Mai târziu sa stabilit că rezistența unui grafic depinde de caracteristicile sale geometrice după cum urmează: R = ρl / S,
unde l este lungimea conductorului, S este aria secțiunii transversale și ρ este un anumit coeficient de proporționalitate.
Astfel, rezistența este determinată de geometria conductorului, precum și de un parametru cum ar fi rezistivitatea (denumit în continuare C, C), acest coeficient fiind numit astfel. Dacă luați doi conductori cu aceeași secțiune transversală și lungimea și le puneți pe rând în circuit, atunci, măsurând rezistența și rezistența curentului, puteți vedea că în două cazuri aceste cifre vor fi diferite. Astfel, rezistivitatea electrică este o caracteristică a materialului din care este realizat conductorul și, chiar mai precis, al substanței.
Conductivitate și rezistență
SUA arată capacitatea unei substanțe de a împiedica trecerea curentului. Dar în fizică există și o conductivitate reciprocă. Acesta arată capacitatea de a efectua curent electric. Arată astfel:
σ = 1 / ρ, unde ρ este rezistivitatea substanței.
Dacă vorbim despre conductivitate, este determinată de caracteristicile purtătorilor de sarcină din această substanță. Deci, în metale există electroni liberi. Pe cochilia exterioară nu mai sunt mai mult de trei și este mai profitabil ca atomul să le "dea departe", ceea ce se întâmplă în timpul reacțiilor chimice cu substanțe din partea dreaptă a mesei periodice. În situația în care avem un metal pur, are o structură cristalină în care acești electroni externi sunt obișnuiți. Acestea poartă sarcina dacă se aplică un câmp electric pe metal.
În soluții, purtătorii de sarcină sunt ioni.
Dacă vorbim despre substanțe cum ar fi siliciul, atunci prin proprietățile sale este un semiconductor și funcționează oarecum diferit, dar mai mult pe care mai târziu. Pentru moment, vom înțelege, în comparație cu astfel de clase de substanțe:
- Ghiduri;
- semiconductori;
- Dielectricilor.
Conductori și dielectrice
Există substanțe care aproape nu conduc curentul. Se numesc dielectrice. Astfel de substanțe sunt capabile să polarizeze într-un câmp electric, adică moleculele lor se pot roti în acest câmp, în funcție de modul în care sunt distribuite electronii în ele. Dar, deoarece acești electroni nu sunt liberi, ci servesc la legătura dintre atomi, ei nu conduc curentul.
Conductivitatea dielectricilor este aproape zero, deși nu există dintre ele ideale (aceasta este aceeași abstracție ca un corp negru sau un gaz ideal).
Limita condiționată a conceptului "conductor" este ρ <10 -5 Ohmi, iar pragul inferior al dielectricului este de 10 8 Ohmi.
Între aceste două clase există substanțe numite semiconductori. Dar izolarea lor într-un grup separat de substanțe nu este legată atât de starea lor intermediară în linia de "conductivitate - rezistență", cât și de particularitățile acestei conductivități în diferite condiții.
Dependența de factorii de mediu
Conductivitatea nu este destul de constantă. Datele din tabelele din care se ia calculul ρ există pentru condițiile normale de mediu, adică pentru o temperatură de 20 de grade. În realitate, este dificil să se găsească astfel de condiții ideale pentru funcționarea circuitului; de fapt ws (și, prin urmare, conductivitatea) depind de următorii factori:
- temperatură;
- presiune;
- prezența câmpurilor magnetice;
- lumină;
- starea agregată.
Substanțele diferite au propriile lor programe de modificare a acestui parametru în condiții diferite. Astfel, ferromagneții (fier și nichel) o sporesc atunci când direcția curentului coincide cu direcția liniilor câmpului magnetic. În ceea ce privește temperatura, dependența de aici este aproape liniară (există chiar și conceptul de coeficient de temperatură de rezistență, iar acesta este și o valoare tabelară). Dar direcția acestei dependențe este diferită: pentru metale crește cu creșterea temperaturii, iar pentru elementele de pământuri rare și soluțiile electrolitice crește - și aceasta se află în aceeași stare agregată.
În semiconductori, dependența de temperatură nu este liniară, ci hiperbolică și inversă: cu creșterea temperaturii, conductivitatea crește. Aceasta distinge în mod calitativ conductorii de semiconductori. Iată dependența lui ρ de temperatura conductorilor:
Iată rezistivitatea cuprului, platinei și fierului. Unele metale au un grafic ușor diferit, de exemplu, mercurul - atunci când temperatura scade la 4 K, îl pierde aproape complet (acest fenomen se numește supraconductivitate).
