resistivitet

Resistivitet er en egenskap av et materiale som kjennetegner sin evne til å hindre passasje av elektrisk strøm.

Egenskaper for elektriske materialer

Hovedkarakteristikken innen elektroteknikk er den spesifikke elektriske ledningsevnen målt i cm / m. Den tjener som en koeffisient av proporsjonalitet mellom feltstyringsvektoren og dagens tetthet. Det er ofte betegnet av det greske bokstaven gamma y. Motstanden er anerkjent som gjensidig av elektrisk ledningsevne. Som et resultat blir formelen nevnt ovenfor: den nåværende tettheten er direkte proporsjonal med feltstyrken og omvendt proporsjonal med den spesifikke motstanden til mediet. Enheten blir Om m.

Konseptet som vurderes er relevant ikke bare for solid media. For eksempel utføres strømmen av væskeelektrolytter og ioniserte gasser. Derfor er det i hvert tilfelle tillatt å innføre begrepet resistivitet, fordi en elektrisk ladning passerer gjennom mediet. Det er vanskelig å finne verdiene i referansebokene, for eksempel for sveisebue av en enkel grunn - de er ikke tilstrekkelig involvert i slike oppgaver. Dette påstår ikke. Siden oppdagelsen av Davys glød av platinaplaten med elektrisk strøm, gikk et århundre før innføringen av glødende pærer til vanlig bruk - av en tilsvarende årsak ble betydningen og betydningen av funnet ikke umiddelbart gjenkjent.

Avhengig av resistivitetsverdien, er materialene delt:

1. For ledere - mindre enn 1/10000 Ohm m.
2. For dielektrikum - mer enn 100 millioner Ohm m.
3. Ifølge verdiene for spesifikk motstand er det mellom dielektrikum og ledere.

Disse verdiene karakteriserer utelukkende kroppens evne til å motstå passasje av elektrisk strøm og påvirker ikke andre aspekter( elastisitet, varmebestandighet).For eksempel er magnetiske materialer ledere, dielektriske og halvledere.

Hvordan ledningsevne dannes i et materiale

I moderne fysikk forklares motstand og ledningsevne vanligvis av soneteori. Den er anvendelig for faste krystallinske legemer hvis gitteratomer blir gjort stasjonære. I følge dette konseptet bestemmes energien til elektroner og andre typer ladetransportører av de etablerte reglene. Det er tre hovedsoner knyttet til materialet:

• Valenssonen inneholder elektroner assosiert med atomer. I denne regionen er elektronenergien gradert med trinn, og antall nivåer er begrenset. Ytre av lagene i atomet.
• Forbudt Sone. I dette området er ladetransportører ikke berettiget. Det tjener som grensen mellom de to andre sonene. Metaller er ofte fraværende.
• Frizonen ligger over de to foregående. Her deltar elektroner fritt i etableringen av elektrisk strøm og enhver energi. Ingen nivåer.

Dielektrics er preget av den høyeste plasseringen av frizonen. Med noen naturlige forhold som er tenkelige på jorden, utfører materialene ikke elektrisk strøm. Stor bredde og bandgap. Metaller har en masse fri elektroner. Og valensbåndet betraktes samtidig som ledningsområdet - det er ingen forbudte stater. Som et resultat har disse materialene lav resistivitet.

-motstand Ved grensesnittet til atomkontaktene dannes mellomliggende energinivåer, uvanlige effekter oppstår, brukt av halvlederfysikk. Heterogeniteter opprettes med vilje ved innføring av urenheter( akseptorer og donorer).Som et resultat dannes nye energitilstander, som manifesterer nye egenskaper i prosessen med elektrisk strømstrøm som det opprinnelige materialet ikke besitter.

