Resistividade

A resistividade é uma propriedade de um material que caracteriza sua capacidade de impedir a passagem de corrente elétrica.

Características dos materiais elétricos

A principal característica da engenharia elétrica é a condutividade elétrica específica, medida em cm / m. Ele serve como um coeficiente de proporcionalidade entre o vetor de força de campo e a densidade de corrente.É frequentemente denotado pela letra grega gama γ.A resistividade é reconhecida como o recíproco da condutividade elétrica. Como resultado, a fórmula mencionada acima torna-se: a densidade de corrente é diretamente proporcional à força de campo e inversamente proporcional à resistência específica do meio. A unidade torna-se Om.

O conceito em consideração é relevante não apenas para mídia sólida. Por exemplo, a corrente é realizada por eletrólitos líquidos e gases ionizados. Portanto, em cada caso, é permitido introduzir o conceito de resistividade, porque uma carga elétrica passa pelo meio.É difícil encontrar os valores nos livros de referência, por exemplo, para o arco de soldagem por um motivo simples - eles não estão suficientemente envolvidos em tais tarefas. Isso não é reivindicado. Desde a descoberta do brilho de Davy da placa de platina pela corrente elétrica, um século se passou antes da introdução de lâmpadas incandescentes em uso comum - por uma razão semelhante, a importância e o significado da descoberta não foram imediatamente reconhecidos.

Dependendo do valor de resistividade, os materiais são divididos:

1. Para condutores - menos de 1/10000 Ohm m
2. Para dielétricos - mais de 100 milhões Ohm m
3. De acordo com os valores de resistência específica, existem entre dielétricos e condutores.

Estes valores caracterizam exclusivamente a capacidade do corpo de resistir à passagem de corrente elétrica e não afetam outros aspectos( elasticidade, resistência ao calor).Por exemplo, materiais magnéticos são condutores, dielétricos e semicondutores.

Como a condutividade é formada em um material

Na física moderna, a resistência e a condutividade são geralmente explicadas pela teoria da zona.É aplicável a corpos cristalinos sólidos cujos átomos de rede são feitos estacionários. De acordo com esse conceito, a energia de elétrons e outros tipos de portadores de carga é determinada pelas regras estabelecidas. Existem três zonas principais inerentes ao material:

• A zona de valência contém elétrons associados a átomos. Nesta região, a energia do elétron é classificada por etapas e o número de níveis é limitado. O exterior das camadas do átomo. Zona Proibida
• .Nesta área, as transportadoras de carga não têm direito. Ele serve como limite entre as outras duas zonas. Metais são frequentemente ausentes.
• A zona livre está localizada acima das duas anteriores. Aqui, os elétrons participam livremente da criação de corrente elétrica e de qualquer energia. Sem níveis.

Os dielétricos são caracterizados pela localização mais alta da zona livre. Com quaisquer condições naturais imagináveis ​​na Terra, os materiais não conduzem corrente elétrica. Grande largura e bandgap. Os metais têm uma massa de elétrons livres. E a banda de valência é simultaneamente considerada a região de condução - não há estados proibidos. Como resultado, esses materiais têm baixa resistividade.

Na interface dos contatos atômicos, formam-se níveis intermediários de energia, ocorrem efeitos incomuns, usados ​​pela física de semicondutores. Heterogeneidades são criadas intencionalmente pela introdução de impurezas( aceptores e doadores).Como resultado, novos estados de energia são formados, os quais manifestam novas propriedades no processo de fluxo de corrente elétrica que o material inicial não possuía. Os semicondutores

têm uma largura de banda proibida. Sob a ação de forças externas, os elétrons podem sair da região de valência. A causa é tensão elétrica, calor, radiação, outros tipos de efeitos. Em dielétricos e semicondutores, à medida que a temperatura diminui, os elétrons passam a níveis mais baixos, como resultado, a banda de valência é preenchida e a banda de condução permanece livre. Corrente elétrica não flui. De acordo com a teoria quântica, a classe de semicondutores é caracterizada como materiais com um intervalo de bandas inferior a 3 eV.

Fermi Energy

A energia Fermi ocupa um lugar importante na teoria da condutividade, explicações de fenômenos ocorridos em semicondutores. Sutilezas adicionam definições vagas do termo na literatura. A literatura estrangeira diz que o nível de Fermi é um certo valor em eV, e a energia de Fermi é a diferença entre ele e a mais baixa em um cristal. Aqui estão as frases gerais e compreensíveis selecionadas:

1. O nível de Fermi é o máximo de tudo o que é inerente a um elétron em metais a uma temperatura de 0 K. Portanto, a energia de Fermi é a diferença entre este valor e o nível mínimo em zero absoluto.
2. O nível de energia de Fermi - a probabilidade de encontrar elétrons é de 50% em todas as temperaturas, exceto no zero absoluto.

A energia de Fermi é determinada somente para uma temperatura de 0 K, enquanto o nível existe sob todas as condições. Na termodinâmica, o conceito descreve o potencial químico total de todos os elétrons. O nível de Fermi é definido como o trabalho gasto na adição de um objeto por um único elétron. O parâmetro determina a condutividade do material, ajuda a entender a física dos semicondutores.

O nível de Fermi não existe necessariamente fisicamente. Há casos em que o local de passagem estava no meio da zona proibida. Fisicamente, o nível não existe, não há elétrons lá.No entanto, o parâmetro é perceptível com um voltímetro: a diferença de potencial entre dois pontos do circuito( leituras no display) é proporcional à diferença entre os níveis de Fermi desses pontos e inversamente proporcional à carga de elétrons. Vício simples.É permitido ligar esses parâmetros com condutividade e resistividade, usando a lei de Ohm para a seção da corrente.

