Atsparumas

Atsparumas yra medžiagos savybė, kuri apibūdina jos gebėjimą užkirsti kelią elektros srovės praėjimui.

Elektrinių medžiagų charakteristikos

Pagrindinė elektrotechnikos charakteristika yra savitasis elektrinis laidumas, išmatuotas cm / m. Jis naudojamas kaip proporcingumo koeficientas tarp lauko stiprumo vektoriaus ir srovės tankio. Tai dažnai žymima graikų raidėmis gamma γ.Atsparumas yra atpažįstamas kaip elektrinio laidumo abipusis. Dėl to minėta formulė tampa: srovės tankis yra tiesiogiai proporcingas lauko stiprumui ir atvirkščiai proporcingas terpės specifiniam atsparumui.Įrenginys tampa „Om m.

“. Nagrinėjama koncepcija yra svarbi ne tik kietosioms terpėms. Pavyzdžiui, srovė vykdoma skystais elektrolitais ir jonizuotomis dujomis. Todėl kiekvienu atveju leidžiama įvesti atsparumo sąvoką, nes per terpę eina elektros krūvis. Pavyzdžiui, sunku rasti atskaitos knygų vertes, pvz., Suvirinimo lankui paprasta priežastis - jos nėra pakankamai įtrauktos į tokias užduotis. Tai nėra teigiama. Nuo to laiko, kai buvo aptiktas Davy švytėjimas iš platinos plokštelės elektros srovėje, praėjo šimtmetis, prieš įvedant švytinčias lemputes į bendrą naudojimą - dėl panašios priežasties atradimo svarba ir reikšmė nebuvo nedelsiant pripažinta.

Priklausomai nuo varžos vertės, medžiagos skirstomos:

1. laidininkams - mažiau nei 1/10000 Ohm.
2. Dielektrikams - daugiau nei 100 milijonų omų m.

Šios vertės apibūdina tik kūno sugebėjimą atsispirti elektros srovės praėjimui ir neturi įtakos kitiems aspektams( elastingumui, atsparumui karščiui).Pavyzdžiui, magnetinės medžiagos yra laidininkai, dielektrikai ir puslaidininkiai.

Kaip laidumas yra formuojamas medžiagoje

Šiuolaikinėje fizikoje atsparumas ir laidumas paprastai paaiškinami zonų teorija. Jis taikomas kietiems kristaliniams kūnams, kurių grotelių atomai yra pastovūs. Pagal šią koncepciją elektronų ir kitų įkrovimo tipų energiją nustato nustatytos taisyklės. Medžiagai būdingos trys pagrindinės zonos:

• Valentinės zonos sudėtyje yra elektronų, susijusių su atomais.Šiame regione elektronų energija skirstoma pagal pakopas, o lygių skaičius yra ribotas. Atomo sluoksnių išorė.
• uždrausta zona.Šioje srityje mokestis vežėjams neturi teisės. Jis tarnauja kaip dviejų kitų zonų ribos. Metalai dažnai nėra.
• Laisva zona yra virš pirmųjų dviejų.Čia elektronai laisvai dalyvauja kuriant elektros srovę ir bet kokią energiją.Nėra lygių.

dielektrikai būdinga aukščiausia laisvosios zonos vieta. Su bet kokiomis gamtos sąlygomis, kurias galima įsivaizduoti Žemėje, medžiagos nevykdo elektros srovės. Didelis plotis ir juosta. Metalai turi laisvų elektronų masę.O valentų grupė yra laikoma laidumo regionu - nėra draudžiamų valstybių.Dėl to šios medžiagos yra mažai atsparios.

varžos Atominių kontaktų sąsajoje susidaro tarpiniai energijos lygiai, atsiranda neįprastas poveikis, naudojamas puslaidininkių fizikoje. Heterogeniškumas sukuriamas sąmoningai įvedant priemaišas( akceptorius ir donorus).Dėl to susidaro naujos energijos būsenos, kurios išryškina naujas elektrinės srovės srauto savybes, kurių pradinė medžiaga neturėjo.

