Amikor azt mondják, hogy a réz nehezebbfém, mint alumínium, majd hasonlítsa össze sűrűségüket. Hasonlóképpen, amikor azt mondják, hogy a réz jobb vezető, mint az alumínium, összehasonlítják ellenállásukat (ρ), amelyek értéke nem függ az adott minta méretétől vagy alakjától - csak maga az anyag.
Az ellenállás az ellenállás mértékeelektromos vezetőképesség egy adott anyagméretnél. Ellentéte az elektromos vezetőképesség. A fémek jó elektromos vezetőképességek (nagy vezetőképesség és alacsony ρ), míg a nemfémek többnyire rossz vezetők (alacsony vezetőképesség és magas ρ).
A legismertebb hőelektromosaz ellenállás azt méri, hogy milyen nehéz az anyag számára az áramvezetés. Ez az alkatrész méretétől függ: nagyobb az ellenállás az anyag hosszabb vagy keskenyebb részein. A méretnek az ellenállásra gyakorolt hatásának kiküszöbölésére a huzal fajlagos ellenállását használják - ez olyan anyagi tulajdonság, amely nem függ a mérettől. A legtöbb anyag esetében az ellenállás növekszik a hőmérséklettel. Kivételt képeznek a félvezetők (például szilícium), amelyekben a hőmérséklet csökken.
Az anyag könnyű hővezetésehővezető képességgel mérve. Első értékelésként a jó elektromos vezetők jó hővezetők is. Az ellenállást r jelzi, mértékegysége Ohmm. A tiszta réz ellenállása 1,7 × 10 -8 Ohm. Ez egy nagyon kis szám - 0,000 000 017 Ohm azt sugallja, hogy egy köbméter réznek gyakorlatilag nincs ellenállása. Minél alacsonyabb az ellenállás (ohmmérő vagy Ωm), annál jobb az anyag felhasználása az elektromos vezetékeknél. Az ellenállás a vezetőképesség hátoldala.
Az anyag ellenállási értéke gyakranvezetőként, félvezetőként vagy szigetelőként történő besoroláshoz használják. A szilárd elemeket az elemek periodikus táblázata „statikus ellenállása” alapján osztályozzák szigetelőknek, félvezetőknek vagy vezetőknek. A szigetelő, félvezető vagy vezető anyag ellenállása a fő tulajdonság, amelyet figyelembe kell venni az elektrotechnika területén.
A táblázat a ρ, σ és a hőmérsékleti együtthatók néhány adatát mutatja. A fémek ellenállása növekszik a hőmérséklet emelkedésével. A félvezetők és sok szigetelő esetében az ellenkezője igaz.
| anyag | ρ (Ωm) 20 ° C-on | σ (S / m) 20 ° C-on | Hőmérsékleti együttható (1 / ° C) x10 ^ -3 |
| ezüst | 1,59 × 10 -8 | 6,30 × 10 7 | 3,8 |
| réz | 1,68 × 10 -8 | 5,96 × 10 7 | 3,9 |
| arany | 2,44 × 10 -8 | 4,10 × 10 7 | 3,4 |
| alumínium | 2,82 × 10 -8 | 3,5 × 10 7 | 3,9 |
| volfrám | 5,60 × 10 -8 | 1,79 × 10 7 | 4.5 |
| cink | 5,90 × 10 -8 | 1,69 × 10 7 | 3,7 |
| nikkel | 6,99 × 10 -8 | 1,43 × 10 7 | 6 |
| lítium | 9,28 × 10 -8 | 1,08 × 10 7 | 6 |
| vas | 1,0 × 10 -7 | 1,00 × 10 7 | 5 |
| platina | 1,06 × 10 -7 | 9,43 × 10 6 | 3,9 |
| ólom | 2,2 × 10 -7 | 4,55 × 10 6 | 3,9 |
| konstantánt | 4,9 × 10 -7 | 2,04 × 10 6 | 0,008 |
| Merkúr | 9,8 × 10 -7 | 1,02 × 10 6 | 0.9 |
| nikróm | 1,10 × 10 -6 | 9,09 × 10 5 | 0,4 |
| Szén (amorf) | 5 × 10 -4 8 × 10-ig -4 | 1,25-2 × 10 3 | -0,5 |
Bármely adott hőmérsékleten kiszámolhatjuk az objektum elektromos ellenállását ohmban a következő képlet segítségével.
