Når de siger, at kobber er tungeremetal end aluminium og derefter sammenligne deres tæthed. På samme måde, når man siger, at kobber er en bedre leder end aluminium, sammenligner de deres resistivitet (ρ), hvis værdi ikke afhænger af størrelsen eller formen af en bestemt prøve alene på selve materialet.
Modstand er et mål for modstandelektrisk ledningsevne for en given materialestørrelse. Dets modsatte er elektrisk ledningsevne. Metaller er gode elektriske ledere (høj ledningsevne og lav p-værdi), mens ikke-metaller hovedsagelig er dårlige ledere (lav konduktivitet og høj p-værdi).
En mere velkendt termisk elektriskModstanden måler, hvor svært det er for materialet at lede elektricitet. Dette afhænger af delens størrelse: Modstanden er højere for en længere eller snæver del af materialet. For at eliminere størrelseseffekten fra modstanden anvendes trådens resistivitet - dette er en materiel egenskab, der ikke afhænger af størrelsen. For de fleste materialer stiger modstanden med temperatur. Undtagelser er halvledere (for eksempel silicium), hvor det falder med temperatur.
Den lethed, hvormed materialet udfører varme,måles ved termisk ledningsevne. Som en første evaluering er gode elektriske ledere også gode termiske ledere. Modstanden er betegnet med symbolet r, og dets måleenhed er et ohmmeter. Modstand af ren kobber er 1,7 × 10-8 ohm. Dette meget lille tal - 0.000.000 017 Ohm indikerer at kubikmeter kobber praktisk talt ikke modstår. Jo mindre resistivitet (ohmmeter eller Ωm), jo bedre materialet bruges i ledningerne. Modstand er den modsatte side af ledningsevnen.
Størrelsen af materialets modstand er ofteDet bruges til klassificering som en leder, halvleder eller isolator. Faste elementer klassificeres som isolatorer, halvledere eller ledere ved deres "statiske modstand" i det periodiske elementets tabel. Modstanden i isolatoren, halvlederen eller ledende materiale er den vigtigste egenskab, der tages i betragtning til brug i elektroteknik.
Tabellen viser nogle data af ρ, σ og temperaturkoefficienter. For metaller stiger modstanden med stigende temperatur. For halvledere og mange isolatorer er omvendt sandt.
| materiale | ρ (Ωm) ved 20 ° C | σ (S / m) ved 20 ° C | Temperaturkoefficient (1 / ° C) x10 ^ -3 |
| sølv | 1,59 × 10 -8 | 6,30 × 10 7 | 3,8 |
| kobber | 1,68 × 10 -8 | 5,96 × 10 7 | 3,9 |
| guld | 2,44 × 10 -8 | 4.10 × 10 7 | 3,4 |
| aluminium | 2,82 × 10 -8 | 3,5 × 10 7 | 3,9 |
| wolfram | 5,60 × 10 -8 | 1,79 × 10 7 | 4.5 |
| zink | 5,90 × 10 -8 | 1,69 × 10 7 | 3,7 |
| nikkel | 6,99 × 10 -8 | 1,43 × 10 7 | 6 |
| lithium | 9,28 × 10 -8 | 1,08 × 10 7 | 6 |
| jern | 1,0 × 10 -7 | 1,00 × 10 7 | 5 |
| platin | 1,06 × 10 -7 | 9,43 × 10 6 | 3,9 |
| At føre | 2,2 × 10 -7 | 4,55 × 10 6 | 3,9 |
| Constantan | 4,9 × 10 -7 | 2,04 × 10 6 | 0,008 |
| Kviksølv | 9,8 × 10 -7 | 1,02 × 10 6 | 0.9 |
| Nichrome | 1,10 × 10 -6 | 9,09 × 10 5 | 0,4 |
| Kulstof (amorf) | 5 × 10 -4 op til 8 × 10 -4 | 1,25-2 × 10 3 | -0,5 |
For en given temperatur kan vi beregne den elektriske modstand af et objekt i ohm ved hjælp af følgende formel.
I denne formel:
Modstanden er lig med et bestemt antal ohmmetre. På trods af at SI-enheden ρ normalt er et ohmmeter, bruges undertiden ohm per centimeter.
Modstanden af et materiale bestemmes af størrelsen af det elektriske felt over det, hvilket giver en vis strømtæthed.
ρ = E / J, hvor:
Hvordan bestemmes resistivitet?Mange modstande og ledere har et ensartet tværsnit med en ensartet strøm af elektrisk strøm. Derfor er der en mere specifik, men mere udbredt ligning.
