Bakırın daha ağır olduğunu söylediklerindedaha sonra yoğunluklarını karşılaştırın. Benzer şekilde, bakırın alüminyumdan daha iyi bir iletken olduğunu söylediklerinde, dirençleri (ρ) karşılaştırılır, değeri belirli bir örneğin boyutuna veya şekline bağlı değildir - sadece malzemenin kendisine.
Резистентность является мерой сопротивления Belirli bir malzeme boyutu için elektriksel iletkenlik. Bunun tersi elektriksel iletkenliktir. Metaller iyi elektrik iletkenleridir (yüksek iletkenlik ve düşük ρ), metal olmayanlar çoğunlukla kötü iletkenlerdir (düşük iletkenlik ve yüksek ρ).
Daha tanıdık termal elektrikdirenç, malzemenin elektrik iletmesinin ne kadar zor olduğunu ölçer. Parçanın boyutuna bağlıdır: malzemenin daha uzun veya daha dar bir bölümü için direnç daha yüksektir. Boyutun direnç üzerindeki etkisini ortadan kaldırmak için telin spesifik direnci kullanılır - bu, boyuta bağlı olmayan bir malzeme özelliğidir. Çoğu malzeme için sıcaklıkla birlikte direnç artar. Bir istisna, sıcaklıkla azaldığı yarı iletkenlerdir (örneğin silikon).
Malzemenin ısıyı iletme kolaylığıtermal iletkenlik ile ölçülür. İlk değerlendirme olarak, iyi elektrik iletkenleri de iyi termal iletkenlerdir. Direnç r ile gösterilir ve ölçüm birimi bir ohm metredir. Saf bakır direnci 1.7 × 10 −8 Ω 'dir. Bu çok küçük bir sayıdır - 0.000 000 017 Ohm, metreküp bakırın neredeyse hiç direnci olmadığını gösterir. Direnç ne kadar düşük olursa (ohmmetre veya Ωm), malzeme elektrik kablolarında o kadar iyi kullanılır. Direnç, iletkenliğin ters tarafıdır.
Malzemenin direnç değeri genellikleiletken, yarı iletken veya yalıtkan olarak sınıflandırma için kullanılır. Katı elemanlar, periyodik elemanlar tablosundaki “statik dirençleri” ile yalıtkanlar, yarı iletkenler veya iletkenler olarak sınıflandırılır. Bir yalıtkan, yarı iletken veya iletken malzemedeki özdirenç, elektrik mühendisliğinde kullanılması düşünülen ana özelliktir.
Tablo ρ, σ ve sıcaklık katsayılarına ilişkin bazı verileri göstermektedir. Metaller için sıcaklık arttıkça direnç artar. Yarı iletkenler ve birçok izolatör için bunun tersi geçerlidir.
| malzeme | ρ (Ωm) nin 20 ° C | 20 ° C'de σ (S / m) | Sıcaklık katsayısı (1 / ° C) x10 ^ -3 |
| gümüş | 1.59 × 10 -8 | 6.30 × 10 7 | 3,8 |
| bakır | 1.68 × 10 -8 | 5.96 × 10 7 | 3,9 |
| altın | 2.44 × 10 -8 | 4.10 × 10 7 | 3,4 |
| alüminyum | 2.82 × 10 -8 | 3,5 × 10 7 | 3,9 |
| tungsten | 5.60 × 10 -8 | 1.79 × 10 7 | 4.5 |
| çinko | 5.90 × 10 -8 | 1.69 × 10 7 | 3,7 |
| nikel | 6,99 × 10 -8 | 1.43 × 10 7 | 6 |
| lityum | 9.28 × 10 -8 | 1.08 × 10 7 | 6 |
| demir | 1,0 × 10 -7 | 1.00 × 10 7 | 5 |
| platin | 1.06 × 10 -7 | 9.43 × 10 6 | 3,9 |
| kurşun | 2,2 × 10 -7 | 4,55 × 10 6 | 3,9 |
| konstantan | 4,9 × 10 -7 | 2,04 × 10 6 | 0,008 |
| Merkür | 9,8 × 10 -7 | 1.02 × 10 6 | 0.9 |
| nikrom | 1.10 × 10 -6 | 9.09 × 10 5 | 0,4 |
| Karbon (amorf) | 5 × 10 -4 8 × 10'a kadar -4 | 1.25-2 × 10 3 | -0,5 |
Herhangi bir sıcaklık için, aşağıdaki formülü kullanarak bir nesnenin ohm cinsinden elektrik direncini hesaplayabiliriz.
