Когда говорят, что медь является более тяжелым metala nego aluminija, a zatim usporedite njihovu gustoću. Slično tome, kada kažu da je bakar bolji provodnik od aluminija, uspoređuje se njihov otpor (ρ), čija vrijednost ne ovisi o veličini ili obliku određenog uzorka - već samo o samom materijalu.
Otpor je mjera otporaelektrična vodljivost za datu veličinu materijala. Suprotnost mu je električna vodljivost. Metali su dobri električni vodiči (velika vodljivost i niska ρ), dok su nemetali uglavnom lošeg provodnika (niska vodljivost i visoka ρ).
Poznatiji toplinski električniOtpor mjeri koliko je materijal teško voditi električnu energiju. To ovisi o veličini dijela: otpor je veći za duži ili uži dio materijala. Da biste uklonili učinak veličine na otpor, koristi se specifični otpor žice - ovo je svojstvo materijala koje je neovisno o veličini. Za većinu materijala otpor se povećava s temperaturom. Izuzetak su poluvodiči (na primjer, silicij), u kojima se smanjuje s temperaturom.
Jednostavnost kojom materijal provodi toplinumjereno toplinskom vodljivošću. Kao prva procjena, dobri su električni vodiči i dobri toplinski vodiči. Otpor je označen sa r, a njegova mjerna jedinica je ohmmetar. Otpor čistog bakra je 1,7 × 10 -8 Ohma. Ovo je vrlo mali broj - 0,000 000 017 Ohm sugerira da kubični metar bakra praktički nema otpor. Što je niži otpor (ohmmetar ili Ωm), bolji je materijal koji se koristi u električnom ožičenju. Otpor je obrnuta strana vodljivosti.
Vrijednost otpora materijala je čestokoristi se za klasifikaciju kao vodič, poluvodič ili izolator. Čvrsti elementi se prema „statičkom otporu“ u periodičnoj tablici elemenata klasificiraju kao izolatori, poluvodiči ili vodiči. Otpor u izolatoru, poluvodiču ili vodljivom materijalu glavno je svojstvo koje se smatra upotrebom u elektrotehnici.
Tablica prikazuje neke podatke ρ, σ i temperaturnih koeficijenata. Za metale, otpornost raste s porastom temperature. Za poluvodiče i mnoge izolatore vrijedi suprotno.
| materijal | ρ (Ωm) pri 20 ° C | σ (S / m) pri 20 ° C | Temperaturni koeficijent (1 / ° C) x10 ^ -3 |
| srebro | 1,59 × 10 -8 | 6,30 × 10 7 | 3,8 |
| bakar | 1,68 × 10 -8 | 5,96 × 10 7 | 3,9 |
| zlato | 2,44 × 10 -8 | 4,10 × 10 7 | 3,4 |
| aluminijum | 2,82 × 10 -8 | 3,5 × 10 7 | 3,9 |
| volframom | 5,60 × 10 -8 | 1,79 × 10 7 | 4.5 |
| cink | 5,90 × 10 -8 | 1,69 × 10 7 | 3,7 |
| nikl | 6,99 × 10 -8 | 1,43 × 10 7 | 6 |
| Litij | 9,28 × 10 -8 | 1,08 × 10 7 | 6 |
| željezo | 1,0 × 10 -7 | 1,00 × 10 7 | 5 |
| Platina | 1,06 × 10 -7 | 9,43 × 10 6 | 3,9 |
| olovo | 2,2 × 10 -7 | 4,55 × 10 6 | 3,9 |
| Konstantan | 4,9 × 10 -7 | 2,04 × 10 6 | 0,008 |
| Merkur | 9,8 × 10 -7 | 1,02 × 10 6 | 0.9 |
| Nichrome | 1,10 × 10 -6 | 9,09 × 10 5 | 0,4 |
| Ugljik (amorfni) | 5 × 10 -4 do 8 × 10 -4 | 1,25-2 × 10 3 | -0,5 |
Za bilo koju zadanu temperaturu možemo izračunati električni otpor predmeta u ohima koristeći sljedeću formulu.
U ovoj formuli:
Otpor je jednak određenom broju ohmmetara. Unatoč činjenici da je jedinica ρ u SI sustavu obično ohmmetar, ponekad se koristi dimenzija ohm po centimetru.
Otpor materijala određuje se veličinom električnog polja preko njega, što daje određenu gustoću struje.
ρ = E / J, gdje:
Kako odrediti otpor?Mnogi otpornici i vodiči imaju jednoliki presjek s jednoličnim protokom električne struje. Stoga postoji specifičnija, ali široko korištena jednadžba.
