resistiivisyys

Vastus on materiaalin ominaisuus, joka luonnehtii sen kykyä estää sähkövirran kulkua.

Sähköisten materiaalien ominaisuudet

Sähkötekniikan pääominaisuus on sähkönjohtokyky, mitattuna cm / m. Se toimii suhteellisuuskertoimena kentänvoimakkuuden vektorin ja virrantiheyden välillä.Se on usein merkitty kreikkalaisella kirjaimella gamma γ.Resistiivisyys tunnistetaan sähköjohtavuuden vastavuoroiseksi. Tämän seurauksena edellä mainittu kaava tulee: virrantiheys on suoraan verrannollinen kenttävoimakkuuteen ja kääntäen verrannollinen väliaineen spesifiseen resistenssiin. Yksikkö muuttuu Om m.

: ksi. Virta suoritetaan esimerkiksi nestemäisten elektrolyyttien ja ionisoitujen kaasujen avulla. Siksi kussakin tapauksessa on sallittua ottaa käyttöön vastuksen käsite, koska sähkövaraus kulkee väliaineen läpi. Esimerkiksi referenssikirjojen arvoja on vaikea löytää esimerkiksi hitsauskaaresta yksinkertaisen syyn vuoksi - ne eivät ole riittävästi mukana tällaisissa tehtävissä.Tätä ei vaadita. Sen jälkeen, kun Davyn hehkutus platinalevystä oli havaittu sähkövirralla, vuosisadan ajan ennen hehkuvien sipulien käyttöönottoa yhteiseen käyttöön - samasta syystä löydön merkitystä ja merkitystä ei tunnistettu välittömästi.

Vastusarvosta riippuen materiaalit jaetaan:

1. Johtimille - alle 1/10000 ohmia
2. Dielektrisille - yli 100 miljoonaa ohmia
3. Erikoisvastuksen arvojen mukaan dielektristen ja johtimien välillä on.

Nämä arvot kuvaavat yksinomaan kehon kykyä vastustaa sähkövirran kulkua eivätkä vaikuta muihin näkökohtiin( elastisuus, lämmönkestävyys).Esimerkiksi magneettiset materiaalit ovat johtimia, dielektrisiä ja puolijohteita.

Miten johtavuus muodostuu materiaalista

Nykyaikaisessa fysiikassa resistenssi ja johtavuus selitetään yleensä vyöhyke-teorialla. Sitä voidaan soveltaa kiinteisiin kiteisiin kappaleisiin, joiden hila-atomit ovat paikallaan. Tämän käsitteen mukaan elektronien ja muuntyyppisten latauskantajien energia määräytyy vakiintuneiden sääntöjen mukaan. Materiaaliin liittyy kolme päävyöhykettä:

• Valenssivyöhyke sisältää atomeihin liittyviä elektroneja. Tässä alueella elektronien energia luokitellaan vaiheittain, ja tasojen lukumäärä on rajoitettu. Atomin kerrosten ulkopinta.
• Kielletty alue. Tällä alueella maksulliset liikenteenharjoittajat eivät ole oikeutettuja. Se toimii kahden alueen välisenä rajana. Metallit ovat usein poissa.
• Vapaa-alue sijaitsee kahden edellisen yläpuolella. Tässä elektronit osallistuvat vapaasti sähkövirran ja energian luomiseen. Ei tasoja.

-dielektrisiä ominaisuuksia ovat vapaan vyöhykkeen korkein sijainti. Kun maapallolla on luonnollisia olosuhteita, materiaalit eivät johda sähkövirtaan. Suuri leveys ja bandgap. Metallilla on massa vapaita elektroneja. Valenssikaista pidetään samanaikaisesti johtumisalueena - kiellettyjä tiloja ei ole. Tämän seurauksena näillä materiaaleilla on alhainen resistiivisyys.

-vastukset Atomikoskettimien rajapinnassa muodostuu välituotetasoja, esiintyy epätavallisia vaikutuksia, joita puolijohdefysiikka käyttää.Heterogeenisyydet syntyvät tahallisesti lisäämällä epäpuhtauksia( akseptoreita ja luovuttajia).Tämän seurauksena muodostuu uusia energia-tiloja, jotka ilmentävät uusia ominaisuuksia sähkövirran kulkua prosessissa, jota alkumateriaalilla ei ollut.