Ebben a képletben:
A ellenállás bizonyos számú ohmméterrel egyenlő. Annak ellenére, hogy a SI rendszerben a ρ egység általában ohmméter, néha az ohm / centiméter méretet használják.
Az anyag ellenállását a rajta átmenő elektromos mező nagysága határozza meg, amely bizonyos áramsűrűséget ad.
ρ = E / J, ahol:
Hogyan lehet meghatározni az ellenállást?Sok ellenállás és vezető egységes keresztmetszettel rendelkezik, egyenletes árammal. Ezért létezik egy konkrétabb, de szélesebb körben alkalmazott egyenlet.
ρ = R * A / J, ahol:
Az anyag elektromos ellenállása szintén ismertelektromos ellenállás. Ez azt mutatja, hogy az anyag mennyire ellenáll az elektromos áramnak. Ezt úgy lehet meghatározni, hogy az ellenállást egységnyi hosszon és keresztmetszeti egységenként elosztjuk egy adott anyaghoz egy adott hőmérsékleten.
Ez azt jelenti, hogy az alacsony ρ az anyagot jelöli,amely megkönnyíti az elektronok mozgatását. Ezzel szemben, egy nagy ρ anyagnak nagy ellenállása van és akadályozza az elektronok áramlását. Az olyan elemek, mint a réz és az alumínium, alacsony ρ-értékükről ismertek. Az ezüst és különösen az arany nagyon alacsony ρ-értékkel rendelkezik, de nyilvánvaló okokból felhasználásuk korlátozott.
Az anyagokat különböző kategóriákba sorolják ρ mutatójuk függvényében. Az összefoglalót az alábbi táblázat tartalmazza.
A félvezetők vezetőképességi szintje attól függdopping szint. Dopping nélkül szinte szigetelőként néznek ki, ami hasonló az elektrolitokhoz. Az anyagok ρ-szintje nagyon változó.
| Berendezési kategóriák és anyagok típusa | A leggyakoribb anyagok ellenállási tartománya ρ-től függően |
| elektrolitok | változó |
| szigetelők | ~ 10 ^ 16 |
| fémek | ~ 10 ^ -8 |
| félvezetők | változó |
| szupravezetők | 0 |
A legtöbb esetben az ellenállás növekszikhőmérsékleten. Ennek eredményeként meg kell érteni az ellenállás hőmérsékleti függőségét. A vezető hőmérsékleti ellenállási együtthatójának oka intuitív módon igazolható. Az anyag ellenállása számos jelenségtől függ. Az egyik a töltő hordozók és az atomok közötti ütközések száma. A vezető fajlagos ellenállása növekszik a hőmérséklet növekedésével, az ütközések számának növekedésével.
Ennek nem mindig az a következménye, hogy aA hőmérséklet növekedése további töltő hordozókat szabadít fel, ami az anyagok ellenállásának csökkenéséhez vezet. Ez a hatás gyakran megfigyelhető a félvezető anyagokban.
A hőmérsékleti függőség figyelembevételekorAz ellenállás általában azt feltételezik, hogy a hőmérsékleti ellenállási együttható egy lineáris törvényt követi. Ez vonatkozik a szobahőmérsékletre, valamint a fémekre és sok más anyagra. Megállapítottuk azonban, hogy az ütközések számából eredő ellenálláshatások nem mindig állandóak, különösen nagyon alacsony hőmérsékleten (szupravezető képesség).
