Когда говорят, что медь является более тяжелым метал, отколкото алуминий, след това сравнете плътността им. По същия начин, когато казват, че медта е по-добър проводник от алуминия, се сравнява тяхното съпротивление (ρ), чиято стойност не зависи от размера или формата на конкретна проба - само от самия материал.
Съпротивата е мярка за съпротиваелектрическа проводимост за даден размер на материала. Неговата противоположност е електрическата проводимост. Металите са добри електрически проводници (висока проводимост и ниска ρ), докато неметалите са предимно лоши проводници (ниска проводимост и висока ρ).
Более знакомое термическое электрическое съпротивлението измерва колко трудно е материал да провежда електричество. Зависи от размера на частта: съпротивлението е по-голямо за по-дълъг или по-тесен участък от материала. За да се елиминира ефектът на размера върху съпротивлението, се използва специфичното съпротивление на жицата - това е свойство на материала, което не зависи от размера. За повечето материали устойчивостта се увеличава с температурата. Изключение правят полупроводниците (например силиций), в които той намалява с температура.
Лекотата, с която материалът провежда топлинатаизмерена чрез топлопроводимост. Като първа оценка, добрите електрически проводници също са добри топлинни проводници. Съпротивлението се обозначава със символа r, а неговата единица е омметър. Съпротивлението на чистата мед е 1,7 х 10 -8 ома. Това е много малко число - 0 000 000 017 Ohm, което означава, че кубичен метър мед практически няма съпротивление. Колкото по-ниско е съпротивлението (омметър или Ωm), толкова по-добре се използва материалът в електрическите кабели. Съпротивлението е обратната страна на проводимостта.
Стойността на съпротивлението на материала често еизползва се за класификация като проводник, полупроводник или изолатор. Твърдите елементи се класифицират като изолатори, полупроводници или проводници по тяхната „статична устойчивост“ в периодичната таблица от елементи. Съпротивлението в изолатор, полупроводник или проводим материал е основното свойство, което се счита за използване в електротехниката.
Таблицата показва някои данни за ρ, σ и температурни коефициенти. За металите устойчивостта се увеличава с повишаване на температурата. Обратното е вярно за полупроводниците и много изолатори.
| материал | ρ (Ωm) при 20 ° C | σ (S / m) при 20 ° C | Температурен коефициент (1 / ° C) x10 ^ -3 |
| сребърен | 1,59 × 10 -8 | 6.30 х 10 7 | 3,8 |
| мед | 1,68 × 10 -8 | 5,96 × 10 7 | 3,9 |
| злато | 2,44 × 10 -8 | 4,10 х 10 7 | 3,4 |
| алуминий | 2,82 × 10 -8 | 3,5 × 10 7 | 3,9 |
| Волфрам | 5,60 × 10 -8 | 1,79 × 10 7 | 4.5 |
| цинк | 5,90 × 10 -8 | 1,69 × 10 7 | 3,7 |
| Никел | 6,99 × 10 -8 | 1,43 × 10 7 | 6 |
| Литий | 9,28 × 10 -8 | 1,08 × 10 7 | 6 |
| желязо | 1,0 × 10 -7 | 1.00 × 10 7 | 5 |
| Платина | 1,06 × 10 -7 | 9,43 × 10 6 | 3,9 |
| олово | 2,2 × 10 -7 | 4,55 × 10 6 | 3,9 |
| Константан | 4.9 × 10 -7 | 2,04 × 10 6 | 0,008 |
| живак | 9,8 × 10 -7 | 1,02 × 10 6 | 0.9 |
| Нихром | 1,10 × 10 -6 | 9.09 × 10 5 | 0,4 |
| Въглерод (аморфен) | 5 × 10 -4 до 8 × 10 -4 | 1,25-2 × 10 3 | -0,5 |
За всяка дадена температура можем да изчислим електрическото съпротивление на обект в ома, като използваме следната формула.
В тази формула:
Съпротивлението е равно на определен брой омметри. Въпреки факта, че SI единицата на ρ обикновено е омметър, понякога се използват оми на сантиметър.
Съпротивлението на даден материал се определя от големината на електрическото поле върху него, което дава определена плътност на тока.
ρ = E / J, където:
Как да определим съпротивлението? Много резистори и проводници имат равномерно напречно сечение с равномерен поток на електрически ток. Следователно има по-специфично, но по-широко използвано уравнение.
