銅が重いと言われるときアルミニウムよりも金属の場合、それらの密度が比較されます。同様に、銅がアルミニウムよりも優れた導体であると言われる場合、それらの抵抗率(ρ)が比較されます。その値は特定のサンプルのサイズや形状に依存せず、材料自体にのみ依存します。
抵抗は抵抗の尺度です特定のサイズの材料の電気伝導率。その反対は導電率です。金属は優れた導電体(高い導電率と低いρ値)ですが、非金属は一般に貧弱な導体(低い導電率と高いρ値)です。
より身近な熱電気抵抗は、材料が電気を通すのがどれだけ難しいかを測定します。それは部品のサイズに依存します:材料のより長いまたはより狭いセクションに対して抵抗はより高くなります。抵抗からサイズの影響を排除するために、サイズに依存しない材料特性であるワイヤ抵抗率が使用されます。ほとんどの材料では、抵抗は温度とともに増加します。例外は半導体(シリコンなど)で、温度とともに減少します。
材料が熱を伝導しやすいこと熱伝導率で測定。最初の見積もりとして、優れた電気伝導体は優れた熱伝導体でもあります。抵抗は記号rで表され、その測定単位は抵抗計です。純銅の抵抗は1.7x 10-8オームです。これは非常に小さい数値です-0,000,000017オーム、つまり1立方メートルの銅には実質的に抵抗がありません。抵抗率(抵抗計またはΩm)が低いほど、電気配線での材料の使用に適しています。抵抗は伝導の裏側です。
材料の抵抗値はしばしば導体、半導体、または絶縁体として分類するために使用されます。固体元素は、元素の周期表の「静的抵抗」によって、絶縁体、半導体、または導体に分類されます。絶縁体、半導体、または導電性材料の抵抗率は、電気用途で考慮される主な特性です。
この表は、ρ、σ、および温度係数のデータを示しています。金属の場合、温度が上昇すると抵抗が増加します。半導体や多くの絶縁体については、その逆が当てはまります。
材料 | 20°Cでのρ(Ωm) | 20°Cでのσ(S / m) | 温度係数(1 /°C)x10 ^ -3 |
銀 | 1.59×10 -8 | 6.30 x 10 7 | 3,8 |
銅 | 1.68×10 -8 | 5.96×10 7 | 3,9 |
ゴールド | 2.44×10 -8 | 4.10 x 10 7 | 3,4 |
アルミニウム | 2.82×10 -8 | 3.5×10 7 | 3,9 |
タングステン | 5.60×10 -8 | 1.79×10 7 | 4.5 |
亜鉛 | 5.90×10 -8 | 1.69×10 7 | 3,7 |
ニッケル | 6.99×10 -8 | 1.43×10 7 | 6 |
リチウム | 9.28×10 -8 | 1.08×10 7 | 6 |
鉄 | 1.0×10 -7 | 1.00×10 7 | 5 |
白金 | 1.06×10 -7 | 9.43×10 6 | 3,9 |
鉛 | 2.2×10 -7 | 4.55×10 6 | 3,9 |
コンスタンタン | 4.9×10 -7 | 2.04×10 6 | 0,008 |
水星 | 9.8×10 -7 | 1.02×10 6 | 0.9 |
ニクロム | 1.10×10 -6 | 9.09×10 5 | 0,4 |
カーボン(アモルファス) | 5×10 -4 最大8×10 -4 | 1.25-2×10 3 | -0,5 |
任意の温度について、次の式を使用して、オブジェクトの電気抵抗をオームで計算できます。
この式では:
抵抗率は、特定の数の抵抗計に等しくなります。 SIシステムのρの単位は通常オーム計であるという事実にもかかわらず、センチメートルあたりのオームの寸法が使用されることもあります。
材料の抵抗は、材料全体の電界の大きさによって決まり、特定の電流密度が得られます。
ρ= E / J、ここで:
抵抗率を決定する方法は?多くの抵抗器と導体は、均一な断面と均一な電流の流れを持っています。したがって、より具体的ですが、より広く使用されている方程式があります。