ρ = R * A / J, hvor:
Et materiales elektriske modstand er også kendt somspecifik elektrisk modstand. Dette er en indikation af, hvor stærkt materialet modstår strømmen af elektrisk strøm. Det kan bestemmes ved at dividere modstanden med en længdeenhed og en enhed af tværsnitsareal for et specifikt materiale ved en given temperatur.
Dette betyder, at en lav ρ indikerer et materialesom gør det muligt for elektroner at bevæge sig let. Omvendt vil et materiale med høj ρ have høj modstand og hindre strømmen af elektroner. Elementer som kobber og aluminium er kendt for deres lave ρ. Sølv og især guld har en meget lav ρ-værdi, men af indlysende grunde er deres anvendelse begrænset.
Materialer placeres i forskellige kategorier afhængigt af deres ρ-værdi. Et resume er vist i nedenstående tabel.
Ledningsevneniveauet for halvledere afhænger aflegeringsniveau. Uden doping ligner de næsten isolatorer, hvilket er det samme for elektrolytter. Materialets ρ-niveau varierer meget.
| Udstyrskategorier og materialetype | Resistivitetsregion for de mest almindelige materialer afhængigt af ρ |
| Elektrolytter | Variabel |
| Isolatorer | ~ 10 ^ 16 |
| metaller | ~ 10 ^ -8 |
| Halvledere | Variabel |
| Superledere | 0 |
I de fleste tilfælde øges modstandenmed temperatur. Som et resultat bliver det nødvendigt at forstå modstandens temperaturafhængighed. Årsagen til temperaturkoefficienten for modstand i en leder kan forklares intuitivt. Modstanden i et materiale er afhængig af en række fænomener. En af disse er antallet af kollisioner, der opstår mellem ladningsbærere og atomer i et materiale. Ledningsmodstanden stiger med stigende temperatur, når antallet af kollisioner stiger.
Dette er muligvis ikke altid tilfældet og skyldes, at meden temperaturstigning frigiver yderligere ladningsbærere, hvilket vil føre til et fald i materialernes resistivitet. Denne effekt ses ofte i halvledermaterialer.
Når man overvejer temperaturafhængighedenmodstand anses generelt for at være en lineær temperaturkoefficient. Dette gælder for stuetemperatur og for metaller og mange andre materialer. Det har imidlertid vist sig, at modstandseffekterne, der skyldes antallet af kollisioner, ikke altid er konstante, især ved meget lave temperaturer (superledningsevne fænomen).
Modstanden af en leder ved en hvilken som helst given temperatur kan beregnes ud fra temperaturværdien og dens temperaturkoefficient for modstand.
R = Rref * (1+ α (T- Tref)), hvor:
Temperaturbestandighedskoefficient, normalt standardiseret til en temperatur på 20 ° C. Følgelig er ligningen, der almindeligvis anvendes i praktisk forstand:
R = R20 * (1+ α20 (T-T20)), hvor:
Modstandstabellen nedenfor indeholdermange af de stoffer, der ofte bruges i elektroteknik, herunder kobber, aluminium, guld og sølv. Disse egenskaber er især vigtige, fordi de bestemmer, om et stof kan bruges til at fremstille en bred vifte af elektriske og elektroniske komponenter fra ledninger til mere komplekse enheder såsom modstande, potentiometre og mange andre.
| Resistivitetstabel over forskellige materialer ved en udetemperatur på 20 ° C | |
| materialer | OM-resistens ved 20 ° C |
| aluminium | 2,8 x 10 -8 |
| Antimon | 3,9 × 10 -7 |
| Vismut | 1,3 x 10 -6 |
| Messing | ~ 0,6 - 0,9 × 10 -7 |
| Cadmium | 6 x 10 -8 |
| kobolt | 5,6 × 10 -8 |
| kobber | 1,7 × 10 -8 |
| guld | 2,4 x 10 -8 |
| Kulstof (grafit) | 1 x 10 -5 |
| Germanium | 4,6 x 10 -1 |
| jern | 1,0 x 10 -7 |
| At føre | 1,9 × 10 -7 |
| Nichrome | 1,1 × 10 -6 |
| nikkel | 7 x 10 -8 |
| Palladium | 1,0 x 10 -7 |
| platin | 0,98 × 10 -7 |
| Kvarts | 7 x 10 17 |
| Silicium | 6,4 × 10 2 |
| sølv | 1,6 × 10 -8 |
| Tantal | 1,3 x 10 -7 |
| wolfram | 4,9 x 10 -8 |
| zink | 5,5 x 10 -8 |
Ledere er sammensat af materialer, derlede en elektrisk strøm. Ikke-magnetiske metaller betragtes generelt som ideelle ledere af elektricitet. En række metalledere anvendes i tråd- og kabelindustrien, men de mest almindelige er kobber og aluminium. Ledere har forskellige egenskaber såsom ledningsevne, trækstyrke, vægt og miljøpåvirkning.