ρ = R * A / J, gdje:
Električni otpor materijala također je poznat kaospecifični električni otpor. To je pokazatelj koliko se materijal opire protoku električne struje. Može se odrediti dijeljenjem otpora za jedinicu duljine i jedinicu površine presjeka za određeni materijal pri određenoj temperaturi.
To znači da nizak ρ označava materijalšto omogućuje lako kretanje elektrona. Suprotno tome, materijal s visokim ρ imat će veliki otpor i ometati protok elektrona. Elementi poput bakra i aluminija poznati su po svojim niskim ρ. Srebro i posebno zlato imaju vrlo nisku vrijednost ρ, ali iz očiglednih razloga njihova je upotreba ograničena.
Materijali se svrstavaju u različite kategorije ovisno o vrijednosti ρ. Sažetak je prikazan u donjoj tablici.
Razina vodljivosti poluvodiča ovisi orazina legiranja. Bez dopinga gotovo izgledaju poput izolatora, što je isto za elektrolite. Razina ρ materijala jako varira.
| Kategorije opreme i vrsta materijala | Područje otpora najčešćih materijala ovisno o ρ |
| Elektroliti | Promjenjiva |
| Izolatori | ~ 10 ^ 16 |
| Metali | ~ 10 ^ -8 |
| Poluvodiči | Promjenjiva |
| Superprovodnici | 0 |
U većini slučajeva otpor se povećavas temperaturom. Kao rezultat, postaje neophodno razumjeti temperaturnu ovisnost otpora. Razlog temperaturnog koeficijenta otpora u vodiču može se objasniti intuitivno. Otpor materijala ovisi o brojnim pojavama. Jedan od njih je broj sudara koji se događaju između nosača naboja i atoma u materijalu. Otpor vodiča povećat će se s porastom temperature, kako se povećava broj sudara.
To možda nije uvijek slučaj, a posljedica je činjenice da je spovećanje temperature oslobađa dodatne nosače naboja, što će dovesti do smanjenja otpornosti materijala. Ovaj se učinak često vidi u poluvodičkim materijalima.
Kad se razmatra ovisnost o temperaturiOpćenito se smatra da koeficijent otpora temperature otpora slijedi linearni zakon. To se odnosi na sobnu temperaturu te na metale i mnoge druge materijale. Međutim, utvrđeno je da učinci otpora koji proizlaze iz broja sudara nisu uvijek konstantni, posebno pri vrlo niskim temperaturama (fenomen supravodljivosti).
Otpor vodiča pri bilo kojoj određenoj temperaturi može se izračunati iz vrijednosti temperature i njegovog temperaturnog koeficijenta otpora.
R = Rref * (1+ α (T- Tref)), gdje:
Temperaturni koeficijent otpora, obično standardiziran na temperaturu od 20 ° C. Sukladno tome, jednadžba koja se obično koristi u praktičnom smislu je:
R = R20 * (1+ α20 (T-T20)), gdje:
Donja tablica otpora sadržimnoge tvari koje se obično koriste u elektrotehnici, uključujući bakar, aluminij, zlato i srebro. Ta su svojstva posebno važna jer određuju može li se tvar koristiti za izradu širokog spektra električnih i elektroničkih komponenata od žica do složenijih uređaja kao što su otpornici, potenciometri i mnogi drugi.
| Tablica otpornosti različitih materijala na vanjskoj temperaturi od 20 ° C | |
| materijali | Otpor OM na 20 ° C |
| aluminijum | 2,8 x 10 -8 |
| Antimon | 3,9 × 10 -7 |
| Bizmut | 1,3 x 10 -6 |
| mesing | ~ 0,6 - 0,9 × 10 -7 |
| Kadmij | 6 x 10 -8 |
| Kobalt | 5,6 × 10 -8 |
| bakar | 1,7 × 10 -8 |
| zlato | 2,4 x 10 -8 |
| Ugljik (grafit) | 1 x 10 -5 |
| Germanij | 4,6 x 10 -1 |
| željezo | 1,0 x 10 -7 |
| olovo | 1,9 × 10 -7 |
| Nichrome | 1,1 × 10 -6 |
| nikl | 7 x 10 -8 |
| Paladij | 1,0 x 10 -7 |
| Platina | 0,98 × 10 -7 |
| Kvarcni | 7 x 10 17 |
| silicij | 6,4 × 10 2 |
| Srebro | 1,6 × 10 -8 |
| Tantal | 1,3 x 10 -7 |
| volframom | 4,9 x 10 -8 |
| cink | 5,5 x 10 -8 |
Dirigenti su sastavljeni od materijala kojiprovoditi električnu struju. Nemagnetični metali općenito se smatraju idealnim vodičima električne energije. Razni metalni vodiči koriste se u industriji žica i kabela, ali najčešći su bakar i aluminij. Provodnici imaju različita svojstva poput vodljivosti, vlačne čvrstoće, težine i utjecaja na okoliš.
