество от одного конца к другому, известен как провод. Другой тип проводника, который позволяет электричеству перемещаться на большие расстояния в жидкости, называется проводником жидкости.

Электрический ток может передаваться по проводу, если диаметр и длина провода достаточно велики и изолированы от окружающей среды. Кроме того, в качестве проводников можно использовать материалы с высоким сопротивлением прохождению электрического тока. Примеры этих материалов включают стекло и пластик.В определенной степени даже эти неметаллические разновидности способны проводить электричество; их просто нужно защитить от окружающей среды. Их часто размещают между двумя проводниками в схеме разводки.

Существует три основных типа электрических проводников: металлические, неметаллические и пластиковые. Первые два смешиваются с другими элементами для создания новых разновидностей проводников. Примеры смешанных металлических проволок, используемых в автомобилях. Пластик часто смешивают с металлом при производстве электрических проводов.Пластик устойчив к коррозии, а его способность выдерживать давление делает его идеальным для использования там, где давление меньше.

Как упоминалось выше, существует несколько различных типов изоляторов. Некоторые из них сочетают в себе различные формы изолятора, чтобы создать очень проводящее вещество. Примеры таких материалов включают полиэтилен и полипропилен. Примеры изоляторов, в которых не используются другие материалы для создания проводника, включают нейлон и резину. Изолятор особого типа, известный как изолирующий гель, часто сочетается с пластиком для создания очень эффективного электрического проводника.

Существует множество случаев, когда в повседневной жизни требуется электрический провод. Его можно найти на сушилке для белья или на электрических предохранителях и розетках. Независимо от области применения, каждый раз, когда требуется электрическое сопротивление проводника, его состав и конструкция должны соответствовать определенным требованиям. Ниже приведены некоторые из этих требований.

Любой электропроводящий материал будет иметь как изолятор, так и компонент потока. Изолятор предназначен для уменьшения количества статического электричества, проходящего через материал.Изолятор также уменьшит количество тепла, проходящего через проводник. Наконец, изолятор предотвратит повреждение любого электронного компонента, который использует его проводимость.

Скорость, с которой проводник уменьшает или увеличивает количество статического заряда, называется скоростью, с которой он теряет электроны. Когда изолятор снижает скорость движения электронов, цепь называется «разомкнутой», что означает, что она может проводить электрический ток без особых проблем. С другой стороны, когда проводник увеличивает скорость движения электронов, цепь называется «замкнутой», что означает, что она может проводить только электрический ток, а поток электронов вызовет повреждение любого электронного компонента, подключенного к цепи. .Таким образом, изоляторы используются для поддержания цепи в «разомкнутом» состоянии, в то же время предотвращая повреждение электронного оборудования, подключенного к цепи.

Просмотры: 187

Классификация материалов по удельному сопротивлению

Удельное сопротивление материала является характеристикой этого конкретного материала. Материалы можно в целом разделить на проводники и изоляторы. Металлы и сплавы с низким удельным сопротивлением порядка 10 -6 — 10 -8 Ом · м являются хорошими проводниками электричества.Они переносят ток без заметных потерь энергии.

Пример: серебро, алюминий, медь, железо, вольфрам, нихром, манганин, константан.

Удельное сопротивление металлов увеличивается с повышением температуры. Изоляторы — это вещества с очень высоким удельным сопротивлением порядка 10 8 — 10 14 Ом · м. Они обладают очень высоким сопротивлением току и называются непроводящими.

Пример : стекло, слюда, янтарь, кварц, дерево, тефлон, бакелит.

Между этими двумя классами материалов лежат полупроводники (таблица). Они частично дирижируют. Удельное сопротивление полупроводника 10 -2 -10 4 Ом · м. Пример: германий, кремний.

Удельное сопротивление, обычно обозначаемое греческой буквой ро (ρ). Единицей измерения сопротивления является ом. В системе метр-килограмм-секунда — единица удельного сопротивления в ом-метре. Если длина измеряется в сантиметрах, удельное сопротивление может быть выражено в единицах ом-сантиметр.

Таблица: Удельное электрическое сопротивление при комнатной температуре

По удельному сопротивлению вещества классифицируются как проводники, изоляторы и резисторы.

  • Проводники — это вещества с очень низким электрическим сопротивлением.
  • Изоляторы — это вещества с бесконечно высоким сопротивлением.
  • Резисторы — это вещества со сравнительно высоким сопротивлением, чем проводники, но меньшим сопротивлением, чем изоляторы.

Удельное сопротивление полупроводников находится между проводниками и изоляторами. Золото является хорошим проводником электричества и поэтому имеет низкое удельное сопротивление. Стекло — хороший изолятор, не пропускающий электроны. Следовательно, он имеет высокое сопротивление. Кремний — это полупроводник, поэтому он допускает частичное движение электронов. Удельное сопротивление идеальных проводников равно нулю, а удельное сопротивление идеальных изоляторов бесконечно.

