התנגדות

התנגדות היא תכונה של חומר המאפיין את יכולתו למנוע מעבר של זרם חשמלי.

תכונות של חומרים חשמליים

המאפיין העיקרי בהנדסת חשמל הוא מוליכות חשמלית ספציפית, נמדד ס"מ / מ '.הוא משמש כמקדם פרופורציונליות בין וקטור כוח השדה לבין הצפיפות הנוכחית.זה מסומן לעתים קרובות על ידי האות היוונית gamma γ.ההתנגדות מוכרת כמחבר של מוליכות חשמלית.כתוצאה מכך, הנוסחה שהוזכרה לעיל הופכת להיות: הצפיפות הנוכחית היא יחסית פרופורציונלית כוח השדה ואת ביחס הפוך ביחס ההתנגדות הספציפית של המדיום.היחידה הופכת להיות אום m.

הרעיון שנדון הוא רלוונטי לא רק עבור התקשורת מוצק.לדוגמה, הזרם מתבצע על ידי אלקטרוליטים נוזליים וגזים מיוננים.לכן, בכל מקרה, מותר להציג את מושג ההתנגדות, כי מטען חשמלי עובר דרך המדיום.קשה למצוא את הערכים בספרי הייחוס, למשל, עבור קשת הריתוך מסיבה פשוטה - הם אינם מעורבים מספיק במשימות כאלה.זה לא נטען.מאז גילוי זוהרו של דייווי על צלחת הפלטינה על ידי זרם חשמלי, חלף מאה שנים לפני הכנסת נורות זוהרות לשימוש שכיח - מסיבה דומה, חשיבותה וחשיבותה של הגילוי לא הוכרו מיד.

בהתאם לערך ההתנגדות, החומרים מחולקים:

1. עבור מוליכים - פחות מ -1/10000 אוהם
2. עבור דיאלקטרים ​​- יותר מ -100 מיליון אוהם
3. על פי ערכי ההתנגדות הספציפיים, קיימים בין דיאלקטרים ​​ומוליכים.

ערכים אלה מתאפיינים אך ורק ביכולתו של הגוף להתנגד למעבר זרם חשמלי ואינם משפיעים על היבטים אחרים( גמישות, עמידות בחום).לדוגמה, חומרים מגנטיים הם מוליכים, דיאלקטרי מוליכים למחצה.

כיצד מוליכות נוצר חומר

בפיסיקה המודרנית, התנגדות ומוליכות מוסברים בדרך כלל על ידי תיאוריית אזור.זה חל על גופים גבישיים מוצקים אשר אטומי הסריג נעשים נייח.על פי תפיסה זו, האנרגיה של אלקטרונים וסוגים אחרים של נושאות תשלום נקבעת על פי הכללים שנקבעו.ישנם שלושה אזורים עיקריים הגלומים בחומר:

• אזור הערכיות מכיל אלקטרונים הקשורים לאטומים.באזור זה, האנרגיה האלקטרונית מדורגת על ידי צעדים, ומספר רמות מוגבל.החיצוני של שכבות האטום.
• אזור אסור.בתחום זה, נושאות המטענים אינן זכאיות.היא משמשת גבול בין שני האזורים האחרים.מתכות נעדרות לעתים קרובות.
• האזור החופשי ממוקם מעל שני הקודמים.כאן electrons להשתתף באופן חופשי ביצירת זרם חשמלי, וכל האנרגיה.אין רמות.

דיאלקטרים ​​מאופיינים במיקום הגבוה ביותר של האזור החופשי.עם כל התנאים הטבעיים שאפשר להעלות על הדעת על כדור הארץ, החומרים אינם מבצעים זרם חשמלי.רוחב גדול bandgap.מתכות יש המוני של אלקטרונים חופשיים.וגם את הלהקה valence נחשב בו זמנית את אזור הולכה - אין מדינות אסורות.כתוצאה מכך, חומרים אלה יש התנגדות נמוכה.חישוב

בממשק של המגעים האטומיים, רמות האנרגיה הבינוני נוצרות, מתרחשות השפעות חריגות, המשמשות בפיסיקה של מוליכים למחצה.הטרוגניות נוצרות במכוון על ידי הקדמה של זיהומים( acceptors ותורמים).כתוצאה מכך, מדינות אנרגיה חדשות נוצרות, מפגין בתהליך של זרם חשמלי זרם תכונות חדשות כי מקור החומר לא היה.

