Resistivita je vlastnosťou materiálu, ktorý charakterizuje jeho schopnosť zabrániť prechodu elektrického prúdu.
Charakteristika elektrických materiálov
Hlavnou charakteristikou v elektrotechnike je špecifická elektrická vodivosť meraná v cm / m. Slúži ako koeficient proporcionality medzi vektorom intenzity poľa a prúdovou hustotou. To je často označované gréckym písmom gamma γ.Odpor je rozpoznaný ako vzájomná elektrická vodivosť.V dôsledku toho sa vyššie uvedený vzorec stáva: prúdová hustota je priamo úmerná intenzite poľa a nepriamo úmerná špecifickému odporu média. Jednotka sa stáva Om m.
Predmetná koncepcia je dôležitá nielen pre pevné médiá.Napríklad prúd sa uskutočňuje kvapalnými elektrolytmi a ionizovanými plynmi. Preto je v každom prípade prípustné zaviesť koncepciu odporu, pretože elektrický náboj prechádza médiom. Je ťažké nájsť hodnoty v referenčných knihách, napríklad zváracie oblúky z jednoduchého dôvodu - nie sú dostatočne zapojené do takýchto úloh. Toto nie je nárokované.Od objavu Davyho žiarenia platinovej platne elektrickým prúdom prešlo storočie pred zavedením žiariacich žiaroviek do bežného používania - z rovnakého dôvodu nebol okamžite rozpoznaný význam a význam tohto objavu.
Materiálová vlastnosť
V závislosti od hodnoty odporu sú materiály rozdelené:
- Pre vodiče - menej ako 1/10000 Ohm m
- Pre dielektrikum - viac ako 100 miliónov Ohm m
- Podľa hodnôt špecifického odporu existujú medzi dielektrikami a vodičmi.
Tieto hodnoty charakterizujú výlučne schopnosť tela odolávať prechodu elektrického prúdu a neovplyvňujú iné aspekty( pružnosť, tepelná odolnosť).Napríklad magnetické materiály sú vodiče, dielektriká a polovodiče.
Ako sa vodivosť vytvára v materiáli
V modernej fyzike sa odpor a vodivosť obvykle vysvetľujú teóriou zón. Je použiteľný pre pevné kryštalické telieska, ktorých atómy mriežky sú stacionárne. Podľa tohto konceptu je energia elektrónov a iných typov nosičov náboja určená zavedenými pravidlami. V materiáli sú tri hlavné zóny:
- Valenčná zóna obsahuje elektróny spojené s atómami. V tejto oblasti sa elektrónová energia stupňuje stupňom a počet úrovní je obmedzený.Vonkajší vrstiev atómu.
- Zakázaná zóna. V tejto oblasti nie sú nositelia poplatkov oprávnení.Slúži ako hranica medzi dvomi ďalšími zónami. Kovy často chýbajú.
- Voľná zóna sa nachádza nad predchádzajúcimi dvoma. Tu sa elektróny voľne podieľajú na vytváraní elektrického prúdu a akejkoľvek energie.Žiadne úrovne.
Dielektrika sa vyznačuje najvyšším umiestnením slobodnej zóny. Pri akýchkoľvek prírodných podmienkach, ktoré sa dajú predstaviť na Zemi, materiály nevedú k elektrickému prúdu. Veľká šírka a šírka pásma. Kovy majú množstvo voľných elektrónov. A valenčná kapela je súčasne považovaná za vedúcu oblasť - neexistujú žiadne zakázané stavy. V dôsledku toho majú tieto materiály nízku rezistivitu.
Výpočet beats. Rezistencia
Na rozhraní atómových kontaktov sa vytvárajú stredné úrovne energie, na ktorých sa vyskytujú nezvyčajné účinky, ktoré používa polovodičová fyzika. Heterogenity sa vytvárajú úmyselne zavedením nečistôt( akceptorov a darcov).V dôsledku toho sa vytvárajú nové energetické stavy, ktoré prejavujú nové vlastnosti v procese toku elektrického prúdu, ktorý pôvodný materiál nemal. Polovodiče
majú zakázanú šírku pásma. Pod pôsobením vonkajších síl môžu elektróny opustiť valenčnú oblasť.Príčinou je elektrické napätie, teplo, žiarenie, iné druhy účinkov. V dielektrikách a polovodičoch, keď teplota klesá, prechádzajú elektróny na nižšie úrovne, v dôsledku čoho sa vyplní valenčné pásmo a vodivý pás zostáva voľný.Elektrický prúd netečie. Podľa kvantovej teórie je trieda polovodičov charakterizovaná ako materiály s medzou pásma menšou ako 3 eV.
Fermi Energy
Energia Fermiho zaujíma dôležité miesto v teórii vodivosti, vysvetľuje fenomény vyskytujúce sa v polovodičoch. V jemnostiach sa v literatúre pridávajú vágne definície pojmu. Zahraničná literatúra hovorí, že úroveň Fermiho je určitou hodnotou v eV a energia Fermi je rozdiel medzi ním a najnižším v kryštáli. Dávame zvolený všeobecných a jednoduchých odporúčaní: úroveň
- Fermi - najvyššia zo všetkých vlastných elektróny v kovu pri teplote 0 K. Preto energie Fermi je rozdiel medzi týmto číslom a minimálnou úrovňou na absolútnu nulu.
