Når de sier at kobber er tyngremetall enn aluminium, sammenlign deretter dens tetthet. Når de sier at kobber er en bedre leder enn aluminium, sammenlignes deres resistivitet (ρ), hvis verdi ikke er avhengig av størrelsen eller formen til en bestemt prøve - bare av selve materialet.
Motstand er et mål på motstandelektrisk ledningsevne for en gitt størrelse på materialet. Det motsatte er elektrisk ledningsevne. Metaller er gode elektriske ledere (høy ledningsevne og lav ρ), mens ikke-metaller stort sett er dårlige ledere (lav ledningsevne og høy ρ).
Более знакомое термическое электрическое motstand måler hvor vanskelig det er for et materiale å lede strøm. Det avhenger av størrelsen på delen: motstanden er høyere for en lengre eller smalere del av materialet. For å eliminere effekten av størrelse på motstanden, brukes den spesifikke motstanden til tråden - dette er en materialegenskap som ikke er avhengig av størrelse. For de fleste materialer øker motstanden med temperaturen. Et unntak er halvledere (for eksempel silisium), der den synker med temperaturen.
Den lettheten som materialet leder varmemålt ved varmeledningsevne. Som et første estimat er gode elektriske ledere også gode termiske ledere. Motstand er betegnet med symbolet r, og enheten er et ohmmeter. Motstanden til rent kobber er 1,7 x 10-8 ohm. Dette er et veldig lite tall - 0,000 000 017 Ohm, noe som betyr at en kubikkmeter kobber praktisk talt ikke har noen motstand. Jo lavere resistivitet (ohmmeter eller Ωm), desto bedre blir materialet brukt i elektriske ledninger. Motstand er baksiden av ledningen.
Motstandsverdien til materialet er oftebrukes til å klassifisere som leder, halvleder eller isolator. Faste elementer klassifiseres som isolatorer, halvledere eller ledere basert på deres "statiske motstand" i det periodiske elementet. Motstand i en isolator, halvleder eller ledende materiale er den viktigste egenskapen som vurderes for elektriske applikasjoner.
Tabellen viser noen data for ρ, σ og temperaturkoeffisienter. For metaller øker motstanden når temperaturen stiger. Det motsatte gjelder for halvledere og mange isolatorer.
| materiale | ρ (Ωm) ved 20 ° C | σ (S / m) ved 20 ° C | Temperaturkoeffisient (1 / ° C) x10 ^ -3 |
| sølv | 1,59 × 10 -8 | 6.30 x 10 7 | 3,8 |
| kobber | 1,68 × 10 -8 | 5,96 × 10 7 | 3,9 |
| gull | 2,44 -8 | 4,10 x 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 |
| sink | 5,90 × 10 -8 | 1,69 × 10 7 | 3,7 |
| nikkel | 6,99 × 10 -8 | 1,43 × 10 7 | 6 |
| Litium | 9,28 × 10 -8 | 1,08 × 10 7 | 6 |
| jern | 1,0 × 10 -7 | 1,00 × 10 7 | 5 |
| platina | 1,06 × 10 -7 | 9,43 × 10 6 | 3,9 |
| bly | 2,2 × 10 -7 | 4,55 × 10 6 | 3,9 |
| Constantan | 4,9 × 10 -7 | 2,04 × 10 6 | 0,008 |
| Mercury | 9,8 × 10 -7 | 1,02 × 10 6 | 0.9 |
| Nichrome | 1,10 × 10 -6 | 9,09 × 10 5 | 0,4 |
| Karbon (amorf) | 5 × 10 -4 opptil 8 × 10 -4 | 1,25-2 × 10 3 | -0,5 |
For en gitt temperatur kan vi beregne den elektriske motstanden til et objekt i ohm ved hjelp av følgende formel.
I denne formelen:
Motstanden er lik et visst antall ohmmeters. Selv om SI-enheten på ρ vanligvis er et ohmmeter, brukes noen ganger ohm per centimeter.
Motstanden til et materiale bestemmes av størrelsen på det elektriske feltet over det, noe som gir en viss strømtetthet.
ρ = E / J, hvor:
Hvordan bestemme resistivitet? Mange motstander og ledere har et jevnt tverrsnitt med en jevn strøm av elektrisk strøm. Derfor er det en mer spesifikk, men mer brukt ligning.
ρ = R * A / J, hvor:
Den elektriske motstanden til et materiale er også kjent somspesifikk elektrisk motstand. Dette er en indikasjon på hvor sterkt materialet motstår strømmen av elektrisk strøm. Det kan bestemmes ved å dele motstanden med en lengdeenhet og en enhet av tverrsnittsareal for et spesifikt materiale ved en gitt temperatur.