מוליכים למחצה יש רוחב פס אסורה.תחת פעולה של כוחות חיצוניים, אלקטרונים מסוגלים לעזוב את אזור הערכיות.הסיבה היא מתח חשמלי, חום, קרינה, סוגים אחרים של אפקטים.ב דיאלקטרי מוליכים למחצה, כמו הטמפרטורה יורדת, האלקטרונים עוברים לרמות נמוכות יותר, כתוצאה מכך, הלהקה הערכיות מלא, הלהקה הולכה נשאר חופשי.זרם חשמלי אינו זורם.בהתאם לתורת הקוואנטים, המעמד של מוליכים למחצה מאופיין כחומרים עם פער הלהקה של פחות מ 3 eV.Fermi אנרגיה

אנרגיה פרמי תופסת מקום חשוב בתיאוריה של מוליכות, הסברים על תופעות המתרחשות מוליכים למחצה.הדקויות מוסיפות הגדרות מעורפלות של המונח בספרות.ספרות זרה אומרת כי רמת פרמי היא ערך מסוים ב- eV, ואנרגיית פרמי היא ההבדל בינה לבין הנמוכה ביותר בגביש.להלן המשפטים הנבחרים הכלליים והמובנים:

1. רמת פרמי היא המקסימלית של כל הטבועה באלקטרון במתכות בטמפרטורה של 0 ק '. לכן, האנרגיה פרמי היא ההפרש בין נתון זה לבין רמת המינימום באפס מוחלט.
2. רמת האנרגיה של פרמי - ההסתברות למציאת אלקטרונים היא 50% בכל הטמפרטורות למעט אפס מוחלט.

אנרגיית פרמי נקבעת אך ורק לטמפרטורה של 0 K, בעוד שהרמה קיימת בכל התנאים.בתרמודינמיקה, המושג מתאר את הפוטנציאל הכימי המלא של כל האלקטרונים.רמת פרמי מוגדרת כעבודה שהוצאה על תוספת של אובייקט על ידי אלקטרון יחיד.הפרמטר קובע את המוליכות של החומר, מסייע להבין את הפיזיקה של מוליכים למחצה.

רמת פרמי אינה בהכרח קיימת פיזית.יש מקרים שבהם מקום המעבר היה באמצע השטח האסור.מבחינה פיזית, הרמה אינה קיימת, אין שם אלקטרונים.עם זאת, הפרמטר הוא מורגש עם voltmeter: ההבדל הפוטנציאלי בין שתי נקודות של המעגל( קריאות על התצוגה) הוא יחסי להפרש בין רמות פרמי של נקודות אלה ביחס פרופורציונלי למטען אלקטרונים.התמכרות פשוטה.מותר לקשר את הפרמטרים הללו עם מוליכות ורסיסטיביות, תוך שימוש בחוק של אום לחלק הרשת.

חומרים עם התנגדות ספציפית נמוכה

המוליכים כוללים את רוב המתכות, גרפיט ואלקטרוליטים.חומרים כאלה יש התנגדות נמוכה.ב מתכות, יונים טעונה חיובי טופס אתרי סריג קריסטל מוקף ענן של אלקטרונים.הם נקראים בדרך כלל לכניסה לתחום ההולכה.

למרות שזה לא מובן לחלוטין מה הוא אלקטרון, הוא נוהג לתאר את החלקיק נע בתוך גביש עם מהירות תרמית של מאות ק"מ / s.זה הרבה יותר ממה שנדרש כדי להשיק חללית למסלול.בה בעת, מהירות הסחף, המייצרת זרם חשמלי תחת פעולה של וקטור אינטנסיביות, בקושי מגיעה לסנטימטר לדקה.השדה מופץ בסביבה עם מהירות האור( 100 אלף קמ"ש).

כתוצאה ממערכות יחסים אלו, ניתן להביע את המוליכות במונחים של כמויות פיזיות( ראה איור):

• אלקטרון, e.
• ריכוז הספק חינם, n.
• מסה אלקטרונים, אני.
• מהירות תרמית של נשאים,
• אלקטרון מתכוון נתיב חינם, l.

רמת פרמי עבור מתכות טמונה בטווח 3-15 eV, ואת הריכוז של ספקים חופשיים הוא כמעט עצמאי של הטמפרטורה.לכן, המוליכות הספציפית, ומכאן ההתנגדות, נקבעת על ידי מבנה הסריג המולקולרי וקירבתו לאידיאל, חופש מליקויים.הפרמטרים קובעים את אורך הנתיב החופשי של האלקטרונים, קל למצוא בספרי עיון, אם יש צורך לבצע חישובים( לדוגמה, על מנת לקבוע את ההתנגדות הספציפית).