Bu formülde:
Direnç, belirli sayıda ohmmetreye eşittir. SI sistemindeki ρ biriminin genellikle bir ohmmetre olmasına rağmen, bazen santimetre başına ohm boyutu kullanılır.
Malzemenin direnci, belirli bir akım yoğunluğu veren elektrik alanının büyüklüğü ile belirlenir.
ρ = E / J, burada:
Direnç nasıl belirlenir?Birçok direnç ve iletken, düzgün bir elektrik akımı akışına sahip düzgün bir kesite sahiptir. Bu nedenle, daha spesifik fakat daha yaygın olarak kullanılan bir denklem vardır.
ρ = R * A / J, burada:
Malzemenin elektriksel direnci aynı zamandaelektriksel özdirenç. Bu, malzemenin elektrik akımı akışına ne kadar direnç gösterdiğinin bir göstergesidir. Belirli bir malzeme için, belirli bir malzeme için birim uzunluk ve birim kesit alanı başına direncin bölünmesiyle belirlenebilir.
Bu, düşük ρ'nın malzemeyi,bu da elektronları hareket ettirmeyi kolaylaştırır. Tersine, yüksek ρ değerine sahip bir malzeme yüksek bir dirence sahip olacak ve elektron akışını engelleyecektir. Bakır ve alüminyum gibi elementler düşük ρ'ları ile bilinir. Gümüş ve özellikle altın çok düşük ρ değerine sahiptir, ancak bariz nedenlerle kullanımları sınırlıdır.
Malzemeler göstergelerine bağlı olarak farklı kategorilere yerleştirilir ρ. Aşağıdaki tabloda bir özet verilmektedir.
Yarı iletkenlerin iletkenlik seviyesi şunlara bağlıdır:doping seviyesi. Doping olmadan, neredeyse elektrolitlere benzer izolatörlere benziyorlar. Malzemelerin ρ seviyesi oldukça değişkendir.
| Ekipman kategorileri ve malzeme türü | Ρ'ya bağlı olarak en yaygın malzemelerin direnç bölgesi |
| elektrolitler | değişken |
| izolatörler | ~ 10 ^ 16 |
| madenler | ~ 10 ^ -8 |
| yarı iletkenler | değişken |
| süperiletkenler | 0 |
Çoğu durumda, direnç artarsıcaklık ile. Sonuç olarak, direncin sıcaklık bağımlılığını anlamak gerekli hale gelir. Bir iletkende sıcaklık katsayısının nedeni sezgisel olarak gerekçelendirilebilir. Bir malzemenin direnci bir dizi fenomene bağlıdır. Bunlardan biri, bir malzemedeki yük taşıyıcıları ve atomlar arasında meydana gelen çarpışmaların sayısıdır. Çarpışmaların sayısı arttıkça, iletkenin özgül direnci artan sıcaklıkla artacaktır.
Bunun nedeni her zamanartan sıcaklık, malzemelerin direncinde bir azalmaya yol açacak ek yük taşıyıcıları serbest bırakır. Bu etki genellikle yarı iletken malzemelerde görülür.
Sıcaklık bağımlılığı göz önüne alındığındagenellikle direnç sıcaklık katsayısının doğrusal bir yasayı izlediği varsayılır. Bu oda sıcaklığı, metaller ve diğer birçok malzeme için geçerlidir. Bununla birlikte, çarpışma sayısından kaynaklanan direnç etkilerinin, özellikle çok düşük sıcaklıklarda (süperiletkenlik olgusu) her zaman sabit olmadığı bulunmuştur.