Modstanden af en kobberleder er megetmere almindeligt anvendt til kabelproduktion end aluminium. Næsten alle elektroniske kabler er lavet af kobber, ligesom andre enheder og udstyr, der bruger kobber med høj ledningsevne. Kobberledere bruges også i vid udstrækning til strømfordeling og elproduktion, bilindustrien. For at spare vægt og omkostninger bruger transmissionsvirksomheder aluminium i luftledninger.
Aluminium bruges i industrier, hvor det er vigtigtlethed, såsom flykonstruktion, forventes det i fremtiden at øge dets anvendelse i bilindustrien. Til større kabler bruges kobberbeklædt aluminiumstråd til at udnytte kobberets modstandsdygtighed og opnå betydelige strukturelle vægtbesparelser fra letvægtsaluminium.
Kobber er et af de ældste kendte materialer.Dens plasticitet og elektriske ledningsevne blev udnyttet af tidlige elektriske eksperimenter som Ben Franklin og Michael Faraday. Den lave ρ af kobbermaterialer har ført til dens vedtagelse som de vigtigste ledere, der anvendes i opfindelser såsom telegraf, telefon og elmotor. Kobber er det mest almindelige ledende metal. I 1913 blev den internationale standard for annealing kobber (IACS) vedtaget for at sammenligne ledningsevnen af andre metaller med kobber.
Ifølge denne standard kommercielt renudglødet kobber har en ledningsevne på 100% IACS. Materialernes resistivitet sammenlignes med referencen. Kommercielt rent kobber, der produceres i dag, kan have højere IACS-ledningsevne, da behandlingsteknologien er avanceret betydeligt over tid. Ud over kobberens fremragende ledningsevne har metallet høj trækstyrke, varmeledningsevne og termisk ekspansion. Udglødet kobbertråd brugt til elektriske formål opfylder alle kravene i standarden.
På trods af at kobber har en lang historie iSom materiale til energiproduktion har aluminium visse fordele, der gør det attraktivt for en bestemt applikation, og dets nuværende resistivitet gør det muligt at udvide anvendelsesområdet mange gange. Aluminium har 61% kobberledningsevne og kun 30% kobber efter vægt. Det betyder, at en aluminiumtråd vejer halvt så meget som en kobbertråd med samme elektriske modstand.
Aluminium er generelt billigere endkobberleder. Aluminiumsledere er sammensat af forskellige legeringer og har et aluminiumindhold på mindst 99,5%. I 1960'erne og 1970'erne, på grund af den høje pris på kobber, blev denne klasse af aluminium meget brugt til elektriske ledninger.
På grund af den dårlige håndværkskvalitetforbindelser og fysiske forskelle mellem aluminium og kobber, enheder og ledninger, der er lavet på baggrund af deres forbindelser, på steder af kobber-aluminiumkontakter, er blevet brandfarlige. For at modvirke den negative proces er aluminiumlegeringer blevet udviklet med krybe- og forlængelsesegenskaber, der ligner kobber. Disse legeringer anvendes til fremstilling af trådede aluminiumstråde, hvis nuværende modstandsdygtighed er acceptabel til massebrug, der opfylder sikkerhedskrav til elektriske netværk.
Hvis aluminium anvendes steder, hvor kobber tidligere blev brugt, for at opretholde den samme netværksydelse, er det nødvendigt at bruge aluminiumtråd dobbelt så stort som kobbertråden.
Mange af materialerne findes i tabellenresistivitet, der er meget brugt i elektronik. Aluminium og især kobber anvendes på grund af deres lave modstandsniveau. De fleste ledninger og kabler, der bruges i dag til elektriske forbindelser, er lavet af kobber, fordi det giver en lav ρ og er overkommelig. Den gode ledningsevne af guld, på trods af prisen, bruges også i nogle instrumenter med høj præcision.
Forgyldning findes ofte påhøjkvalitets lavspændingsforbindelser, hvor opgaven er at give den laveste kontaktmodstand. Sølv bruges ikke i vid udstrækning inden for industriel elektroteknik, da det oxiderer hurtigt, og dette fører til høj kontaktmodstand. I nogle tilfælde kan oxid fungere som ensretter. Tantal modstand bruges i kondensatorer, nikkel og palladium bruges i endeforbindelser til mange overflademonterede komponenter. Kvarts finder sin vigtigste anvendelse som et piezoelektrisk resonanselement. Kvartskrystaller bruges som frekvenselementer i mange oscillatorer, hvor dens høje værdi giver mulighed for pålidelige frekvenssløjfer.
