Kai jie sako, kad varis yra sunkesnismetalo nei aliuminio, tada palyginkite jų tankį. Panašiai, kai jie sako, kad varis yra geresnis laidininkas nei aliuminis, lyginamas jų varža (ρ), kurio vertė nepriklauso nuo konkretaus mėginio dydžio ar formos - tik nuo pačios medžiagos.
Atsparumas yra pasipriešinimo mataselektrinis laidumas tam tikro dydžio medžiagai. Jos priešingybė yra elektros laidumas. Metalai yra geri elektros laidininkai (didelis laidumas ir mažas ρ), o ne metalai dažniausiai yra blogi laidininkai (mažas laidumas ir didelis ρ).
Labiau pažįstamas šiluminis elektrinisvarža matuoja, kaip sunku medžiagai praleisti elektrą. Tai priklauso nuo detalės dydžio: ilgesniam ar siauresniam medžiagos skyriui atsparumas yra didesnis. Norint pašalinti atsparumo dydžio poveikį, naudojama vielos varža - medžiagos savybė, nepriklausanti nuo dydžio. Daugeliui medžiagų atsparumas didėja, kai temperatūra pakyla. Išimtis yra puslaidininkiai (pavyzdžiui, silicis), kurių temperatūra mažėja.
Medžiagos šilumos laidumo lengvumasmatuojamas šilumos laidumu. Pirmiausia, geri elektros laidininkai yra ir geri šilumos laidininkai. Atsparumą rodo r, o jo matavimo vienetas yra omometras. Gryno vario varža yra 1,7 × 10 –8 omai. Tai labai mažas skaičius - 0,000 000 017 omai rodo, kad kubinis metras vario praktiškai neturi pasipriešinimo. Kuo mažesnė varža (ommometras arba Ωm), tuo geriau medžiaga naudojama elektros instaliacijai. Atsparumas yra atvirkštinė laidumo pusė.
Medžiagos atsparumo vertė dažnai yranaudojami klasifikuoti kaip laidininką, puslaidininkį ar izoliatorių. Kietieji elementai klasifikuojami kaip izoliatoriai, puslaidininkiai ar laidininkai pagal jų „statinę varžą“ elementų periodinėje lentelėje. Atsparumo izoliatoriuje, puslaidininkiuose ar laidžiosiose medžiagose savybės yra pagrindinės savybės, kurios yra naudojamos elektrotechnikoje.
Lentelėje pateikiami kai kurie duomenys apie ρ, σ ir temperatūros koeficientus. Metalams atsparumas didėja, kylant temperatūrai. Puslaidininkių ir daugelio izoliatorių atveju yra priešingai.
| Medžiaga | ρ (Ωm) esant 20 ° C | σ (S / m) esant 20 ° C | Temperatūros koeficientas (1 / ° C) x10 ^ -3 |
| Sidabras | 1,59 × 10 -8 | 6,30 x 10 7 | 3,8 |
| Varis | 1,68 × 10 -8 | 5,96 × 10 7 | 3,9 |
| Auksas | 2,44 × 10 -8 | 4,10 x 10 7 | 3,4 |
| Aliuminis | 2,82 × 10 -8 | 3,5 × 10 7 | 3,9 |
| Volframas | 5,60 × 10 -8 | 1,79 × 10 7 | 4.5 |
| Cinkas | 5,90 × 10 -8 | 1,69 × 10 7 | 3,7 |
| Nikelio | 6,99 × 10 -8 | 1,43 × 10 7 | 6 |
| Ličio | 9,28 × 10 -8 | 1,08 × 10 7 | 6 |
| Geležis | 1,0 × 10 -7 | 1,00 × 10 7 | 5 |
| Platina | 1,06 × 10 -7 | 9,43 × 10 6 | 3,9 |
| Švinas | 2,2 × 10 -7 | 4,55 × 10 6 | 3,9 |
| Konstantanas | 4,9 × 10 -7 | 2,04 × 10 6 | 0,008 |
| Merkurijus | 9,8 × 10 -7 | 1,02 × 10 6 | 0.9 |
| Nichromas | 1,10 × 10 -6 | 9,09 × 10 5 | 0,4 |
| Anglis (amorfinė) | 5 × 10 -4 iki 8 × 10 -4 | 1,25–2 × 10 3 | -0,5 |
Bet kuriai temperatūrai galime apskaičiuoti objekto elektrinę varžą omais, naudodami šią formulę.