Halvledere har en forbudt båndbredde. Under virkningen av ytre krefter er elektroner i stand til å forlate valensregionen.Årsaken er elektrisk spenning, varme, stråling, andre typer effekter. I dielektrikum og halvledere, når temperaturen senker, overføres elektroner til lavere nivåer, som et resultat er valensbåndet fylt, og ledningsbåndet forblir fritt. Strømmen strømmer ikke. I samsvar med kvantteori er klassen av halvledere karakterisert som materialer med et båndgap på mindre enn 3 eV.

Fermi Energy

Fermi-energi er et viktig sted i teorien for konduktivitet, forklaringer på fenomener som forekommer i halvledere. Subtiliteter legger til vage definisjoner av begrepet i litteraturen. Utenlandsk litteratur sier at Fermi-nivået er en viss verdi i eV, og Fermi-energien er forskjellen mellom den og den laveste i en krystall. Her er de valgte generelle og forståelige setningene:

1. Fermi-nivået er maksimumet av alt som er innebygd i en elektron i metaller ved en temperatur på 0 K. Derfor er Fermi-energien forskjellen mellom denne figuren og minimumsnivået ved absolutt null.
2. Fermi energinivået - sannsynligheten for å finne elektroner er 50% ved alle temperaturer unntatt absolutt null.

Fermi-energien bestemmes utelukkende for en temperatur på 0 K, mens nivået finnes under alle forhold. I termodynamikken beskriver konseptet det fulle kjemiske potensialet for alle elektroner. Fermi-nivået er definert som arbeidet som brukes på tilsetning av et objekt av en enkelt elektron. Parameteren bestemmer materialets konduktivitet, bidrar til å forstå halvleders fysikk.

Fermi-nivået eksisterer ikke nødvendigvis fysisk. Det er tilfeller der passasjen var midt i den forbudte sonen. Fysisk eksisterer ikke nivået, det er ingen elektroner der. Parameteren er imidlertid merkbar med et voltmeter: Den potensielle forskjellen mellom to punkter i kretsen( avlesninger på displayet) er proporsjonal med forskjellen mellom Fermi-nivåene av disse punktene og omvendt proporsjonal med elektronladningen. Enkel avhengighet. Det er tillatt å knytte disse parametrene med ledningsevne og resistivitet, ved hjelp av Ohms lov for kjedeseksjonen.

Materialer med lav spesifikk motstand

Ledere inkluderer de fleste metaller, grafitt og elektrolytter. Slike materialer har lav resistivitet. I metaller danner positivt ladede ioner krystallgittersteder omgitt av en sky av elektroner. De kalles vanligvis for inngang i ledningsbåndet.

Selv om det ikke er fullt forstått hva et elektron er, beskrives det som en partikkel som beveger seg inne i en krystall med en termisk hastighet på hundrevis av km / s. Dette er mye mer enn det som trengs for å starte et romfartøy i bane. Samtidig går drifthastigheten, som danner en elektrisk strøm under virkningen av en intensitetsvektor, knappt en centimeter per minutt. Feltet er fordelt i et miljø med lysets hastighet( 100 tusen km / s).

Som et resultat av disse relasjonene blir det mulig å uttrykke ledningsevnen i form av fysiske mengder( se figur):

• Electron charge, e.
• Fri carrier concentration, n.
• Elektronmasse, meg.
• Termisk hastighet av bærere,
• Elektron betyr fri vei, l.

Fermi-nivået for metaller ligger i området 3-15 eV, og konsentrasjonen av frie bærere er nesten uavhengig av temperatur. Derfor bestemmes den spesifikke ledningsevnen, og dermed motstanden, av strukturen av molekylærgitteret og dens nærhet til den ideelle frihetsfrihet. Parametrene bestemmer lengden på fribanen for elektroner, det er lett å finne i referansebøker, hvis det er nødvendig å lage beregninger( for eksempel for å bestemme den spesifikke motstanden).