Și pentru semiconductori, această dependență va fi ceva de genul:
În timpul trecerii la starea lichidă, metalul ρ crește, dar atunci toți se comportă diferit. De exemplu, în bismutul topit este mai scăzută decât la temperatura camerei și în cupru este de 10 ori mai mare decât în mod normal. Nichelul părăsește graficul la 400 de grade, după care picăturile ρ scad.
Dar dependența de temperatura de tungsten este atât de ridicată încât provoacă arderea lămpilor cu incandescență. Când este pornit, curentul încălzește spirala, iar rezistența sa crește de mai multe ori.
De asemenea, au. a. aliajele depind de tehnologia producerii lor. Deci, dacă avem de-a face cu un amestec mecanic simplu, atunci rezistența unei astfel de substanțe poate fi calculată de medie, dar aliajul de înlocuire (atunci când două sau mai multe elemente sunt puse într-o latură cristalină) va fi diferit, de regulă, mult mai mare. De exemplu, nicromul, din care sunt fabricate spirale pentru sobe electrice, are o astfel de cifră a acestui parametru care, atunci când este conectat la un circuit, acest conductor se încălzește până la roșeață (de aceea este de fapt folosit).
Aici este caracteristica ρ a oțelului carbon:
După cum se poate observa, pe măsură ce se apropie de punctul de topire, se stabilizează.
Rezistența diferiților conductori
Fie ca asa cum se poate, in calculele ρ se foloseste in conditii normale. Vă oferim un tabel prin care puteți compara această caracteristică cu diferite metale:
| metal | rezistivitate, Ohm · m | coeficientul de temperatură, 1 / ° С * 10 -3 |
| cupru | 1, 68 * 10 -8 | 3.9 |
| aluminiu | 2, 82 * 10 -8 | 3.9 |
| fier | 1 * 10 -7 | 5 |
| argint | 1, 59 * 10 -8 | 3.8 |
| aur | 2, 44 * 10 -8 | 3.4 |
| magneziu | 4, 4 * 10-8 | 3.9 |
| staniu | 1, 09 * 10 -7 | 4.5 |
| plumb | 2, 2 * 10 -7 | 3.9 |
| zinc | 5, 9 * 10 -8 | 3.7 |
După cum arată tabelul, cel mai bun dirijor este argintul. Și numai costul acesteia îl împiedică să fie aplicat masiv în producția de cabluri. SUA Aluminiu este, de asemenea, mici, dar mai puțin de aur. Din tabel devine clar de ce cablajul din case este cupru sau aluminiu.
Tabelul nu include nichelul, care, după cum am spus, are un grafic ușor neobișnuit al dependențelor y. a. pe temperatura. Rezistența la nichel după ridicarea la 400 de grade nu începe să crească, ci să scadă. Interesant, se comportă în alte aliaje de înlocuire. Acesta este modul în care aliajul de cupru și nichel se comportă, în funcție de procentul celor două:
Și acest grafic interesant arată rezistența aliajelor de zinc-magneziu:
Deoarece materialele pentru fabricarea reostaturilor folosesc aliaje cu rezistență ridicată, iată caracteristicile lor:
| aliaj | rezistivitate |
| manganin | 4, 82 * 10 -7 |
| constantan | 4, 9 * 10 -7 |
| nicrom | 1, 1 * 10 -6 |
| Fehral | 1, 2 * 10 -6 |
| hromal | 1, 2 * 10 -6 |
Acestea sunt aliaje complexe constând din fier, aluminiu, crom, mangan și nichel.
În ceea ce privește oțelurile de carbon, acesta este de aproximativ 1, 7 x 10-7 Ohm · m.
Diferența dintre y. a. conductorii diferiți determină utilizarea lor. Astfel, cuprul și aluminiu sunt utilizate masiv în fabricarea cablurilor, aurului și argintului - ca contacte într-un număr de produse de radiotelefonie. Conductorii de înaltă rezistență și-au găsit locul printre producătorii de aparate electrice (mai exact, au fost create pentru acest lucru).
Variabilitatea acestui parametru, în funcție de condițiile de mediu, a constituit baza unor dispozitive cum ar fi senzorii de câmp magnetic, termistori, tensometre, fotorezistoare.