Šioje formulėje:
Varža yra lygi tam tikram omometrų skaičiui. Nepaisant to, kad SI sistemos ρ vienetas paprastai yra omometras, kartais naudojamas matmuo omas centimetrui.
Medžiagos atsparumą lemia elektrinio lauko, esančio per ją, dydis, suteikiantis tam tikrą srovės tankį.
ρ = E / J, kur:
Kaip nustatyti varžą?Daugelio rezistorių ir laidininkų skerspjūvis yra vienodas ir vienodas elektros srovės srautas. Todėl yra konkretesnė, tačiau plačiau naudojama lygtis.
ρ = R * A / J, kur:
Medžiagos elektrinė varža taip pat žinoma kaipspecifinė elektrinė varža. Tai rodo, kaip stipriai medžiaga atsispiria elektros srovės srautui. Tai galima nustatyti dalijant atsparumą iš ilgio vieneto ir skerspjūvio ploto vienetą konkrečiai medžiagai tam tikroje temperatūroje.
Tai reiškia, kad žemas ρ rodo medžiagąkuris leidžia elektronams lengvai judėti. Ir atvirkščiai, medžiaga, turinti didelį ρ, turi didelį atsparumą ir trukdo elektronų srautui. Tokie elementai kaip varis ir aliuminis yra žinomi dėl savo žemo ρ. Sidabro ir ypač aukso ρ vertė yra labai maža, tačiau dėl akivaizdžių priežasčių jų naudojimas yra ribotas.
Medžiagos skirstomos į skirtingas kategorijas, atsižvelgiant į jų ρ vertę. Santrauka pateikiama žemiau esančioje lentelėje.
Puslaidininkių laidumo lygis priklauso nuolegiruojantis lygis. Be dopingo jie beveik atrodo kaip izoliatoriai, kas yra tas pats elektrolitams. Medžiagų ρ lygis labai skiriasi.
| Įrangos kategorijos ir medžiagų tipas | Dažniausių medžiagų atsparumo sritis priklausomai nuo ρ |
| Elektrolitai | Kintamas |
| Izoliatoriai | ~ 10 ^ 16 |
| Metalai | ~ 10 ^ -8 |
| Puslaidininkiai | Kintamas |
| Superlaidininkai | 0 |
Daugeliu atvejų atsparumas didėjasu temperatūra. Dėl to tampa būtina suprasti atsparumo priklausomybę nuo temperatūros. Laidininko atsparumo temperatūros koeficiento priežastis galima paaiškinti intuityviai. Medžiagos atsparumas priklauso nuo daugybės reiškinių. Vienas iš jų yra susidūrimų, atsirandančių tarp krūvininkų ir medžiagų atomų, skaičius. Laidininko varža padidės didėjant temperatūrai, nes didėja susidūrimų skaičius.
Tai gali būti ne visada ir yra dėl to, kad supadidėjus temperatūrai, išsiskiria papildomi krūvininkai, dėl kurių sumažės medžiagų atsparumas. Šis poveikis dažnai pastebimas puslaidininkinėse medžiagose.
Svarstant temperatūros priklausomybępaprastai laikoma, kad atsparumo temperatūros atsparumo koeficientas atitinka tiesinį dėsnį. Tai taikoma kambario temperatūrai, metalams ir daugeliui kitų medžiagų. Tačiau nustatyta, kad atsparumo poveikis, atsirandantis dėl susidūrimų skaičiaus, ne visada yra pastovus, ypač esant labai žemai temperatūrai (superlaidumo reiškinys).