Dette betyr at en lav ρ indikerer et materialesom lar elektroner bevege seg lett. Motsatt vil et materiale med høy ρ ha høy motstand og hindre strømmen av elektroner. Elementer som kobber og aluminium er kjent for sin lave ρ. Sølv og spesielt gull har en veldig lav ρ-verdi, men av åpenbare grunner er bruken av dem begrenset.
Materialer plasseres i forskjellige kategorier avhengig av deres ρ-verdi. Et sammendrag er vist i tabellen nedenfor.
Ledningsnivået til halvledere avhenger avlegeringsnivå. Uten doping ser de nesten ut som isolatorer, noe som er det samme for elektrolytter. Materialnivået ρ varierer mye.
| Utstyrskategorier og materialtype | Resistivitetsregion av de vanligste materialene avhengig av ρ |
| Elektrolytter | Variabel |
| isolatorer | ~ 10 ^ 16 |
| metaller | ~ 10 ^ -8 |
| Halvledere | Variabel |
| Superledere | 0 |
I de fleste tilfeller øker motstandenmed temperatur. Som et resultat blir det nødvendig å forstå motstandens temperaturavhengighet. Årsaken til temperaturkoeffisienten for en leder kan forklares intuitivt. Motstanden til et materiale er avhengig av en rekke fenomener. En av disse er antall kollisjoner som oppstår mellom ladebærere og atomer i et materiale. Motstanden til lederen vil øke med økende temperatur når antallet kollisjoner øker.
Dette er kanskje ikke alltid tilfelle, og skyldes at meden økning i temperatur frigjør ekstra ladebærere, noe som vil føre til en reduksjon i resistiviteten til materialene. Denne effekten sees ofte i halvledermaterialer.
Når man vurderer temperaturavhengighetenmotstandstemperaturkoeffisient for motstand anses generelt å følge en lineær lov. Dette gjelder romtemperatur og for metaller og mange andre materialer. Det har imidlertid blitt funnet at motstandseffektene som følge av antall kollisjoner ikke alltid er konstante, spesielt ved svært lave temperaturer (superledningsevne fenomen).
Motstanden til en leder ved en gitt temperatur kan beregnes ut fra temperaturverdien og dens temperaturkoeffisient for motstand.
R = Rref * (1+ α (T- Tref)), hvor:
Temperaturkoeffisient for motstand, vanligvis standardisert til en temperatur på 20 ° C. Følgelig er ligningen som ofte brukes i praktisk forstand:
R = R20 * (1+ α20 (T-T20)), hvor:
Motstandstabellen nedenfor inneholdermange av stoffene som ofte brukes i elektroteknikk, inkludert kobber, aluminium, gull og sølv. Disse egenskapene er spesielt viktige fordi de bestemmer om et stoff kan brukes til å produsere et bredt spekter av elektriske og elektroniske komponenter fra ledninger til mer komplekse enheter som motstander, potensiometre og mange andre.
| Motstandstabell over forskjellige materialer ved en utetemperatur på 20 ° C | |
| materialer | OM-motstand 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 |
| Kadmium | 6 x 10 -8 |
| kobolt | 5,6 × 10 -8 |
| kobber | 1,7 × 10 -8 |
| gull | 2,4 x 10 -8 |
| Karbon (grafitt) | 1 x 10 -5 |
| Germanium | 4,6 x 10 -1 |
| jern | 1,0 x 10 -7 |
| bly | 1,9 × 10 -7 |
| Nichrome | 1,1 × 10 -6 |
| nikkel | 7 x 10 -8 |
| Palladium | 1,0 x 10 -7 |
| platina | 0,98 x 10 -7 |
| Kvarts | 7 x 10 17 |
| Silicon | 6,4 × 10 2 |
| Sølv | 1,6 × 10 -8 |
| Tantal | 1,3 x 10 -7 |
| Wolfram | 4,9 x 10 -8 |
| sink | 5,5 x 10 -8 |
Ledere er sammensatt av materialer somlede en elektrisk strøm. Ikke-magnetiske metaller anses generelt som ideelle ledere av elektrisitet. Ulike metalledere brukes i tråd- og kabelindustrien, men de vanligste er kobber og aluminium. Ledere har forskjellige egenskaper som ledningsevne, strekkfasthet, vekt og miljøpåvirkning.