Materiais com baixa resistência específica

Os condutores incluem a maioria dos metais, grafite e eletrólitos. Tais materiais têm baixa resistividade. Nos metais, íons carregados positivamente formam locais de rede cristalina cercados por uma nuvem de elétrons. Eles geralmente são chamados de comuns para entrar na banda de condução.

Embora não seja totalmente compreendido o que é um elétron, ele é normalmente descrito como uma partícula se movendo dentro de um cristal com uma velocidade térmica de centenas de km / s. Isso é muito mais do que o necessário para lançar uma nave espacial em órbita. Ao mesmo tempo, a velocidade de deriva, que forma uma corrente elétrica sob a ação de um vetor de intensidade, mal chega a um centímetro por minuto. O campo é distribuído em um ambiente com a velocidade da luz( 100 mil km / s).

Como resultado dessas relações, torna-se possível expressar a condutividade em termos de quantidades físicas( ver figura):

• Eletron charge, e.
• Concentração de portadores livres, n.
• Massa eletrônica, eu.
• Velocidades térmicas de portadores,
• Electron significa caminho livre, l.

O nível de Fermi para metais situa-se na faixa de 3 a 15 eV, e a concentração de portadores livres é quase independente da temperatura. Portanto, a condutividade específica e, portanto, a resistência, é determinada pela estrutura da rede molecular e sua proximidade com o ideal, livre de defeitos. Os parâmetros determinam o comprimento do caminho livre de elétrons, é fácil encontrar em livros de referência, se é necessário fazer cálculos( por exemplo, para determinar a resistência específica).

Metais com treliça cúbica têm a melhor condutividade. O cobre também está incluído aqui. Os metais de transição são caracterizados por uma resistividade muito maior. A condutividade diminui com o aumento da temperatura e em altas freqüências de corrente alternada. Neste último caso, um efeito de pele é observado. Dependência de temperatura linear acima de um certo limite, em homenagem ao físico holandês Peter Debye.

Dependências marcadas e não tão lineares. Por exemplo, o tratamento térmico do aço aumenta o número de defeitos, o que naturalmente reduz a condutividade do material. Uma exceção à regra foi recozimento. O processo reduz a densidade de defeitos, devido a que a resistividade diminui. Deformação tem um efeito brilhante. Para algumas ligas, a usinagem resulta em um aumento acentuado na resistividade.

Materiais com alta resistividade

Às vezes é necessário aumentar especificamente a resistividade. Uma situação semelhante ocorre em casos com dispositivos de aquecimento e resistores de circuito eletrônico. Em seguida, vem a vez das ligas com alta resistência específica( mais de 0,3 µOm m).Quando usado como parte de instrumentos de medição, é apresentada a exigência de um potencial mínimo na interface com o contato de cobre.

O mais famoso foi o nicromo. Muitas vezes, os dispositivos de aquecimento são construídos de fehrle barato( frágil, mas barato).Dependendo do objetivo, cobre, manganês e outros metais são incluídos nas ligas.É um prazer caro. Por exemplo, um resistor de manganina custa 30 centavos no Aliexpress, onde os preços são tradicionalmente mais baixos do que os preços das lojas. Existe até uma liga de paládio com irídio. O preço do material não deve ser falado em voz alta.

Os resistores de circuito impresso são freqüentemente feitos de metais puros na forma de filmes de pulverização. Cromo, tântalo, tungstênio, ligas são amplamente utilizados, entre outros, nicrómio.

Substâncias que não conduzem uma corrente elétrica Os Dielétricos

são caracterizados pela impressionante resistividade. Este não é um recurso chave. Materiais dielétricos incluem materiais capazes de redistribuir a carga sob a ação de um campo elétrico. Como resultado, ocorre acúmulo, que é usado em capacitores. O grau de redistribuição de carga é caracterizado pela constante dielétrica. O parâmetro mostra quantas vezes a capacitância do capacitor aumenta, onde, em vez de ar, um material específico é usado. Dielétricos individuais são capazes de conduzir e emitir oscilações sob a ação de corrente alternada. A ferroeletricidade é conhecida devido a mudanças de temperatura.

No processo de alteração da direção do campo ocorrem perdas. Assim como a tensão magnética é parcialmente convertida em calor quando exposta ao aço macio. A perda dielétrica depende principalmente da freqüência. Se necessário, isoladores não-polares são usados ​​como materiais, cujas moléculas são simétricas, sem um momento elétrico pronunciado. A polarização ocorre quando as cargas estão firmemente conectadas à rede cristalina. Tipos de polarização:

1. A polarização de elétrons ocorre como resultado da deformação das camadas externas de energia dos átomos. Reversível. Característica de dielétricos não polares em qualquer fase de uma substância. Devido ao baixo peso de elétrons, ocorre quase instantaneamente( unidades de fs).
2. A polarização de íons se estende duas ordens de magnitude mais lenta e é característica de substâncias com uma rede de cristal iônico. Por conseguinte, os materiais são aplicados em frequências até 10 GHz e têm uma grande constante dieléctrica( até 90 para o dióxido de titânio).
3. A polarização dipolar-relaxamento é muito mais lenta. O tempo de execução é de centésimos de segundo. A polarização dipolar-relaxamento é característica de gases e líquidos e depende, respectivamente, da viscosidade( densidade).O efeito da temperatura é traçado: o efeito forma um pico em um determinado valor.
4. A polarização espontânea é observada em ferroelétricos.