İletkenin herhangi bir sıcaklıktaki direnci, sıcaklık değeri ve sıcaklık direnç katsayısı ile hesaplanabilir.
R = Rref * (1+ α (T-Tref)), burada:
Direnç sıcaklık katsayısı, genellikle 20 ° C sıcaklık için standartlaştırılmıştır. Buna göre, pratik anlamda yaygın olarak kullanılan denklem:
R = R20 * (1+ α20 (T-T20)), burada:
Aşağıdaki direnç tablosu şunları içerir:bakır, alüminyum, altın ve gümüş dahil olmak üzere elektrik mühendisliğinde yaygın olarak kullanılan maddelerin birçoğu. Bu özellikler özellikle önemlidir, çünkü bir maddenin tellerden dirençler, potansiyometreler ve diğerleri gibi daha karmaşık cihazlara kadar çok çeşitli elektrikli ve elektronik bileşenlerin üretiminde kullanıp kullanamayacağını belirlerler.
| 20 ° C dış sıcaklıkta çeşitli malzemelerin direnç tablosu | |
| malzemeler | 20 ° C sıcaklıkta direnç OM |
| alüminyum | 2,8 x 10 -8 |
| antimon | 3,9 × 10 -7 |
| bizmut | 1,3 x 10 -6 |
| pirinç | ~ 0,6 - 0,9 × 10 -7 |
| kadmiyum | 6 x 10 -8 |
| kobalt | 5,6 × 10 -8 |
| bakır | 1,7 × 10 -8 |
| altın | 2,4 x 10 -8 |
| Karbon (grafit) | 1 x 10 -5 |
| germanyum | 4,6 x 10 -1 |
| demir | 1,0 x 10 -7 |
| kurşun | 1,9 × 10 -7 |
| nikrom | 1.1 × 10 -6 |
| nikel | 7 x 10 -8 |
| palladyum | 1,0 x 10 -7 |
| platin | 0.98 × 10 -7 |
| kuvars | 7 x 10 17 |
| silikon | 6.4 × 10 2 |
| gümüş | 1.6 × 10 -8 |
| tantal | 1,3 x 10 -7 |
| tungsten | 4,9 x 10 -8 |
| çinko | 5,5 x 10 -8 |
İletkenler,elektrik akımı iletir. Manyetik olmayan metaller genellikle ideal elektrik iletkenleri olarak kabul edilir. Tel ve kablo endüstrilerinde çeşitli metal iletkenler kullanılır, ancak en yaygın olanları bakır ve alüminyumdur. İletkenler iletkenlik, çekme mukavemeti, ağırlık ve çevresel etki gibi farklı özelliklere sahiptir.
Bir bakır iletkenin direnci çok fazlakablo üretiminde alüminyumdan daha yaygın olarak kullanılır. Hemen hemen tüm elektronik kablolar ve yüksek iletkenlikte bakır kullanan diğer cihazlar ve ekipmanlar bakırdan yapılmıştır. Bakır iletkenler ayrıca güç dağıtım ve güç üretim sistemlerinde ve otomotiv endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ağırlık ve maliyetten tasarruf etmek için iletim şirketleri havai iletim hatlarında alüminyum kullanır.
Alüminyum, önemli olduğu endüstrilerde kullanılırgelecekte uçak yapımı gibi hafifliklerin otomotiv endüstrisinde kullanımını artırması beklenmektedir. Daha güçlü kablolar için bakır kaplı alüminyum tel, bakırın direncinden yararlanmak için kullanılır ve hafif alüminyumdan önemli yapısal ağırlık tasarrufu sağlar.
Bakır bilinen en eski malzemelerden biridir.Plastisitesi ve elektrik iletkenliği, Ben Franklin ve Michael Faraday gibi elektrikle ilgili ilk deneyciler tarafından sömürüldü. Bakır malzemelerin düşük ρ, telgraf, telefon ve elektrik motoru gibi buluşlarda kullanılan birincil iletkenler olarak kabul edilmesini sağlamıştır. Bakır en yaygın iletken metaldir. 1913 yılında, diğer metallerin iletkenliğini bakır ile karşılaştırmak için Uluslararası Bakır Tavlama Standardı (IACS) kabul edildi.