ρ = R * A / J, където:
Електрическото съпротивление на материала е известно още катоспецифично електрическо съпротивление. Това е индикация за това колко силно материалът се противопоставя на потока от електрически ток. Може да се определи чрез разделяне на съпротивлението на единица дължина и единица площ на напречното сечение за конкретен материал при дадена температура.
Това означава, че ниското ρ показва материалкоето позволява на електроните да се движат лесно. Обратно, материал с висока ρ ще има голямо съпротивление и ще възпрепятства потока на електроните. Елементи като мед и алуминий са известни със своите ниски ρ. Среброто, и по-специално златото, има много ниска стойност на ρ, но поради очевидни причини използването им е ограничено.
Материалите се поставят в различни категории в зависимост от тяхната ρ стойност. Обобщение е показано в таблицата по-долу.
Нивото на проводимост на полупроводниците зависи отлегиращо ниво. Без допинг те почти приличат на изолатори, което е същото за електролитите. Нивото ρ на материалите варира в широки граници.
| Категории на оборудването и вид материали | Област на съпротивление на най-често срещаните материали в зависимост от ρ |
| Електролити | Променлива |
| изолатори | ~ 10 ^ 16 |
| метали | ~ 10 ^ -8 |
| полупроводници | Променлива |
| Свръхпроводници | 0 |
В повечето случаи съпротивлението се увеличавас температура. В резултат на това става необходимо да се разбере температурната зависимост на съпротивлението. Причината за температурния коефициент на съпротивление в проводник може да се обясни интуитивно. Устойчивостта на материала зависи от редица явления. Един от тях е броят на сблъсъците, които се случват между носителите на заряд и атомите в материала. Съпротивлението на проводника ще се увеличава с увеличаване на температурата, тъй като броят на сблъсъците се увеличава.
Това не винаги може да е така и се дължи на факта, че сповишаването на температурата освобождава допълнителни носители на заряд, което ще доведе до намаляване на съпротивлението на материалите. Този ефект често се наблюдава в полупроводниковите материали.
При разглеждане на температурната зависимостсъпротивлението обикновено се счита за линеен температурен коефициент. Това се отнася за стайната температура и за металите и много други материали. Установено е обаче, че съпротивляващите ефекти в резултат на броя на сблъсъците не винаги са постоянни, особено при много ниски температури (феномен на свръхпроводимост).
Съпротивлението на проводник при която и да е температура може да се изчисли от температурната стойност и неговия температурен коефициент на съпротивление.
R = Rref * (1+ α (T- Tref)), където:
Температурен коефициент на съпротивление, обикновено стандартизиран до температура от 20 ° C. Съответно уравнението, което обикновено се използва в практически смисъл, е:
R = R20 * (1+ α20 (T-T20)), където:
Таблицата на съпротивлението по-долу съдържамного от веществата, често използвани в електротехниката, включително мед, алуминий, злато и сребро. Тези свойства са особено важни, защото те определят дали дадено вещество може да се използва за направата на голямо разнообразие от електрически и електронни компоненти от проводници до по-сложни устройства като резистори, потенциометри и много други.
| Таблица за съпротивление на различни материали при външна температура 20 ° C | |
| материали | OM съпротивление при 20 ° C |
| алуминий | 2,8 х 10 -8 |
| Антимон | 3.9 × 10 -7 |
| Бисмут | 1,3 х 10 -6 |
| месинг | ~ 0,6 - 0,9 × 10 -7 |
| Кадмий | 6 х 10 -8 |
| кобалт | 5.6 × 10 -8 |
| мед | 1,7 × 10 -8 |
| злато | 2,4 х 10 -8 |
| Въглерод (графит) | 1 х 10 -5 |
| Германий | 4.6 х 10 -1 |
| желязо | 1,0 х 10 -7 |
| олово | 1,9 × 10 -7 |
| Нихром | 1,1 × 10 -6 |
| Никел | 7 х 10 -8 |
| Паладий | 1,0 х 10 -7 |
| Платина | 0,98 × 10 -7 |
| Кварц | 7 х 10 17 |
| силиций | 6,4 × 10 2 |
| сребърен | 1,6 × 10 -8 |
| Тантал | 1,3 х 10 -7 |
| Волфрам | 4,9 х 10 -8 |
| цинк | 5,5 х 10 -8 |
Диригентите са съставени от материали, коитопровеждат електрически ток. Немагнитните метали обикновено се считат за идеални проводници на електричество. Различни метални проводници се използват в индустрията за тел и кабели, но най-често срещаните са медта и алуминия. Проводниците имат различни свойства като проводимост, якост на опън, тегло и въздействие върху околната среда.