Puolijohteilla on kielletty kaistanleveys. Ulkoisten voimien vaikutuksesta elektronit voivat jättää valenssi-alueen. Syy on sähköjännite, lämpö, ​​säteily, muuntyyppiset vaikutukset. Dielektrisissä ja puolijohteissa lämpötilat laskevat, elektronit kulkevat alemmille tasoille, minkä seurauksena valenssikaista täytetään ja johtavuusnauha pysyy vapaana. Sähkövirta ei virtaa. Kvanttiteorian mukaan puolijohdekategoriaa karakterisoidaan materiaaleina, joiden kaistaväli on alle 3 eV.

Fermi Energy

Fermi-energia on tärkeä paikka johtavuuden teoriassa, puolijohteissa esiintyvien ilmiöiden selityksissä.Hyvinvoinnit lisäävät sanan epämääräisiä määritelmiä.Ulkomainen kirjallisuus kertoo, että Fermin taso on tietty arvo eV: ssä, ja Fermin energia on sen ja pienimmän kristallin välinen ero. Tässä on valittuja yleisiä ja ymmärrettäviä lauseita:

1. Fermin taso on korkein kaikista, jotka ovat ominaisia ​​metalleissa olevalle elektronille 0 K: n lämpötilassa. Siksi Fermi-energia on ero tämän luvun ja absoluuttisen nolla-arvon välillä.
2. Fermin energiataso - elektronien löytämisen todennäköisyys on 50% kaikissa lämpötiloissa paitsi absoluuttinen nolla.

Fermi-energia määritetään vain 0 K: n lämpötilalle, kun taas taso on kaikissa olosuhteissa. Termodynamiikassa konsepti kuvaa kaikkien elektronien täyttä kemiallista potentiaalia. Fermi-taso määritellään, kun yksi elektroni lisää objektin lisäämistä.Parametri määrittää materiaalin johtavuuden, auttaa ymmärtämään puolijohteiden fysiikkaa.

Fermin taso ei välttämättä ole fyysisesti. On tapauksia, joissa kuljetuspaikka oli kielletyn alueen keskellä.Fyysisesti tasoa ei ole olemassa, elektroneja ei ole. Parametri on kuitenkin havaittavissa volttimittarilla: piirin kahden pisteen( näytön lukemat) välinen potentiaaliero on verrannollinen näiden pisteiden Fermi-tasojen ja käänteisesti verrannolliseen elektronin lataukseen. Yksinkertainen riippuvuus. Näiden parametrien kytkeminen johtavuuteen ja resistanssiin on sallittua käyttämällä Ohmin lakia ketjuosaan.

Materiaalit, joilla on pieni ominaisvastus

Johdot sisältävät useimmat metallit, grafiitit ja elektrolyytit. Tällaisilla materiaaleilla on alhainen resistiivisyys. Metalleissa positiivisesti varautuneet ionit muodostavat kristalliristikkoalueita, joita ympäröi elektronien pilvi. Niitä kutsutaan tavallisesti tavalliseen johtavaan kaistalle.

Vaikka ei ole täysin ymmärretty, mitä elektroni on, sitä kutsutaan tavallisesti hiukkaseksi, joka liikkuu kiteen sisällä ja jonka lämpönopeus on satoja kilometrejä.Tämä on paljon enemmän kuin tarvitaan avaruusaluksen käynnistämiseen kiertoradalle. Samanaikaisesti ajoväli, joka muodostaa sähkövirran voimakkuuden vektorin vaikutuksesta, saavuttaa tuskin senttiä minuutissa. Kenttä jaetaan ympäristöön, jossa valon nopeus on 100 000 km / s.

Näiden suhteiden tuloksena on mahdollista ilmaista johtokyky fyysisinä määrinä( ks. Kuva):

• Electron latauksen laskemiseksi, e.
• Vapaa kantoaallon pitoisuus, n.
• Elektronimassa, minä.
• Kantoaaltojen lämpönopeus,
• Electron tarkoittaa vapaata polkua, l.

Metallien Fermi-taso on alueella 3–15 eV, ja vapaiden kantajien pitoisuus on lähes riippumaton lämpötilasta. Siksi ominaisjohtokyky ja siten vastus määräytyy molekyylihiilen rakenteen ja sen läheisyyden ansiosta, joka on ihanteellinen, vikojen vapaus. Parametrit määräävät elektronien vapaan polun pituuden, on helppo löytää referenssikirjoista, jos on tarpeen tehdä laskutoimituksia( esimerkiksi määrittelemään ominaisresistanssi).