מתכות עם סריג מעוקב יש את המוליכות הטובה ביותר.נחושת כלולה גם כאן.מתכות המעבר מאופיינים התנגדות הרבה יותר גבוהה.מוליכות פוחת עם הטמפרטורה הגוברת בתדרים גבוהים של זרם לסירוגין.במקרה האחרון, אפקט העור הוא ציין.תלות טמפרטורה ליניארית מעל גבול מסוים, על שמו של הפיזיקאי ההולנדי פיטר Debye.

מסומן ולא תלויות קו ישר.לדוגמה, טיפול טמפרטורה של פלדה מגדיל את מספר הפגמים, אשר באופן טבעי מפחית את המוליכות של החומר.חריג לכלל היה חישול.התהליך מפחית את צפיפות הפגמים, שבגללם ההתנגדות יורדת.עיוות יש אפקט בהיר.עבור כמה סגסוגות, תוצאות עיבוד שבבי עלייה ניכרת התנגדות.

חומרים עם התנגדות גבוהה

לפעמים זה נדרש כדי להגדיל באופן ספציפי את ההתנגדות.מצב דומה מתרחש במקרים עם התקני חימום ומנגנוני מעגלים אלקטרוניים.ואז מגיע תורו של סגסוגות עם התנגדות ספציפית גבוהה( יותר מ 0.3 μOm מ ').כאשר נעשה שימוש כחלק ממכשירי מדידה, הדרישה של פוטנציאל מינימלי בממשק עם הקשר נחושת מוצג.

המפורסם ביותר היה nichrome.לעתים קרובות, מכשירי חימום בנויים fhrle זול( שביר, אבל זול).בהתאם למטרה, נחושת, מנגן ומתכות אחרות כלולים סגסוגות.זה תענוג יקר.לדוגמה, נגדי מנגן עולה 30 סנט על aliexpress, שם המחירים נמוכים באופן מסורתי מאשר מחירי החנות.יש אפילו סגסוגת של פלדיום עם אירידיום.המחיר של החומר לא צריך להיות דיבר בקול רם.

נגדים מעגלים מודפסים עשויים לעתים קרובות ממתכות טהורות בצורה של סרטים גמגום.כרום, טנטלום, טונגסטן, סגסוגות נמצאים בשימוש נרחב, בין היתר, nichrome.

חומרים שאינם מוליכים זרם חשמלי

דיאלקטרים ​​מאופיינים בהתנגדות מרשימה.זה לא מאפיין מפתח.חומרים דיאלקטריים כוללים חומרים המסוגלים לפזר מחדש את המטען תחת פעולה של שדה חשמלי.כתוצאה מכך, הצטברות מתרחשת, אשר משמש קבלים.מידת ההפצה מחדש של המטען מאופיינת בקבוע דיאלקטרי.הפרמטר מראה כמה פעמים הקיבול של הקבל גדל, במקום שבו נעשה שימוש בחומר מסוים.דיאלקטרים ​​אינדיבידואלים מסוגלים לנהל ולנבוע תנודות תחת הפעולה של זרם לסירוגין.Ferroelectricity ידוע, בשל שינויי טמפרטורה.

בתהליך שינוי ההפסדים בכיוון השדה מתרחשים.בדיוק כמו המתח המגנטי מומר חלקית לחום כאשר נחשפים פלדה קלה.ההפסד הדיאלקטרי תלוי בעיקר בתדירות.במידת הצורך, מבודדים שאינם קוטביים משמשים חומרים, המולקולות של אשר סימטריים, ללא רגע חשמלי בולט.הקיטוב מתרחש כאשר החיובים מחוברים היטב לרשת הסריג.סוגים של קיטוב:

1. קיטוב אלקטרון מתרחשת כתוצאה של דפורמציה של פגזים האנרגיה החיצונית של האטומים.הפיך.מאפיין של דיאלקטרים ​​לא קוטביים בכל שלב של חומר.בשל משקל אלקטרונים נמוך, זה קורה כמעט באופן מיידי( יחידות של FS).
2. קיטוב יון משתרע על פני שני סדרי גודל איטיים ומאפיין חומרים עם סריג קריסטל יונית.לפיכך, החומרים מוחלים על תדרים של עד 10 GHz ויש להם קבוע דיאלקטרי גדול( עד 90 עבור טיטניום דו חמצני).
3. דיפול הרפיה קיטוב הוא הרבה יותר איטי.זמן ביצוע הוא מאות של שנייה.קיטוב הרפיה דיפול אופייני של גזים ונוזלים תלוי, בהתאמה, על צמיגות( צפיפות).ההשפעה של הטמפרטורה נעוצה: האפקט יוצר פסגה בערך מסוים.
4. קיטוב ספונטני הוא ציין ב ferroelectrics.