Удельное сопротивление отличается от вещества к веществу —

Все вещества можно классифицировать на основе их удельного сопротивления: —

(1) Вещества с очень низким удельным сопротивлением — Материал с очень низким удельным сопротивлением пропускает электрический ток через них.Итак, соединения с очень низким удельным сопротивлением называются проводниками.

(2) Вещества с умеренным сопротивлением. Вещества с умеренной чувствительностью оказывают существенное сопротивление протеканию через них электрического тока. Такой материал поэтому и получил название резисторы.

(3) Вещества с высоким удельным сопротивлением — Вещества с очень высоким удельным сопротивлением не позволяют протекать через них электричеству. Материал, не пропускающий через них электричество, называется изоляторами.

Материал с высоким удельным сопротивлением означает, что он обладает высоким сопротивлением и будет противостоять потоку электронов. Материал с низким удельным сопротивлением означает, что он имеет низкое сопротивление, и поэтому электроны плавно проходят через материал. Например, медь и алюминий имеют низкое удельное сопротивление. Хорошие проводники имеют меньшее удельное сопротивление. Изоляторы обладают высоким сопротивлением. Можно видеть, что удельное сопротивление меди и удельное сопротивление латуни низкое, и ввиду их стоимости по сравнению с серебром и золотом они становятся экономически эффективными материалами для использования для многих проводов.Удельное сопротивление меди и простота ее использования означают, что она также используется почти исключительно в качестве проводящего материала на печатных платах.

Измерение удельного сопротивления проводников — это не ракетостроение!

Для определения удельного сопротивления металла необходимо точно измерить очень низкие сопротивления (и, следовательно, низкие напряжения). Многие методы, используемые для металлов, применимы к другим приложениям, таким как сопротивление сверхпроводников, нанопроволоки, графен (форма углерода толщиной в один атом) и другие наноматериалы.Все они связаны с измерением малых напряжений, при которых подаваемая мощность должна быть низкой, чтобы предотвратить самонагрев устройства.

На рисунке 1 показана система для определения удельного сопротивления металлического стержня или стержня. Источник тока подключен к обоим концам образца, а выводы вольтметра размещены на известном расстоянии друг от друга на его поверхности (L). Удельное сопротивление проводящих материалов обычно определяется путем получения известного тока (I), измерения падения напряжения (V), затем вычисления удельного сопротивления (ρ) по измеренному напряжению, величине тока источника, площади поперечного сечения (A = wt) и расстояние между выводами вольтметра, используя это уравнение:

Для проводящих материалов, таких как металлы, это падение напряжения обычно составляет всего лишь микровольт или нановольт, поэтому точные измерения имеют решающее значение.К потенциальным источникам ошибок относятся сопротивление измерительных проводов, термоэлектрические напряжения, низкочастотный шум, внешние источники шума, шум Джонсона и использование вольтметра с недостаточной чувствительностью. К счастью, могут существовать специальные методы, позволяющие уменьшить влияние этих ошибок. Например, использование четырехпроводного метода, при котором один набор выводов используется для подачи тока, а другой набор — для измерения падения напряжения на образце, устранит влияние сопротивления выводов.

Рисунок 1.Определение удельного сопротивления металлического стержня или стержня

Термоэлектрическое напряжение

Термоэлектрические напряжения — частый источник ошибок при измерениях низкого напряжения и низкого сопротивления. Эти напряжения возникают, когда разные металлы в цепи имеют разную температуру. Чтобы снизить термоэлектрические напряжения, создавайте испытательные схемы, используя те же материалы для межсоединений. Сведите к минимуму температурные градиенты в испытательной цепи и дайте испытательному оборудованию нагреться и достичь теплового равновесия.Наконец, используйте метод компенсации смещения для преодоления этих нежелательных смещений, такой как метод реверсирования тока или метод компенсации смещения дельта-режима (см. Ниже).

Шум Джонсона

Основной предел измерения — шум Джонсона в сопротивлении источника. При любом сопротивлении тепловая энергия вызывает движение заряженных частиц. Это движение заряда приводит к возникновению шума, который часто называют шумом Джонсона или тепловым шумом. Мощность (P), доступная от этого движения, определяется по формуле:

P = 4 КБ

где: k = постоянная Больцмана (1.38 × 10–23 Дж / К)

T = абсолютная температура в К

B = ширина полосы шума в Гц

Металлические проводники приближаются к этому теоретическому пределу шума, в то время как другие материалы производят несколько более высокий уровень шума. Шум напряжения Джонсона (E), развиваемый в резисторе (R), составляет:

и шум тока Джонсона (I), создаваемый резистором (R):

Все реальные источники напряжения и тока содержат внутреннее сопротивление; следовательно, они демонстрируют шум Джонсона.На рис. 2 показана зависимость напряжения шума Джонсона от сопротивления источника для различной ширины полосы (или времени нарастания) при комнатной температуре.