Laidininko varža bet kurioje tam tikroje temperatūroje gali būti apskaičiuojama pagal temperatūros vertę ir jo atsparumo temperatūros koeficientą.
R = Rref * (1+ α (T- Tref)), kur:
Temperatūros atsparumo koeficientas, paprastai standartizuojamas iki 20 ° C temperatūros. Atitinkamai, praktiškai įprasta lygtis yra:
R = R20 * (1+ α20 (T-T20)), kur:
Žemiau esančioje atsparumo lentelėje yradaugelis elektrotechnikoje dažniausiai naudojamų medžiagų, įskaitant varį, aliuminį, auksą ir sidabrą. Šios savybės yra ypač svarbios, nes jos lemia, ar medžiagą galima naudoti gaminant įvairiausius elektrinius ir elektroninius komponentus nuo laidų iki sudėtingesnių įtaisų, tokių kaip rezistoriai, potenciometrai ir daugelis kitų.
| Skirtingų medžiagų atsparumo lentelė esant 20 ° C lauko temperatūrai | |
| Medžiagos | OM atsparumas esant 20 ° C |
| Aliuminis | 2,8 x 10 -8 |
| Stibis | 3,9 × 10 -7 |
| Bismutas | 1,3 x 10 -6 |
| Žalvaris | ~ 0,6 - 0,9 × 10 -7 |
| Kadmis | 6 x 10 -8 |
| Kobalto | 5,6 × 10 -8 |
| Varis | 1,7 × 10 -8 |
| Auksas | 2,4 x 10 -8 |
| Anglis (grafitas) | 1 x 10 -5 |
| Germanis | 4,6 x 10 -1 |
| Geležis | 1,0 x 10 -7 |
| Švinas | 1,9 × 10 -7 |
| Nichromas | 1,1 × 10 -6 |
| Nikelio | 7 x 10 -8 |
| Paladis | 1,0 x 10 -7 |
| Platina | 0,98 × 10 -7 |
| Kvarcas | 7 x 10 17 |
| Silicis | 6,4 × 10 2 |
| sidabras | 1,6 × 10 -8 |
| Tantalas | 1,3 x 10 -7 |
| Volframas | 4,9 x 10 -8 |
| Cinkas | 5,5 x 10 -8 |
Dirigentai susideda iš medžiagų, kuriosatlikti elektros srovę. Nemagnetiniai metalai paprastai laikomi idealiais elektros laidininkais. Laidų ir kabelių pramonėje naudojami įvairūs metaliniai laidininkai, tačiau dažniausiai tai yra varis ir aliuminis. Laidininkai turi skirtingas savybes, tokias kaip laidumas, atsparumas tempimui, svoris ir poveikis aplinkai.
Vario laidininko varža yra daugkabelių gamyboje dažniau naudojamas nei aliuminio. Beveik visi elektroniniai kabeliai yra pagaminti iš vario, kaip ir kiti prietaisai ir įranga, kuriuose naudojamas didelis laidumas. Vario laidininkai taip pat plačiai naudojami skirstant energiją ir gaminant energiją, automobilius. Norėdami sutaupyti svorio ir sąnaudų, perdavimo įmonės oro linijose naudoja aliuminį.
Aliuminis naudojamas pramonėje, kur jis yra svarbuslengvumas, pavyzdžiui, lėktuvų konstrukcija, ateityje turėtų padidinti jo naudojimą automobilių pramonėje. Didesniems kabeliams vario plieno aliuminio viela naudojama vario varžai išnaudoti, o dėl lengvo aliuminio sutaupoma daug konstrukcinio svorio.
Varis yra viena iš seniausių žinomų medžiagų.Jo plastiškumą ir laidumą elektrai išnaudojo ankstyvieji elektros eksperimentuotojai, tokie kaip Benas Franklinas ir Michaelas Faraday. Dėl mažo vario medžiagų ρ jis buvo priimtas kaip pagrindinis laidininkas, naudojamas tokiuose išradimuose kaip telegrafas, telefonas ir elektros variklis. Varis yra labiausiai paplitęs laidus metalas. 1913 m. Buvo priimtas Tarptautinis vario atkaitinimo standartas (IAKS), siekiant palyginti kitų metalų laidumą su variu.