ρ= R * A / J、ここで:
材料の電気抵抗は、特定の電気抵抗。これは、材料が電流の流れにどれだけ強く抵抗するかを示しています。これは、特定の温度での特定の材料について、抵抗を長さの単位と断面積の単位で割ることによって決定できます。
これは、低いρが材料を示していることを意味しますこれにより、電子が簡単に移動できます。逆に、ρが高い材料は抵抗が高く、電子の流れを妨げます。銅やアルミニウムなどの元素は、ρが低いことで知られています。銀、特に金のρ値は非常に低いですが、明らかな理由から、それらの使用は制限されています。
材料は、ρ値に応じてさまざまなカテゴリに分類されます。以下の表に要約を示します。
半導体の導電率レベルは合金化レベル。ドーピングしないと、電解質の場合と同じように、ほとんど絶縁体のように見えます。材料のρレベルは大きく異なります。
機器のカテゴリと材料の種類 | ρに依存する最も一般的な材料の抵抗率領域 |
電解質 | 変数 |
絶縁体 | 〜10 ^ 16 |
金属 | 〜10 ^ -8 |
半導体 | 変数 |
超伝導体 | 0 |
ほとんどの場合、抵抗は増加します温度で。その結果、抵抗の温度依存性を理解する必要があります。導体の抵抗温度係数の理由は直感的に説明できます。材料の抵抗は、いくつかの現象に依存しています。これらの1つは、電荷キャリアと材料内の原子の間で発生する衝突の数です。導体の抵抗率は、衝突の数が増えるにつれて、温度の上昇とともに増加します。
これは常にそうであるとは限らないかもしれません、そしてそれは温度が上昇すると、追加の電荷キャリアが放出され、材料の抵抗率が低下します。この効果は、半導体材料でよく見られます。
温度依存性を考慮する場合抵抗温度抵抗係数は、一般に線形法則に従うと考えられています。これは、室温および金属や他の多くの材料に適用されます。しかし、特に非常に低い温度では、衝突回数に起因する抵抗効果が常に一定であるとは限らないことがわかっています(超伝導現象)。
任意の温度での導体の抵抗は、温度値とその抵抗の温度係数から計算できます。
R = Rref *(1 +α(T- Tref))、ここで:
抵抗の温度係数。通常、20°Cの温度に標準化されています。したがって、実用的な意味で一般的に使用される式は次のとおりです。
R = R20 *(1 +α20(T- T20))、ここで:
以下の抵抗表には、銅、アルミニウム、金、銀など、電気工学で一般的に使用される物質の多く。これらの特性は、物質を使用して、ワイヤから抵抗器、ポテンショメータなどのより複雑なデバイスまで、さまざまな電気および電子部品を製造できるかどうかを決定するため、特に重要です。
20°Cの屋外温度でのさまざまな材料の抵抗率表 | |
材料 | 20°CでのOM抵抗 |
アルミニウム | 2.8 x 10 -8 |
アンチモン | 3.9×10 -7 |
ビスマス | 1.3 x 10 -6 |
真鍮 | 〜0.6-0.9×10 -7 |
カドミウム | 6 x 10 -8 |
コバルト | 5.6×10 -8 |
銅 | 1.7×10 -8 |
ゴールド | 2.4 x 10 -8 |
カーボン(グラファイト) | 1 x 10 -5 |
ゲルマニウム | 4.6 x 10 -1 |
鉄 | 1.0 x 10 -7 |
鉛 | 1.9×10 -7 |
ニクロム | 1.1×10 -6 |
ニッケル | 7 x 10 -8 |
パラジウム | 1.0 x 10 -7 |
白金 | 0.98×10 -7 |
石英 | 7 x 10 17 |
ケイ素 | 6.4×10 2 |
銀 | 1.6×10 -8 |
タンタル | 1.3 x 10 -7 |
タングステン | 4.9 x 10 -8 |
亜鉛 | 5.5 x 10 -8 |
導体は、電流を流します。非磁性金属は、一般的に理想的な電気伝導体と見なされています。ワイヤーおよびケーブル業界ではさまざまな金属導体が使用されていますが、最も一般的なのは銅とアルミニウムです。導体には、導電率、引張強度、重量、環境への影響など、さまざまな特性があります。