Puslaidininkiai turi draudžiamą juostos plotį.Išorinių jėgų veikimo metu elektronai gali išeiti iš valentinės srities. Priežastis yra elektros įtampa, šiluma, spinduliuotė, kitų tipų poveikis. Dielektrikuose ir puslaidininkiuose, kai temperatūra mažėja, elektronai pereina į žemesnius lygius, todėl valentinė juosta yra užpildyta ir laidumo juosta lieka laisva. Elektros srovė neperkrauna. Pagal kvantinę teoriją puslaidininkių klasė apibūdinama kaip medžiagos, kurių juostos tarpas yra mažesnis nei 3 eV.

Fermi Energy

Fermi energija užima svarbią vietą laidumo teorijoje, puslaidininkių reiškinių paaiškinimuose. Subtilybės literatūroje prideda neaiškių sąvokos apibrėžimų.Užsienio literatūroje teigiama, kad Fermio lygis yra tam tikra reikšmė eV, o Fermio energija yra skirtumas tarp jos ir mažiausio kristalo.Čia yra pasirinkti bendrieji ir suprantami sakiniai:

1. Fermio lygis yra didžiausias iš visų, kuris yra būdingas metalų elektronui esant 0 K temperatūrai.
2. Fermi energijos lygis - elektronų radimo tikimybė visose temperatūrose yra 50%, išskyrus absoliučią nulį.

Fermi energija nustatoma tik 0 K temperatūrai, o lygis egzistuoja visomis sąlygomis. Termodinamikoje koncepcija apibūdina visą elektronų cheminį potencialą.„Fermi“ lygis apibrėžiamas kaip darbas, skirtas objektui pridėti prie vieno elektrono. Parametras lemia medžiagos laidumą, padeda suprasti puslaidininkių fiziką.

Fermi lygis nebūtinai egzistuoja fiziškai. Yra atvejų, kai išėjimo vieta buvo uždraustos zonos viduryje. Fiziškai lygis neegzistuoja, ten nėra elektronų.Tačiau parametras pastebimas voltmetru: potencialus skirtumas tarp dviejų grandinės taškų( rodmenys ekrane) yra proporcingas skirtumui tarp šių taškų Fermi lygių ir atvirkščiai proporcingas elektronų krūviui. Paprasta priklausomybė.Šiuos parametrus leidžiama susieti su laidumu ir atsparumu, naudojant „Ohm“ įstatymą grandinės sekcijai.

Medžiagos su mažu specifiniu atsparumu

Laidai apima daugumą metalų, grafito ir elektrolitų.Tokios medžiagos turi mažą atsparumą.Metaluose teigiamo krūvio jonai sudaro kristalų grotelių vietas, apsuptas elektronų debesies. Paprastai jie vadinami bendrais, norint patekti į laidumo juostą.

Nors nėra visiškai suprantama, kas yra elektronas, tai paprastai apibūdinama kaip dalelė, judanti kristalo viduje, kurio šiluminis greitis yra šimtai km / s. Tai yra daug daugiau, nei reikia norint paleisti erdvėlaivį orbitoje. Tuo pat metu dreifo greitis, kuris sudaro elektros srovę intensyvumo vektoriaus veikimo metu, vos pasiekia centimetrą per minutę.Laukas pasiskirsto aplinkoje, kurioje yra šviesos greitis( 100 tūkst. Km / s).

Dėl šių ryšių tampa įmanoma išreikšti laidumą pagal fizinius kiekius( žr. Paveikslą):

• elektronų įkrovos apskaičiavimo formulė, pvz.
• Laisvas nešiklio koncentracija, n.
• elektronų masė, man.
• Vežėjų šiluminis greitis,
• Electron reiškia laisvą kelią, l.

Metalų Fermi lygis yra 3–15 eV, o laisvųjų nešiklių koncentracija beveik nepriklauso nuo temperatūros. Todėl specifinį laidumą, taigi ir pasipriešinimą, lemia molekulinės grotelės struktūra ir jos artumas idealui, laisvė nuo defektų.Parametrai lemia laisvų elektronų kelio ilgį, lengva rasti informacinėse knygose, jei būtina atlikti skaičiavimus( pvz., Norint nustatyti specifinį atsparumą).

Metalai su kubiniais tinkleliais turi geriausią laidumą.Čia taip pat yra varis. Pereinamieji metalai pasižymi daug didesniu atsparumu. Laidumas ir didėjantis kintamosios srovės dažnis mažėja. Pastaruoju atveju stebimas odos poveikis. Temperatūros priklausomybė linijinė virš tam tikros ribos, pavadinta olandų fiziko Peterio Debye vardu.