Pagal šį standartą, komerciškai grynasatkaitinto vario laidumas yra 100% IAKS. Medžiagų varža lyginama su etalonine. Šiandien gaminamas komerciškai grynas varis gali turėti didesnes IAKS laidumo vertes, nes apdorojimo technologija laikui bėgant smarkiai tobulėjo. Be puikaus vario laidumo, metalas pasižymi dideliu atsparumu tempimui, šilumos laidumui ir šilumos plėtimu. Atkaitinta varinė viela, naudojama elektros reikmėms, atitinka visus standarto reikalavimus.
Nepaisant to, kad varis turi seną istorijąKaip medžiaga elektros energijai gaminti, aliuminis turi tam tikrų pranašumų, dėl kurių jis yra patrauklus konkrečiai paskirčiai, o jo dabartinė varža leidžia daug kartų išplėsti jo naudojimo sritį. Aliuminis turi 61% vario laidumo ir tik 30% vario pagal svorį. Tai reiškia, kad aliuminio viela sveria perpus mažiau nei varinė viela, kurios elektrinė varža yra tokia pati.
Aliuminis paprastai yra pigesnis neivario laidininkas. Aliuminio laidininkai yra sudaryti iš įvairių lydinių, juose mažiausias aliuminio kiekis yra 99,5%. Šeštajame ir septintajame dešimtmetyje dėl aukštos vario kainos ši aliuminio klasė tapo plačiai naudojama buitinėms elektros instaliacijoms.
Dėl prastos darbo kokybėsjungtys ir fiziniai skirtumai tarp aliuminio ir vario, prietaisai ir laidai, pagaminti remiantis jų jungtimis, vario ir aliuminio kontaktų vietose tapo pavojingi ugniai. Siekiant neutralizuoti neigiamą procesą, buvo sukurti aliuminio lydiniai, kurių šliaužimo ir pailgėjimo savybės panašesnės į varį. Šie lydiniai naudojami gaminant srieginius aliuminio laidus, kurių srovės varža yra priimtina masiniam naudojimui ir atitinka elektros tinklų saugos reikalavimus.
Jei aliuminis naudojamas tose vietose, kur anksčiau buvo naudojamas varis, norint išlaikyti tą patį tinklo našumą, būtina naudoti aliuminio vielą, dvigubai didesnę nei varinė viela.
Daugelis lentelėje rastų medžiagųvarža, plačiai naudojama elektronikoje. Aliuminis ir ypač varis naudojami dėl mažo jų atsparumo lygio. Dauguma laidų ir kabelių, šiandien naudojamų elektros jungtims, yra pagaminti iš vario, nes jis suteikia žemą ρ ir yra prieinamas. Geras aukso laidumas, nepaisant kainos, taip pat naudojamas kai kuriuose didelio tikslumo instrumentuose.
Dažnai yra aukso dangaaukštos kokybės žemos įtampos jungtys, kai užduotis yra užtikrinti mažiausią kontaktinį atsparumą. Sidabras nėra plačiai naudojamas pramoninėje elektrotechnikoje, nes jis greitai oksiduojasi ir dėl to susidaro didelis atsparumas kontaktams. Kai kuriais atvejais oksidas gali veikti kaip lygintuvas. Tantalo atsparumas naudojamas kondensatoriuose, nikelio ir paladžio galinėse jungtyse daugeliui paviršiaus tvirtinimo komponentų. Pagrindinis kvarco pritaikymas yra pjezoelektrinis rezonansinis elementas. Kvarciniai kristalai naudojami kaip dažnio elementai daugelyje osciliatorių, kur jo didelė vertė leidžia patikimas dažnio kilpas.