銅導体の抵抗率は非常に高いですアルミニウムよりもケーブル製造でより一般的に使用されます。高導電性銅を使用する他のデバイスや機器と同様に、ほとんどすべての電子ケーブルは銅で作られています。銅導体は、自動車の配電や発電にも広く使用されています。重量とコストを節約するために、送電会社は架空送電線にアルミニウムを使用しています。
アルミニウムは重要な産業で使用されています航空機構造などの軽さは、将来的には自動車産業での利用拡大が見込まれます。より大きなケーブルの場合、銅で覆われたアルミニウム線を使用して銅の抵抗率を活用し、軽量アルミニウムから構造上の大幅な軽量化を実現します。
銅は最も古い既知の材料の1つです。その可塑性と電気伝導率は、ベン・フランクリンやマイケル・ファラデーなどの初期の電気実験者によって利用されました。銅材料のρが低いため、電信、電話、電気モーターなどの発明で使用される主導体として採用されています。銅は最も一般的な導電性金属です。 1913年、他の金属と銅の導電率を比較するために、国際軟銅線標準規格(IACS)が採用されました。
この基準によると、商業的に純粋焼きなまし銅の導電率は100%IACSです。材料の抵抗率が参照と比較されます。今日生産されている商業的に純粋な銅は、処理技術が時間とともに大幅に進歩したため、IACS導電率の値が高くなる可能性があります。銅の優れた導電性に加えて、金属は高い引張強度、熱伝導率、熱膨張を持っています。電気目的で使用される焼きなまし銅線は、規格のすべての要件を満たしています。
銅には長い歴史があるにもかかわらずアルミニウムは、発電用の材料として、特定の用途に魅力的な特定の利点があり、その電流抵抗率により、その使用領域を何度も拡大することができます。アルミニウムの銅の抵抗率は61%で、銅の重量はわずか30%です。これは、アルミニウム線の重量が同じ電気抵抗の銅線の半分であることを意味します。
アルミニウムは一般的により安価です銅導体。アルミニウム導体はさまざまな合金で構成されており、最小アルミニウム含有量は99.5%です。 1960年代と1970年代には、銅の価格が高かったため、このクラスのアルミニウムは家庭用電気配線に広く使用されるようになりました。
技量の質が悪いため、アルミニウムと銅の接続と物理的な違い、銅とアルミニウムの接点の場所での接続に基づいて作成されたデバイスとワイヤは、火災の危険性があります。ネガティブプロセスに対抗するために、銅に似たクリープおよび伸び特性を備えたアルミニウム合金が開発されました。これらの合金は、撚り線アルミニウム線の製造に使用され、その電流抵抗率は大量使用に許容され、電気ネットワークの安全要件を満たしています。
以前に銅が使用されていた場所でアルミニウムを使用する場合、同じネットワークパフォーマンスを維持するには、銅線の2倍のサイズのアルミニウム線を使用する必要があります。
表にある多くの資料抵抗率、エレクトロニクスで広く使用されています。アルミニウム、特に銅は抵抗レベルが低いために使用されます。現在、電気接続に使用されているワイヤとケーブルのほとんどは、ρが低く手頃な価格であるため、銅で作られています。価格にもかかわらず、金の優れた導電性は、一部の高精度機器でも使用されています。
金メッキはよく見られますタスクが最小の接触抵抗を提供することである高品質の低電圧接続。銀は急速に酸化し、これが高い接触抵抗につながるため、産業用電気工学では広く使用されていません。場合によっては、酸化物が整流器として機能することがあります。タンタル抵抗は、コンデンサ、ニッケル、パラジウムの多くの表面実装部品の端部接続に使用されます。クォーツは、圧電共振素子としての主な用途があります。水晶振動子は多くの発振器で周波数要素として使用されており、その高い値により信頼性の高い周波数ループが可能になります。