Pažymėta ir ne tokia tiesi priklausomybė.Pavyzdžiui, plieno temperatūros apdorojimas padidina defektų skaičių, kuris natūraliai sumažina medžiagos laidumą.Išimtis iš taisyklės buvo anuliavimas. Procesas sumažina defektų tankį, dėl kurio sumažėja atsparumas. Deformacija turi ryškų efektą.Kai kuriems lydiniams, apdirbimas leidžia žymiai padidinti atsparumą.

Medžiagos, turinčios didelį atsparumą

Kartais reikia specialiai padidinti atsparumą.Panaši situacija atsiranda tais atvejais, kai yra šildymo įrenginiai ir elektroniniai grandinių varžai. Tada atsiranda lydinių, turinčių didelį atsparumą( daugiau kaip 0,3 µOm m), posūkis. Kai naudojamas kaip matavimo priemonių dalis, pateikiamas reikalavimas dėl minimalaus potencialo sąsajoje su vario kontaktu.

Garsiausias buvo nichrome. Dažnai šildymo įrenginiai yra pagaminti iš pigios baldos( trapūs, bet pigūs).Priklausomai nuo tikslo, lydiniuose yra vario, mangano ir kitų metalų.Tai brangus malonumas. Pavyzdžiui, manganino rezistorius „Aliexpress“ kainuoja 30 centų, kur kainos tradiciškai yra mažesnės nei parduotuvių kainos. Yra net paladžio lydinys su iridiu. Medžiagos kaina neturėtų būti išreikšta garsiai.

Spausdintinių grandinių varžai dažnai yra pagaminti iš grynų metalų purškimo plėvelių pavidalu. Chromas, tantalas, volframas, lydiniai yra plačiai naudojami, be kita ko, nichrome.

medžiagos, kurios nevykdo elektros srovės,

dielektrikai pasižymi įspūdingu atsparumu. Tai nėra pagrindinė funkcija. Dielektrinės medžiagos apima medžiagas, galinčias perskirstyti įkrovą veikiant elektriniam laukui. Dėl to atsiranda kaupimasis, kuris naudojamas kondensatoriuose.Įkrovimo perskirstymo laipsnį apibūdina dielektrinė konstanta. Parametras rodo, kiek kartų padidėja kondensatoriaus talpa, kur vietoj oro naudojama konkreti medžiaga. Individualūs dielektrikai gali atlikti ir skleisti svyravimus kintamosios srovės veikimu. Feroselektrumas yra žinomas dėl temperatūros pokyčių.

Keičiant lauko kryptį, atsiranda nuostoliai. Kaip ir magnetinė įtampa iš dalies paverčiama šiluma, kai susiduria su švelniu plienu. Dielektriniai nuostoliai daugiausia priklauso nuo dažnio. Jei reikia, kaip polimero izoliatoriai naudojami kaip medžiagos, kurių molekulės yra simetriškos, be ryškaus elektros momento. Poliarizacija įvyksta, kai įkrovimai yra tvirtai prijungti prie kristalinio grotelių.Poliarizacijos tipai:

1. Elektronų poliarizacija atsiranda dėl atomų išorinių energijos korpusų deformacijos. Grįžtamasis. Ne polinių dielektrikų charakteristika bet kurioje cheminės medžiagos fazėje. Dėl mažo elektronų svorio jis atsiranda beveik akimirksniu( fs vienetai).
2. jonų poliarizacija pailgėja dviem laipsniais ir yra būdinga medžiagoms, turinčioms jonų kristalų tinklelį.Atitinkamai, medžiagos naudojamos dažniuose iki 10 GHz ir turi didelę dielektrinę konstantą( iki 90 titano dioksido).
3. Dipolio atsipalaidavimo poliarizacija yra daug lėtesnė.Vykdymo laikas yra šimtoji sekundės dalis. Dipolio relaksacijos poliarizacija būdinga dujoms ir skysčiams ir atitinkamai priklauso nuo klampumo( tankio).Nustatomas temperatūros poveikis: efektas sudaro tam tikrą vertę.
4. Spontaninė poliarizacija pastebima feroelektrose.