Рисунок 2: Зависимость шумового напряжения от ширины полосы при различных сопротивлениях источника

Предыдущие уравнения предлагают несколько способов уменьшения шума Джонсона. Возможно, удастся уменьшить полосу пропускания, температуру источника или сопротивление источника.

Шум Джонсона также накладывает теоретический предел достижимого разрешения по напряжению или току.Это повлияет на выбор прибора, который используется для измерения необходимых низких напряжений. Как показано на рисунке 3, нановольтметры — лучший инструмент для измерения очень низких напряжений, которые близки к теоретическим пределам, но только до определенного сопротивления устройства.

Рисунок 3: Теоретические пределы измерения напряжения и различные инструменты с разными уровнями шума

Дельта-режим — это метод устранения как постоянных тепловых сдвигов, так и переменных тепловых сдвигов.Техника включает в себя подачу тока и измерение напряжения, затем реверсирование тока и повторное измерение напряжения еще два раза. Разница между измерениями и их средним значением — это отклик напряжения, обусловленный только образцом, полученным в результате приложенного уровня тока. Повторение процесса и использование усреднения снижает шум. Нановольтметр Keithley модели 2182A и источники тока модели 6220 или 6221 автоматизируют эти измерения в дельта-режиме и подходят для широкого диапазона удельного сопротивления.

Источники внешнего шума — это помехи, создаваемые другим электрическим оборудованием. Им можно управлять путем экранирования и фильтрации или просто путем устранения источника шума. Поскольку эти источники шума часто находятся на частоте линии электропередач, избегайте тестовых частот, которые являются точными кратными или долями от 50 Гц или 60 Гц. При использовании приборов постоянного тока и методов реверсирования уменьшение внешнего шума может быть достигнуто простым интегрированием каждого измерения для целого числа циклов линии питания.

Измерение удельного сопротивления проводников может быть сложной задачей из-за всех потенциальных источников ошибок, но методы, подробно описанные в этом блоге, могут значительно улучшить результаты измерений. Большинство цифровых мультиметров не могут измерить падение напряжения на уровне микровольт или нановольт с достаточной точностью, чтобы произвести хорошее измерение. Для правильных измерений необходим очень чувствительный вольтметр, такой как нановольтметр модели 2182A с разрешением 1 нВ. Также необходимо иметь точный источник тока, такой как источник тока модели 6220 или 6221, чтобы уменьшить ошибки при вычислении удельного сопротивления.

Вы можете узнать больше о дельта-режиме и других измерениях сопротивления в этом соответствующем блоге: Измерение низкого сопротивления с помощью SourceMeter: Могу ли я использовать методы измерения реверсирования тока, компенсации смещения или дельта-режима?

Для получения дополнительной информации о продуктах, обсуждаемых в этом блоге, щелкните следующие ссылки:

Чтобы узнать больше об измерениях удельного сопротивления, загрузите примечание по применению: Измерение удельного сопротивления и определение типа проводимости полупроводниковых материалов с помощью четырехточечного коллинеарного зонда и источника постоянного и переменного тока модели 6221

Чтобы узнать больше о создании точных приборов низкого уровня, загрузите Справочник по измерениям низкого уровня — 7 th Edition

Удельное сопротивление общих проводников

Удельное сопротивление общих проводников

Удельное сопротивление общих проводников при 20 ° C

Материал

Удельное сопротивление

мВт-см

Вт-м

Алюминий

2.62

2,62E-8

Бериллий

35

35E-8

висмут

115

115E-8

Латунь (66Cu, 34Zn)

3.9

3.9E-8

Хром

2,6

2.6E-8

Медь

1,72

1.72E-8

Графит (типичный)

1400

1400E-8

Золото

2,44

2.44E-8

Индий

9

9E-8

Утюг

9,71

9.71E-8

Свинец

21.9

21.9E-8

Магний

4.46E-8

4.46E-8

нихром (65Ni, 12Cr, 23Fe)

100

100E-8

Никель

6.9

6.9E-8

Кремний

85000

85000E-8

Серебро

1,62

1.62E-8

нержавеющая сталь

90

90E-8

Сталь (низкая, 0,5% C)

13

13E-8

Сталь (высокая, 0.5% С)

22

22E-8

Тантал

13,1

13.1E-8

Олово

11.4

11.4E-8

Титан

47,8

47.8E-8

Вольфрам

5,48

5.48E-8

Микроволны101 | Проводимость

Щелкните здесь, чтобы перейти на нашу главную страницу, посвященную резисторам

На этой странице обсуждаются различия между пятью категориями материалов в зависимости от их проводимости:

Изоляторы

Полуизоляторы

Полупроводники

Проводники

Сверхпроводники

На этой странице также объясняются концепции сопротивления листа и проводимости.