A vezető ellenállása bármely adott hőmérsékleten a hőmérsékleti érték és hőmérsékleti ellenállási együtthatója alapján számítható ki.
R = Rref * (1+ α (T-Tref)), ahol:
Hőmérsékleti ellenállási tényező, általában 20 ° C hőmérsékleten szabványosítva. Ennek megfelelően a gyakorlati értelemben általánosan használt egyenlet:
R = R20 * (1+ α20 (T-T20)), ahol:
Az alábbi ellenállás táblázat a következőket tartalmazza:az elektrotechnikában széles körben alkalmazott anyagok közül sok, beleértve a réz, az alumínium, az arany és az ezüst. Ezek a tulajdonságok különösen fontosak, mivel meghatározzák, hogy egy anyag felhasználható-e sokféle elektromos és elektronikus alkatrész előállításánál, a vezetékektől a komplexebb eszközökig, például ellenállásokig, potenciométerekig és még sokan másokig.
| Különböző anyagok ellenállás táblája 20 ° C kültéri hőmérsékleten | |
| anyagok | OM ellenállás 20 ° C hőmérsékleten |
| alumínium | 2,8 x 10 -8 |
| antimon | 3,9 × 10 -7 |
| bizmut | 1,3 x 10 -6 |
| sárgaréz | ~ 0,6 - 0,9 × 10 -7 |
| Kadmium | 6 x 10 -8 |
| kobalt | 5,6 × 10 -8 |
| réz | 1,7 × 10 -8 |
| arany | 2,4 x 10 -8 |
| Szén (grafit) | 1 x 10 -5 |
| Germánium | 4,6 x 10 -1 |
| vas | 1,0 x 10 -7 |
| ólom | 1,9 × 10 -7 |
| nikróm | 1,1 × 10 -6 |
| nikkel | 7 x 10 -8 |
| Palladium | 1,0 x 10 -7 |
| platina | 0,98 × 10 -7 |
| Kvarc | 7 x 10 17 |
| szilícium | 6,4 × 10 2 |
| ezüst | 1,6 × 10 -8 |
| tantál | 1,3 x 10 -7 |
| volfrám | 4,9 x 10 -8 |
| cink | 5,5 x 10 -8 |
A vezetők olyan anyagokból készülnek, amelyekelektromos áramot vezet. A nem mágneses fémeket általában ideális elektromos vezetőnek tekintik. A huzal- és kábeliparban különféle fémvezetőket használnak, de a legelterjedtebbek a réz és az alumínium. A vezetők különböző tulajdonságokkal rendelkeznek, mint például vezetőképesség, szakítószilárdság, súly és környezeti hatás.
Egy rézvezető ellenállása nagyáltalánosan használt kábelgyártásban, mint az alumínium. Szinte az összes elektronikus kábel rézből készül, csakúgy, mint más nagy vezetőképességű réz készülékek és berendezések. A rézvezetőket széles körben használják az energiaelosztó és energiatermelő rendszerekben, valamint az autóiparban. A súly és a költségek csökkentése érdekében az átviteli vállalatok alumíniumot használnak a felsővezetékekben.
Az alumíniumot olyan iparágakban használják, ahol ez fontosa könnyűség, például a repülőgépek építése, a jövőben várhatóan növeli használatát az autóiparban. Erőteljesebb kábelekhez rézbevonatos alumíniumhuzalt használnak a réz ellenállásának kihasználására, és ezzel jelentősen megtakarítják a szerkezet súlyát a könnyű alumíniumból.
A réz az egyik legrégebbi ismert anyag.Plaszticitását és elektromos vezetőképességét a villamos energiával kapcsolatos korai kísérletezők, például Ben Franklin és Michael Faraday használtak ki. A réz alapanyagok alacsony ρ-jához vezeték, hogy elsődleges vezetőként alkalmazzák olyan találmányokban, mint a távíró, a telefon és az elektromos motor. A réz a leggyakoribb vezetőképes fém. 1913-ban elfogadták a réz hegesztésével foglalkozó nemzetközi szabványt (IACS), hogy összehasonlítsák más fémek vezetőképességét a réztel.