Motstanden til en kobberleder er myemer vanlig brukt i kabelproduksjon enn aluminium. Nesten alle elektroniske kabler er laget av kobber, som andre enheter og utstyr som bruker kobberens høye ledningsevne. Kobberledere er også mye brukt i kraftfordeling og kraftproduksjon, bilindustri. For å spare vekt og kostnader bruker transmisjonsfirmaer aluminium i luftledninger.
Aluminium brukes i næringer der det er viktigletthet, for eksempel flykonstruksjon, forventes det i fremtiden å øke bruken i bilindustrien. For kraftigere kabler brukes kobberkledd aluminiumstråd til å utnytte motstanden til kobberet, noe som gir betydelige strukturelle vektbesparelser fra lett aluminium.
Kobber er et av de eldste kjente materialene.Dens plastisitet og elektriske ledningsevne ble utnyttet av tidlige elektriske eksperimenter som Ben Franklin og Michael Faraday. Den lave delen av kobbermaterialer har ført til at den ble adoptert som hovedledere brukt i oppfinnelser som telegraf, telefon og elektrisk motor. Kobber er det vanligste ledende metallet. I 1913 ble den internasjonale standarden for annealing kobber (IACS) vedtatt for å sammenligne ledningsevnen til andre metaller med kobber.
I henhold til denne standarden, kommersielt renglødet kobber har en ledningsevne på 100% IACS. Motstanden til materialene sammenlignes med referansen. Kommersielt rent kobber som produseres i dag kan ha høyere IACS ledningsevneverdier ettersom prosesseringsteknologien har avansert betydelig over tid. I tillegg til den utmerkede ledningsevnen til kobber, har metallet høy strekkfasthet, varmeledningsevne og termisk ekspansjon. Glødet kobbertråd brukt til elektriske formål oppfyller alle kravene i standarden.
Til tross for at kobber har en lang historie iSom et materiale for kraftproduksjon har aluminium visse fordeler som gjør det attraktivt for en bestemt applikasjon, og dets nåværende resistivitet gjør det mulig å utvide bruksområdet mange ganger. Aluminium har 61% kobberledningsevne og bare 30 vekt% kobber. Dette betyr at en aluminiumstråd veier halvparten så mye som en kobbertråd, med samme elektriske motstand.
Aluminium er generelt billigere sammenlignet medkobberleder. Aluminiumsledere er sammensatt av forskjellige legeringer og har et minimum aluminiuminnhold på 99,5%. På 1960- og 1970-tallet, på grunn av den høye prisen på kobber, ble denne klassen aluminium mye brukt til elektriske ledninger.
På grunn av den dårlige kvaliteten på utførelsen,Forbindelser og fysiske forskjeller mellom aluminium og kobber, enheter og ledninger laget på grunnlag av deres tilkoblinger, på steder av kobber-aluminiumkontakter, har blitt brannfarlige. For å motvirke den negative prosessen har aluminiumslegeringer blitt utviklet med krype- og forlengelsesegenskaper som ligner mer på kobber. Disse legeringene brukes til fremstilling av trådede aluminiumsledninger, hvis nåværende resistivitet er akseptabel for massebruk, som oppfyller sikkerhetskravene til elektriske nettverk.
Hvis aluminium brukes på steder der kobber tidligere ble brukt, for å opprettholde samme nettverksytelse, er det nødvendig å bruke aluminiumstråd dobbelt så stor som kobbertråden.
Mange av materialene som finnes i tabellenmotstand, mye brukt i elektronikk. Aluminium og spesielt kobber brukes på grunn av deres lave motstandsnivå. De fleste ledningene og kablene som brukes i dag til elektriske tilkoblinger, er laget av kobber fordi det gir lav ρ og er overkommelig. Den gode ledningsevnen til gull, til tross for prisen, brukes også i noen instrumenter med høy presisjon.
Forgyldning finnes ofte påhøykvalitets lavspenningstilkoblinger der oppgaven er å gi den laveste kontaktmotstanden. Sølv brukes ikke mye i industriell elektroteknikk, da det oksyderer raskt og dette resulterer i høy kontaktmotstand. I noen tilfeller kan oksidet fungere som en likeretter. Tantalmotstand brukes i kondensatorer, nikkel og palladium i endeforbindelser for mange overflatemonterte komponenter. Kvarts finner hovedapplikasjonen som et piezoelektrisk resonanselement. Kvartskrystaller brukes som frekvenselementer i mange oscillatorer, der den høye verdien tillater pålitelige frekvensløkker.