Приведенные ниже различия широко используются, но могут рассматриваться как произвольные, поскольку здесь нет отраслевого стандарта, который можно было бы применить (возможно, IEEE когда-нибудь предложит такой). Вы также можете заглянуть на нашу страницу о проведении материалов.

Изоляторы

Эта категория ОЧЕНЬ резистивная (да). Объемное удельное сопротивление находится в диапазоне от 10 10 до 10 22 Ом-сантиметр, чтобы считаться изолятором. Любой «хороший» диэлектрический материал является изолятором.Изоляторы включают стекло, пластик, резину, диоксид кремния и нитрид кремния.
Изоляционные материалы имеют плотно связанные электроны (обычно восемь) во внешней оболочке, которые счастливы оставаться там даже в присутствии электрических полей высокого напряжения.

Полуизоляторы

Полуизоляторы

имеют объемное удельное сопротивление от 10 3 до 10 10 Ом сантиметров. Пластины GaAs, вырезанные только что из були, считаются полуизолирующими.

Полупроводники:

Полупроводники

имеют объемное удельное сопротивление в диапазоне от 10 -4 Ом-см (сильно легированные) до 10 3 Ом-см (нелегированные или собственные).Это семь порядков! К полупроводниковым элементам относятся кремний и германий, не случайно они оба из группы 4 таблицы периодов. Полупроводниковые соединения включают арсенид галлия, фосфид индия и нитрид галлия из групп 3/5 или 2/6 таблицы периодов.

Полупроводниковые материалы имеют 4 электрона во внешней оболочке (она наполовину заполнена). Когда атомы связаны в кристаллическую решетку, они разделяют электроны, так что каждый из них имеет восемь электронов на внешней оболочке.Электроны связаны несколько слабо, поэтому они могут стать носителями в присутствии электрического поля.

Проводников:

Чтобы считаться проводником, материал должен иметь объемное удельное сопротивление в диапазоне от 10 -6 до 10 -4 Ом-см. Материалы проводника имеют слабо связанные электроны (один или два) во внешней (валентной) оболочке, которые могут легко перемещаться под действием напряжения с образованием тока. Проводники включают элементарные металлы, такие как медь, золото, серебро, алюминий.Сильнолегированные полупроводники также можно считать проводниками.

Сверхпроводников:

Контент перемещен на новую страницу сверхпроводников.

Сопротивление листа и проводимость листа

Эта концепция более подробно описана на нашей странице, посвященной математике резисторов.

Объемное удельное сопротивление — это свойство, не зависящее от частоты и геометрии. В микроволнах мы часто имеем дело с тонкими пленками проводников, которые были нанесены с контролируемой толщиной.В этом случае более удобным свойством является листовое сопротивление. Сопротивление металлической пленки часто выражается в Ом / квадрат. Что за квадрат? Именно так. Кто первый? «Не знаю» на втором месте.

Вспомните уравнение для расчета сопротивления на основе удельного объемного сопротивления:

Помните, что рассчитанное таким образом сопротивление не учитывает влияние глубины скин-слоя. Он будет точным, если толщина вашего проводника мала по сравнению с толщиной скин-слоя.

Если рассматривать количество L / w, оно безразмерно.Его можно рассматривать как меру того, сколько квадратов на занимает площадь вашего проводника или резистора. Например, тонкопленочный резистор длиной 30 мил и шириной 10 мил представляет собой три квадрата. Меньший резистор длиной 3 мкм и шириной 1 мкм также имеет три квадрата (спасибо Джеку!). Если они оба имеют одинаковую толщину и объемное удельное сопротивление, они оба имеют одинаковое значение в омах. Они будут иметь совершенно разные номинальные мощности, а меньший резистор будет иметь более высокую полезную частотную характеристику.Будьте осторожны, чтобы не перепутать длину и ширину, резистор длиной 10 микрон и шириной 30 микрон имеет размер 1/3 квадрата, а не три квадрата!

Сопротивление листа, R sh , равно объемному удельному сопротивлению, деленному на толщину. Его можно использовать для удобного расчета значений сопротивления по количеству квадратов, как показано ниже:

Как и во всем инженерном деле, вам необходимо поддерживать единообразие единиц измерения для правильного расчета (если rho выражается в сантиметрах в омах, толщина также должна быть в сантиметрах).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *