rezistivitate

Resistivitatea este o proprietate a unui material care caracterizează capacitatea sa de a împiedica trecerea curentului electric.

Caracteristicile materialelor electrice

Caracteristica principală în ingineria electrică este conductivitatea electrică măsurată în cm / m. Acesta servește ca un coeficient de proporționalitate între vectorul intensității câmpului și densitatea curentului. Este deseori indicată prin litera greacă gamma γ.Rezistivitatea este recunoscută ca reciprocitatea conductivității electrice. Ca rezultat, formula menționată mai sus devine: densitatea curentului este direct proporțională cu intensitatea câmpului și invers proporțională cu rezistența specifică a mediului. Unitatea de măsură devine Om m.

Conceptul în cauză este relevant nu numai pentru suporturile solide. De exemplu, curentul se realizează prin electroliți lichizi și gaze ionizate. Prin urmare, în fiecare caz, este permis să se introducă conceptul de rezistivitate, deoarece o sarcină electrică trece prin mediu. Este greu de găsit valorile din cărțile de referință, de exemplu, pentru arcul de sudură dintr-un motiv simplu - nu sunt suficient implicate în astfel de sarcini. Acest lucru nu este revendicat. De la descoperirea Davy cu filament placă de platină curent electric pentru introducerea în becuri cu incandescență utilizare secolul trecut - din motive similare, nu imediat seama de importanța, valoarea de deschidere.

bunurilor materiale în funcție de valorile de materiale de rezistivitate sunt împărțite în:. ..

1. conductori Y - mai puțin de 1/10000 m dielectricilor Ohm
2. Y - peste 100 de milioane ohm Semiconductori m
3. pentru valori ale rezistivității sunt între izolatori electrici și conductori.

Aceste valori caracterizează capacitatea foarte organismului de a rezista trecerii curentului electric și nu afectează alte aspecte( elasticitate, rezistență la căldură).De exemplu, materialele magnetice sunt conductoare, dielectrice și semiconductoare. Ca

format în

conductivitatea materialului în rezistență fizică modernă și conductivitatea este de obicei explicată prin teoria banda. Se aplică corpurilor cristaline solide ale căror atomi de zăbrele sunt făcuți staționari. Conform acestui concept, energia electronilor și a altor tipuri de încărcătoare de sarcină este determinată de regulile stabilite. Există trei zone principale inerente materialului:

• Zona de valență conține electroni asociați cu atomi.În această regiune, energia electronilor este clasificată prin pași, iar numărul de nivele este limitat. Stratul exterior al atomului.
• Zone interzise.În acest domeniu, transportatorii de taxe nu au dreptul. Acesta este limita dintre celelalte două zone. Metalele sunt adesea absente.
• Zona liberă este situată deasupra celor două.Aici electronii participă liber la crearea curentului electric și a oricărei energii. Nu există nivele.

Dielectricitatea se caracterizează prin localizarea cea mai înaltă a zonei libere. Cu orice condiții naturale imaginabile pe Pământ, materialele nu conduc curent electric. Mare lățime și bandgap. Metalele au o masă de electroni liberi.Și banda de valență este considerată simultan regiunea de conducere - nu există stări interzise. Ca urmare, aceste materiale au o rezistivitate scăzută.

atomi rezistență la granița contactelor formate nivelurile de energie intermediare, având efecte neobișnuite utilizate fizica semiconductorilor. Heterogenitățile sunt create intenționat prin introducerea de impurități( acceptori și donatori).Ca rezultat, se formează noi stări de energie, care manifestă noi proprietăți în procesul fluxului de curent electric pe care materialul inițial nu le-a avut.

În semiconductori, diferența de bandă este mică.Sub acțiunea forțelor externe, electronii sunt capabili să părăsească regiunea valenței. Cauza este tensiunea electrică, căldura, radiațiile, alte tipuri de efecte. La dielectrici si semiconductori ca temperatura scade electronii trece la niveluri mai mici, rezultând în banda de valență este umplut, iar banda de conducție rămâne liberă.Curentul electric nu curge. Conform teoriei cuantice, clasa semiconductorilor este caracterizată ca materiale cu un decalaj de bandă mai mic de 3 eV.

Fermi Energy

Energia Fermi ocupă un loc important în teoria conductivității, explicații ale fenomenelor care apar în semiconductori. Subtilitățile adaugă definiții vagi ale termenului în literatură.Literatura străină spune că nivelul Fermi este o anumită valoare în eV, iar energia Fermi este diferența dintre ea și cea mai mică din cristal. Aici sunt propozițiile generale selectate și ușor de înțeles:

1. Nivelul Fermi este maximul a ceea ce este inerent unui electron în metale la o temperatură de 0 K. Prin urmare, energia Fermi este diferența dintre această valoare și nivelul minim la zero absolută.
2. Nivelul de energie Fermi - probabilitatea de a găsi electroni este de 50% la toate temperaturile, cu excepția zero absolut.

Energia Fermi este determinată numai pentru o temperatură de 0 K, în timp ce nivelul există în toate condițiile.În termodinamică, conceptul descrie întregul potențial chimic al tuturor electronilor. Nivelul Fermi este definit ca munca existentă la adăugarea unui obiect de către un singur electron. Parametrul determină conductivitatea materialului, ajută la înțelegerea fizicii semiconductorilor.

Nivelul Fermi nu există neapărat fizic. Există cazuri în care locul de trecere a fost în mijlocul zonei interzise. Din punct de vedere fizic, nivelul nu există, nu există electroni acolo. Cu toate acestea, parametrul este vizibil cu un voltmetru: diferența de potențial dintre două puncte ale circuitului( citirile de pe afișaj) este proporțională cu diferența dintre nivelurile Fermi ale acestor puncte și invers proporțională cu sarcina de electroni. Simplă dependență.Este permisă conectarea acestor parametri cu conductivitatea și rezistivitatea, folosind legea lui Ohm pentru secțiunea lanțului.

Materiale cu rezistență specifică scăzută

Conductorii includ majoritatea metalelor, grafitului și electroliților. Aceste materiale au o rezistivitate scăzută.În metale, ionii încărcați pozitiv formează site-uri de cristal înconjurat de un nor de electroni. Acestea sunt de obicei numite comune pentru intrarea în banda de conducere.

Deși nu se înțelege pe deplin ce este un electron, acesta este obișnuit descris ca o particulă care se mișcă într-un cristal cu o viteză termică de sute de km / s. Acest lucru este mult mai mult decât este necesar pentru a lansa o navă spațială în orbită.În același timp, viteza de deviație, care formează un curent electric sub acțiunea unui vector de intensitate, atinge abia un centimetru pe minut. Câmpul este distribuit într-un mediu cu viteza luminii( 100 mii km / s).

Ca urmare a acestor relații, devine posibilă exprimarea conductivității în ceea ce privește cantitățile fizice( a se vedea figura):

• Încărcare electronică,
• Concentrația liberă a transportatorului, n.
• Masă electronică, eu.
• Viteza termică a purtătoarelor,
• Calea liberă electronică electronică, l.

Nivelul Fermi pentru metale se situează în intervalul 3-15 eV, iar concentrația purtătorilor liberi este aproape independentă de temperatură.Prin urmare, conductivitatea specifică și, prin urmare, rezistența este determinată de structura rețelei moleculare și de proximitatea ei față de ideală, lipsa de defecte. Parametrii determină lungimea căii libere a electronilor, este ușor de găsit în cărțile de referință, dacă este necesar să se facă calcule( de exemplu, pentru a determina rezistența specifică).

Metalele cu o latură cubică au cea mai bună conductivitate. Cuprul este de asemenea inclus aici. Mijloacele de tranziție se caracterizează printr-o rezistență mult mai ridicată.Conductivitatea scade odată cu creșterea temperaturii și la frecvențele înalte ale curentului alternativ.În acest din urmă caz, se observă un efect cutanat. Dependența de temperatură liniară peste o anumită limită, numită după fizicianul olandez Peter Debye.

Dependente marcate și nu atât de drepte. De exemplu, tratamentul termic al oțelului mărește numărul de defecte, ceea ce reduce în mod natural conductivitatea materialului. O excepție de la regulă era recoacerea. Procesul reduce densitatea defectelor, datorită cărora rezistivitatea scade. Deformarea are un efect luminos. Pentru unele aliaje, prelucrarea rezultă într-o creștere semnificativă a rezistivității.

Materiale cu rezistivitate ridicată

Uneori este necesară creșterea specifică a rezistivității. O situație similară se întâmplă în cazurile cu dispozitive de încălzire și rezistoare electronice de circuit. Apoi vine rândul de aliaje cu rezistență specifică mare( mai mult de 0,3 μOm m).Atunci când este utilizat ca parte a instrumentelor de măsurare, este prezentată cerința unui potențial minim la interfața cu contactul de cupru.

Cel mai faimos a fost nicromul. Adesea, dispozitivele de încălzire sunt construite din fehrle ieftine( fragile, dar ieftine).În funcție de scop, cuprul, manganul și alte metale sunt incluse în aliaje. Este o plăcere scumpă.De exemplu, un rezistor de manganin costă 30 de cenți pe Aliexpress, unde prețurile sunt în mod tradițional mai mici decât prețurile magazinelor. Există chiar și un aliaj de paladiu cu iridiu. Prețul materialului nu trebuie rostit cu voce tare.

Rezistențele circuitului imprimat sunt adesea realizate din metale pure sub formă de filme de pulverizare. Cromul, tantalul, tungstenul, aliajele sunt utilizate pe scară largă, printre altele, nichromul.

Substanțe care nu efectuează un curent electric

Dielectricitățile sunt caracterizate de rezistivitate impresionantă.Aceasta nu este o caracteristică cheie. Materialele dielectrice includ materiale capabile să redistribuie sarcina sub acțiunea unui câmp electric. Ca rezultat, se produce acumularea, care este utilizată în condensatori. Gradul de redistribuire a sarcinii este caracterizat de o constantă dielectrică.Parametrul arată de câte ori crește capacitatea condensatorului, unde în loc de aer se folosește un material specific. Dielectricii individuali pot conduce și emite oscilații sub acțiunea curentului alternativ. Feroelectricitatea este cunoscută datorită schimbărilor de temperatură.

În procesul de schimbare a direcției câmpului se înregistrează pierderi. Așa cum tensiunea magnetică este parțial transformată în căldură atunci când este expusă la oțel moale. Pierderea dielectrică depinde în principal de frecvență.Dacă este necesar, izolatoarele nepolare sunt folosite ca materiale ale căror molecule sunt simetrice, fără un moment electric pronunțat. Polarizarea are loc atunci când încărcăturile sunt conectate ferm la rețeaua de cristal. Tipuri de polarizare:

1. Polarizarea electronică apare ca urmare a deformării cochiliilor de energie exterioară a atomilor. Reversibil. Caracteristică a dielectricilor nepolare în orice fază a unei substanțe. Datorită greutății reduse a electronilor, apare aproape instantaneu( unități de fs).
2. Polarizarea ionilor se extinde cu două ordine de mărime mai lentă și este caracteristică substanțelor cu o latură de cristal ionic.În consecință, materialele sunt aplicate la frecvențe de până la 10 GHz și au o constantă dielectrică mare( până la 90 pentru dioxidul de titan).
3. Polarizarea dipol-relaxare este mult mai lentă.Timpul de execuție este sute de secunde. Polarizarea dipol-relaxare este caracteristică gazelor și lichidelor și depinde, respectiv, de viscozitate( densitate).Efectul temperaturii este urmărit: efectul formează un vârf la o anumită valoare.
4. Polarizarea spontană este observată în feroelectrice.