Bu standarda göre, ticari olarak saftavlanmış bakırın iletkenliği% 100 IACS'dir. Malzemelerin özdirenci referans ile karşılaştırılmıştır. Günümüzde üretilen ticari olarak saf bakır, işleme teknolojisi zaman içinde önemli ölçüde ilerlediğinden daha yüksek IACS iletkenlik değerlerine sahip olabilir. Bakırın mükemmel iletkenliğine ek olarak, metal yüksek çekme mukavemetine, termal iletkenliğe ve termal genleşmeye sahiptir. Elektriksel amaçlar için kullanılan tavlanmış bakır tel, standardın tüm gereksinimlerini karşılar.
Bakırın uzun bir geçmişe sahip olmasına rağmenEnerji üretimi için bir malzeme olarak, alüminyumun belirli bir uygulama için çekici olmasını sağlayan bazı avantajları vardır ve mevcut direnci, kullanım alanını birçok kez genişletmeyi mümkün kılar. Alüminyum,% 61 bakır iletkenliğine ve ağırlıkça sadece% 30 bakıra sahiptir. Bu, bir alüminyum telin, aynı elektrik direncine sahip bir bakır telin yarısı kadar ağırlığında olduğu anlamına gelir.
Alüminyum genellikle daha ucuzdurİletken bakır. Alüminyum iletkenler çeşitli alaşımlardan oluşur ve minimum% 99.5 alüminyum içeriğine sahiptir. 1960'larda ve 1970'lerde, yüksek bakır fiyatı nedeniyle, bu alüminyum sınıfı ev elektrik kabloları için yaygın olarak kullanıldı.
Düşük işçilik kalitesi nedeniyle,alüminyum ve bakır arasındaki bağlantılar ve fiziksel farklılıklar, bakır-alüminyum temas yerlerinde, bağlantılarına göre yapılan cihazlar ve teller yangın tehlikesi haline gelmiştir. Olumsuz sürece karşı koymak için, bakır alaşımlarına daha benzer sürünme ve uzama özellikleri ile alüminyum alaşımları geliştirilmiştir. Bu alaşımlar, akım direnci kütle kullanımı için kabul edilebilir olan ve elektrik şebekeleri için güvenlik gereksinimlerini karşılayan bükülü alüminyum tellerin üretimi için kullanılır.
Bakırın daha önce kullanıldığı yerlerde alüminyum kullanılıyorsa, aynı ağ performansını korumak için bakır telin iki katı alüminyum tel kullanılması gerekir.
Tabloda bulunan malzemelerin çoğuözdirenç, yaygın elektronik. Düşük direnç seviyelerinden dolayı alüminyum ve özellikle bakır kullanılmaktadır. Günümüzde elektrik bağlantıları için kullanılan tel ve kabloların çoğu bakırdan yapılmıştır, çünkü düşük ρ sağlar ve uygun maliyetlidir. Altının iyi iletkenliği, fiyata rağmen, bazı yüksek hassasiyetli enstrümanlarda da kullanılır.
Altın kaplama sıklıkla bulunurgörevin en düşük temas direncini sağlamak olduğu yüksek kaliteli düşük voltaj bağlantıları. Gümüş, endüstriyel elektrik mühendisliğinde hızla oksitlendiği için yaygın olarak kullanılmaz ve bu da yüksek temas direncine neden olur. Bazı durumlarda, oksit bir doğrultucu olarak işlev görebilir. Tantal direnç kapasitörlerde kullanılır, nikel ve paladyum birçok yüzeye monte bileşen için uç bağlantılarında kullanılır. Kuvars ana uygulamasını piezoelektrik rezonant elemanı olarak bulur. Kuvars kristalleri, yüksek değeri güvenilir frekans döngülerine izin verdiği birçok osilatörde frekans elemanı olarak kullanılır.