Otpornost bakrenog vodiča je velikačešće se koristi u proizvodnji kabela od aluminija. Gotovo svi elektronički kabeli izrađeni su od bakra, kao i drugi uređaji i oprema koji koriste bakar visoke vodljivosti. Bakreni vodiči također se široko koriste u distribuciji energije i proizvodnji električne energije, u automobilskoj industriji. Kako bi uštedjele težinu i troškove, prijenosne tvrtke koriste aluminij u nadzemnim dalekovodima.
Aluminij se koristi u industrijama u kojima je važanlakoće, poput zrakoplovne konstrukcije, u budućnosti se očekuje povećati njezinu uporabu u automobilskoj industriji. Za veće kabele aluminijska žica presvučena bakrom koristi se za iskorištavanje otpora bakra, postižući značajne uštede na strukturnoj težini od laganog aluminija.
Bakar je jedan od najstarijih poznatih materijala.Njegovu plastičnost i električnu vodljivost iskoristili su rani električni eksperimenti poput Ben Franklina i Michaela Faradaya. Niska ρ bakarnih materijala dovela je do toga da je prihvaćen kao glavni vodič u izumima poput telegrafa, telefona i elektromotora. Bakar je najčešći vodljivi metal. 1913. godine usvojen je Međunarodni standard za žarenje bakra (IACS) radi usporedbe vodljivosti ostalih metala s bakrom.
Prema ovom standardu, komercijalno čistažareni bakar ima vodljivost od 100% IACS. Otpornost materijala uspoređuje se s referentnom vrijednošću. Danas komercijalno čisti bakar možda ima veće vrijednosti vodljivosti IACS jer je tehnologija obrade s vremenom značajno napredovala. Pored izvrsne vodljivosti bakra, metal ima visoku vlačnu čvrstoću, toplinsku vodljivost i toplinsko širenje. Bakarirana žica koja se koristi za električne potrebe udovoljava svim zahtjevima norme.
Unatoč činjenici da bakar ima dugu povijest uKao materijal za proizvodnju električne energije, aluminij ima određene prednosti koje ga čine privlačnim za određenu primjenu, a njegova trenutna otpornost omogućuje višestruko širenje područja njegove uporabe. Aluminij ima 61% bakrene vodljivosti i samo 30% bakra težinski. To znači da aluminijska žica teži upola manje od bakrene žice s istim električnim otporom.
Aluminij je uglavnom jeftiniji odbakreni vodič. Aluminijski vodiči sastavljeni su od različitih legura i imaju minimalni udio aluminija od 99,5%. Šezdesetih i sedamdesetih godina prošlog stoljeća, zbog visoke cijene bakra, ova je klasa aluminija postala široko korištena za kućanske električne ožičenja.
Zbog loše kvalitete izrade,veze i fizičke razlike između aluminija i bakra, uređaji i žice izrađeni na osnovi njihovih spojeva, na mjestima bakreno-aluminijskih kontakata, postali su opasni od požara. Kako bi se suprotstavili negativnom procesu, razvijene su legure aluminija s svojstvima puzanja i istezanja sličnijim bakru. Te se legure koriste za proizvodnju nasukanih aluminijskih žica čiji je trenutni otpor prihvatljiv za masovnu uporabu, udovoljavajući sigurnosnim zahtjevima za električne mreže.
Ako se aluminij koristi na mjestima gdje se prethodno koristio bakar, da bi se održale iste mrežne performanse, potrebno je koristiti aluminijsku žicu dvostruko veću od bakrene žice.
Mnogi materijali pronađeni u tabliciotpornost, široko korištena u elektronici. Zbog niske razine otpora koriste se aluminij i posebno bakar. Većina žica i kabela koji se danas koriste za električne veze izrađeni su od bakra jer pruža nisku vrijednost ρ i pristupačan je. Dobra vodljivost zlata, unatoč cijeni, također se koristi u nekim visoko preciznim instrumentima.
Pozlaćivanje se često može naći navisokokvalitetni niskonaponski priključci gdje je zadatak pružiti najmanji kontaktni otpor. Srebro se ne koristi široko u industrijskoj elektrotehnici jer brzo oksidira, što dovodi do velikog otpora na kontakt. U nekim slučajevima oksid može djelovati kao ispravljač. Otpor tantala koristi se u kondenzatorima, niklu i paladiju u krajnjim spojevima za mnoge komponente za površinsko montiranje. Kvarc pronalazi svoju glavnu primjenu kao piezoelektrični rezonantni element. Kvarcni kristali koriste se kao frekvencijski elementi u mnogim oscilatorima, gdje njegova velika vrijednost omogućuje pouzdane frekvencijske petlje.