Metallit, joissa on kuutiohila, ovat paras johtokyky. Tähän sisältyy myös kupari. Siirtymämetalleille on tunnusomaista paljon suurempi resistanssi. Johtavuus heikkenee lämpötilan kasvaessa ja vaihtovirran suurilla taajuuksilla. Jälkimmäisessä tapauksessa havaitaan ihovaikutusta. Lämpötilariippuvuus lineaarinen tietyn rajan yläpuolelle, nimetty hollantilaisen fyysikon Peter Debyen mukaan.

Merkitty ja ei niin suoraviivainen riippuvuus. Esimerkiksi teräksen lämpötilakäsittely lisää virheiden määrää, mikä luonnollisesti vähentää materiaalin johtokykyä.Poikkeus sääntöön oli hehkutus. Prosessi vähentää virheiden tiheyttä, jonka takia resistanssi pienenee. Deformaatiolla on kirkas vaikutus. Joillakin seoksilla työstö johtaa voimakkaaseen resistanssin kasvuun.

Materiaalit, joilla on suuri resistanssi

Joskus on tarpeen erityisesti lisätä vastusta. Samanlainen tilanne ilmenee myös lämmityslaitteilla ja elektronisilla piirivastuksilla. Sitten tulee seosten seos, jolla on korkea ominaisresistanssi( yli 0,3 µOm m).Kun sitä käytetään osana mittauslaitteita, vaaditaan vähimmäispotentiaalin tarve liitännässä kuparikontaktin kanssa.

Tunnetuin oli nichrome. Lämpölaitteet on usein rakennettu halvalla( hauras, mutta halpa).Käyttötarkoituksesta riippuen seokset sisältävät kuparia, mangaania ja muita metalleja. Se on kallis ilo. Esimerkiksi manganiiniresistentti maksaa 30 senttiä Aliexpressille, jossa hinnat ovat perinteisesti alhaisemmat kuin varastohinnat. On olemassa myös palladiumin seos iridiumilla. Materiaalin hintaa ei pitäisi puhua ääneen.

Painetun piirin vastukset valmistetaan usein puhtaista metalleista sputterikalvojen muodossa. Kromia, tantaalia, volframia, seoksia käytetään laajalti mm.

-aineet, jotka eivät johda sähkövirtaan

-dielektrisiä ominaisuuksia ovat vaikuttava resistiivisyys. Tämä ei ole keskeinen piirre. Dielektriset materiaalit sisältävät materiaaleja, jotka pystyvät jakamaan varauksen uudelleen sähkökentän vaikutuksesta. Tämän seurauksena kertyminen tapahtuu, jota käytetään kondensaattoreissa. Latauksen uudelleenjakautumisasteelle on tunnusomaista dielektrinen vakio. Parametri osoittaa, kuinka monta kertaa kondensaattorin kapasitanssi kasvaa, jossa käytetään ilman sijasta tiettyä materiaalia. Yksittäiset dielektriset laitteet pystyvät johtamaan ja säteilemään värähtelyjä vaihtovirran vaikutuksesta. Ferrosähköisyys tunnetaan lämpötilan muutosten vuoksi.

Kentän suunnan muuttamisessa tapahtuu menetyksiä.Aivan kuten magneettinen jännitys muunnetaan osaksi lämpöksi, kun se altistetaan leuto teräkselle. Dielektrinen häviö riippuu pääasiassa taajuudesta. Tarvittaessa ei-polaarisia eristeitä käytetään materiaaleina, joiden molekyylit ovat symmetrisiä, ilman voimakasta sähköistä momenttia. Polarisaatio tapahtuu, kun varaukset on liitetty lujasti kidehilaan. Polarisaation tyypit:

1. Elektronipolarisaatio tapahtuu atomien ulkoisten energiakuorien muodonmuutoksen seurauksena. Palautuvia. Ominaisuudet ei-polaarisille dielektrisille aineen missä tahansa vaiheessa. Alhaisen elektronin painon vuoksi se esiintyy lähes välittömästi( fs-yksiköt).
2. -ionipolarisaatio laajentaa kaksi suuruusluokkaa hitaammin ja on ominaista aineille, joilla on ioninen kristallihila. Niinpä materiaaleja käytetään taajuuksilla jopa 10 GHz ja niillä on suuri dielektrinen vakio( jopa 90 titaanidioksidille).
3. Dipoli-rentoutumispolarisaatio on paljon hitaampi. Suoritusaika on sadasosaa sekunnista. Dipoli-rentoutumispolarisaatio on ominaista kaasuille ja nesteille ja riippuu vastaavasti viskositeetista( tiheydestä).Lämpötilan vaikutus jäljitetään: vaikutus muodostaa huipun tietyllä arvolla.
4. Spontaania polarisaatiota havaitaan ferrosähköisissä laitteissa.