Съпротивлението на меден проводник е многопо-често се използва в производството на кабели от алуминия. Почти всички електронни кабели са изработени от мед, както и други устройства и оборудване, които използват мед с висока проводимост. Медните проводници се използват широко и в разпределението на електроенергия и производството на електроенергия, автомобилостроенето. За да спестят тегло и разходи, преносните компании използват алуминий в надземните далекопроводи.
Алуминият се използва в индустрии, където е важнолекота, като самолетостроене, в бъдеще се очаква да увеличи използването му в автомобилната индустрия. За по-големи кабели се използва алуминиева тел с медно покритие, за да се използва съпротивлението на медта, като се постигат значителни икономии на структурно тегло от лекия алуминий.
Медта е един от най-старите известни материали.Неговата пластичност и електрическа проводимост са били използвани от ранните електрически експериментатори като Бен Франклин и Майкъл Фарадей. Ниското ρ на медните материали доведе до приемането му като основни проводници, използвани в изобретения като телеграф, телефон и електрически двигател. Медта е най-често срещаният проводим метал. През 1913 г. е приет Международният стандарт за отгряване на медта (IACS) за сравняване на проводимостта на други метали с мед.
Съгласно този стандарт, търговски чистотгрятата мед има проводимост 100% IACS. Съпротивлението на материалите се сравнява с еталона. Произведената днес търговско чиста мед може да има по-високи стойности на проводимост на IACS, тъй като технологията за обработка напредва значително с течение на времето. В допълнение към отличната проводимост на медта, металът има висока якост на опън, топлопроводимост и топлинно разширение. Отгрятата медна жица, използвана за електрически цели, отговаря на всички изисквания на стандарта.
Въпреки факта, че медта има дълга история вКато материал за производство на енергия, алуминият има определени предимства, които го правят привлекателен за конкретно приложение, а настоящото му съпротивление прави възможно многократно разширяване на областта на неговото използване. Алуминият има 61% медна проводимост и само 30% мед по тегло. Това означава, че алуминиевата тел тежи наполовина по-малко от медната жица със същото електрическо съпротивление.
Алуминият обикновено е по-евтин отмеден проводник. Алуминиевите проводници са съставени от различни сплави и имат минимално съдържание на алуминий 99,5%. През 60-те и 70-те години на миналия век, поради високата цена на медта, този клас алуминий стана широко използван за битови електрически кабели.
Поради лошото качество на изработката,връзките и физическите разлики между алуминий и мед, устройствата и проводниците, направени въз основа на техните връзки, в местата на медно-алуминиеви контакти, са станали опасни от пожар. За противодействие на отрицателния процес са разработени алуминиеви сплави със свойства на пълзене и удължаване, по-подобни на медта. Тези сплави се използват за производството на многожилни алуминиеви проводници, чието текущо съпротивление е приемливо за масово използване, отговарящо на изискванията за безопасност на електрическите мрежи.
Ако алуминият се използва на места, където преди е била използвана мед, за да се запази същата производителност на мрежата, е необходимо да се използва алуминиева тел, двойно по-голяма от медната.
Много от материалите, намерени в таблицатасъпротивление, широко използвано в електрониката. Използват се алуминий и особено мед поради ниското им ниво на съпротивление. Повечето проводници и кабели, използвани днес за електрически връзки, са изработени от мед, тъй като осигурява ниско ρ и е достъпна. Добрата проводимост на златото, въпреки цената, се използва и в някои високо прецизни инструменти.
Често се среща златно покритиевисококачествени нисковолтови връзки, където задачата е да осигурят най-ниското съпротивление на контакта. Среброто не се използва широко в индустриалната електротехника, тъй като бързо се окислява и това води до висока контактна устойчивост. В някои случаи оксидът може да действа като токоизправител. Устойчивостта на тантал се използва в кондензатори, никел и паладий се използват в крайни връзки за много компоненти за повърхностно монтиране. Кварцът намира своето основно приложение като пиезоелектричен резонансен елемент. Кварцовите кристали се използват като честотни елементи в много осцилатори, където високата му стойност позволява надеждни честотни контури.