E szabvány szerint kereskedelmileg tisztaaz izzított réz vezetőképessége 100% IACS. Az anyagok ellenállását összehasonlítják a referenciaértékkel. A ma előállított, kereskedelemben tiszta réz magasabb IACS-vezetőképességgel bírhat, mivel a feldolgozási technológia az idő múlásával jelentősen fejlődött. A réz kiváló vezetőképessége mellett a fém nagy szakítószilárdsággal, hővezető képességgel és hőtágulással is rendelkezik. Villamos célokra használt lágyított rézhuzal megfelel a szabvány összes követelményének.
Annak ellenére, hogy a réz hosszú múltra tekint visszaAz energiatermeléshez szükséges anyagként az alumíniumnak vannak bizonyos előnyei, amelyek vonzóvá teszik egy adott alkalmazáshoz, és jelenlegi ellenállása lehetővé teszi felhasználási területének sokszoros bővítését. Az alumínium vezetőképessége 61%, és csak 30% réz. Ez azt jelenti, hogy az alumínium huzal fele annyi, mint a réz huzal, ugyanolyan elektromos ellenállással.
Az alumínium általában olcsóbb, mint az alumíniumréz vezető. Az alumíniumvezetők különféle ötvözetekből állnak, és minimális alumíniumtartalmuk 99,5%. Az 1960-as és 1970-es években, a réz magas ára miatt, ezt az alumínium osztályt széles körben használták a háztartási elektromos vezetékeknél.
A gyenge kivitelezés miattAz alumínium és a réz közötti csatlakozások és fizikai különbségek, az összeköttetésük alapján készült eszközök és vezetékek a réz-alumínium érintkezők helyein tűzveszélyessé váltak. A negatív folyamatok ellensúlyozására alumíniumötvözeteket fejlesztettek ki, amelyek kúszó- és nyúlási tulajdonságokkal hasonlítanak a rézhez. Ezeket az ötvözeteket sodrott alumínium huzalok előállítására használják, amelyeknek a jelenlegi ellenállása elfogadható tömegfelhasználáshoz, megfelelve az elektromos hálózatok biztonsági követelményeinek.
Ha az alumíniumot olyan helyeken használják, ahol korábban használták a rézet, akkor ugyanazon hálózati teljesítmény fenntartása érdekében a rézhuzal kétszeresére méretezett alumíniumhuzalt kell használni.
A táblázatban található anyagok közül sokellenállás, széles körben használják az elektronikában. Alumíniumot és különösen rézet használnak alacsony ellenállási szintjük miatt. Az elektromos csatlakozásokhoz manapság használt vezetékek és kábelek többsége rézből készül, mert alacsony ρ értéket biztosít és megfizethető. Az arany jó vezetőképességét az ár ellenére néhány nagy pontosságú műszer is alkalmazza.
Az aranyozás gyakran megtalálható rajtakiváló minőségű kisfeszültségű csatlakozások, ahol a legkisebb érintkezési ellenállás biztosítása a feladat. Az ezüstöt nem használják széles körben az ipari elektrotechnikában, mivel gyorsan oxidálódik, és ez nagy érintkezési ellenállást eredményez. Bizonyos esetekben az oxid egyenirányítóként működhet. A tantálrezisztenciát a kondenzátorokban használják, a nikkelet és a palládiumot a végcsatlakozásokban használják sok felületre szerelhető alkatrészhez. A kvarc legfőbb alkalmazását piezoelektromos rezonáns elemként találja meg. A kvarc kristályokat frekvenciaelemekként használják számos oszcillátorban, ahol magas értéke megbízható frekvenciahurok létrehozását teszi lehetővé.