Metaller med kubisk gitter har best ledningsevne. Kobber er også inkludert her. Overgangsmetaller kjennetegnes av mye høyere resistivitet. Ledningsevnen minker med økende temperatur og ved høye frekvenser av vekselstrøm. I sistnevnte tilfelle observeres en hudeffekt. Temperaturberegning lineær over en viss grense, oppkalt etter den nederlandske fysikeren Peter Debye.

Marked og ikke så rett linje avhengigheter. For eksempel øker temperaturbehandlingen av stål antall feil, noe som naturlig reduserer materialets konduktivitet. Et unntak fra regelen var annealing. Prosessen reduserer tettheten av defekter, på grunn av hvilke resistiviteten minker. Deformasjon har en lys effekt. For noen legeringer resulterer bearbeiding i en markert økning i resistiviteten.

Materialer med høy resistivitet

Noen ganger er det nødvendig å øke resistiviteten spesifikt. En lignende situasjon oppstår i tilfeller med oppvarmingsanordninger og elektroniske kretsmotstander. Deretter kommer legeringenes sving med høy spesifikk motstand( mer enn 0,3 μOm m).Når det brukes som en del av måleinstrumenter, presenteres kravet om et minimumspotensial ved grensesnittet med kobberkontakten.

Den mest berømte var nichrome. Ofte er varmeapparater konstruert av billig fehrle( sprøtt, men billig).Avhengig av formålet er kobber, mangan og andre metaller inkludert i legeringene. Det er en dyr glede. For eksempel koster en manganinresistor 30 cent på Aliexpress, hvor prisene er tradisjonelt lavere enn butikkpriser. Det er enda en legering av palladium med iridium. Prisen på materialet bør ikke tales høyt.

Trykte kretsmotstander er ofte laget av rene metaller i form av sputterfilmer. Krom, tantal, wolfram, legeringer er mye brukt, blant annet nichrome.

Stoffer som ikke utfører en elektrisk strøm

Dielektrics er preget av imponerende resistivitet. Dette er ikke en nøkkelfunksjon. Dielektriske materialer inkluderer materialer som er i stand til å omfordele ladningen under virkningen av et elektrisk felt. Som et resultat oppstår akkumulering, som brukes i kondensatorer. Graden av ladningsfordeling er preget av dielektrisk konstant. Parameteren viser hvor mange ganger kondensatorenes kapasitans øker, hvor i stedet for luft brukes et bestemt materiale. Individuelle dielektrikum er i stand til å utføre og avgive oscillasjoner under vekselstrømens virkemåte. Ferroelektrisitet er kjent på grunn av temperaturendringer.

Ved forandring av feltretningen oppstår tap. Akkurat som magnetisk spenning er delvis omdannet til varme når den blir utsatt for mildt stål. Det dielektriske tapet avhenger hovedsakelig av frekvensen. Om nødvendig brukes ikke-polare isolatorer som materialer, hvis molekyler er symmetriske, uten et uttalt elektrisk øyeblikk. Polarisering oppstår når ladningene er godt forbundet med krystallgitteret. Typer polarisering:

1. Elektronpolarisering skjer som følge av deformasjon av de ytre energikjellene av atomer. Reversibel. Karakteristisk for ikke-polare dielektrikum i enhver fase av et stoff. På grunn av den lave elektronvekten oppstår det nesten øyeblikkelig( enheter av fs).
2. Ionpolarisering utvider to størrelsesordener langsommere og er karakteristisk for stoffer med et ionisk krystallgitter. Følgelig brukes materialene ved frekvenser opptil 10 GHz og har en stor dielektrisk konstant( opptil 90 for titandioksid).
3. Dipole-avslappingspolarisasjon er mye langsommere. Gjennomføringstid er hundrevis av sekunder. Dipol-avslappingspolarisasjon er karakteristisk for gasser og væsker og avhenger henholdsvis av viskositet( tetthet).Effekten av temperatur spores: effekten danner en topp til en viss verdi.
4. Spontan polarisering observeres i ferroelektriske.