- Úroveň energie Fermiho - pravdepodobnosť nájdenia elektrónov je 50% pri všetkých teplotách okrem absolútnej nuly.
Energia Fermiho je určená výlučne pre teplotu 0 K, zatiaľ čo hladina existuje za všetkých podmienok. V termodynamike koncept opisuje celý chemický potenciál všetkých elektrónov.Úroveň Fermiho je definovaná ako práca vynaložená na pridanie objektu jedným elektrónom. Parameter určuje vodivosť materiálu, pomáha pochopiť fyziku polovodičov.
Úroveň Fermi nemusí nevyhnutne existovať fyzicky. Existujú prípady, keď miesto prechodu bolo uprostred zakázanej zóny. Fyzicky, úroveň neexistuje, tam nie sú žiadne elektróny. Avšak parameter je zrejmý s voltmetrom: Potenciálny rozdiel medzi dvoma okruhmi bodmi( čítanie na displeji) je priamo úmerná rozdielu medzi úrovňami Fermiho týchto bodov a nepriamo úmerná náboja elektrónu. Jednoduchá závislosť.Je prípustné prepojiť tieto parametre s vodivosťou a rezistivitou pomocou Ohmovho zákona pre reťazovú sekciu.
Materiály s nízkym špecifickým odporom
Vodiče obsahujú väčšinu kovov, grafitu a elektrolytov. Takéto materiály majú nízku rezistivitu. V kovoch pozitívne nabité ióny tvoria krištáľové mriežky obklopené mrakom elektrónov. Obyčajne sa nazývajú spoločné pre vstup do vodivého pásma.
Aj keď nie je úplne pochopený, čo je elektrón, je zvyčajne opísaný ako častica pohybujúca sa vnútri kryštálu s tepelnou rýchlosťou stoviek km / s. Je to oveľa viac, než je potrebné na spustenie vesmírnej lode na obežnú dráhu. Zároveň rýchlosť driftu, ktorá vytvára elektrický prúd pod pôsobením vektora s intenzitou, sotva dosahuje centimeter za minútu. Pole je distribuované v prostredí s rýchlosťou svetla( 100 tisíc km / s).
výsledkom týchto vzťahov je možné vyjadriť vodivosti cez fyzikálnej veličiny( viď obr.):
- výpočtovej vzorec pre náboje elektrónu, e.
- Voľná koncentrácia nosiča, n.
- Elektrónová hmotnosť, ja.
- Tepelná rýchlosť nosičov,
- Elektrická stredná voľná dráha, l.
Úroveň Fermi pre kovy leží v rozmedzí 3-15 eV a koncentrácia voľných nosičov je takmer nezávislá na teplote. Preto špecifická vodivosť, a teda aj odpor, je určená štruktúrou molekulárnej mriežky a jej blízkosťou k ideálnemu, bez vady. Parametre určujú dĺžku voľnej dráhy elektrónov, je ľahko nájsť v referenčných knihách, ak je potrebné vykonať výpočty( napríklad na určenie špecifického odporu).
Kovy s kubickou mriežkou majú najlepšiu vodivosť.Zahrňuje tu aj meď.Prechodné kovy sa vyznačujú oveľa vyššou rezistivitou. Vodivosť klesá so zvyšujúcou sa teplotou a vysokými frekvenciami striedavého prúdu. V druhom prípade sa pozoruje účinok kože. Priemerná teplotná závislosť nad určitým limitom, pomenovaná po holandskom fyzikovi Peterovi Debyeovi.
Značené a nie tak priamkové závislosti. Napríklad tepelné spracovanie ocele zvyšuje počet defektov, čo prirodzene znižuje vodivosť materiálu. Výnimkou z pravidla bolo žíhanie. Tento proces znižuje hustotu defektov, vďaka čomu sa zmenšuje odpor. Deformácia má jasný efekt. Pre niektoré zliatiny má opracovanie za následok výrazné zvýšenie odporu.
Priestorová reprezentácia objektu
Materiály s vysokým rezistivitou
Niekedy je potrebné špecificky zvýšiť odpor. Podobná situácia nastáva v prípadoch s vykurovacími zariadeniami a elektronickými obvodovými odpormi. Potom prichádza zmien zliatin s vysokým špecifickým odporom( viac ako 0,3 μmm).Pri použití ako súčasť meracích prístrojov je uvedená požiadavka na minimálny potenciál na rozhraní s medeným kontaktom.
Najznámejší bol nichróm.Často sú vykurovacie zariadenia vyrobené z lacných fehrle( krehké, ale lacné).V závislosti od účelu sú v zliatinách zahrnuté aj medi, mangán a iné kovy. Je to drahé potešenie. Napríklad manganin rezistor stojí 30 centov na Aliexpress, kde ceny sú tradične nižšie ako ceny v obchode. Existuje dokonca i zliatina paládia s iridiom. Cena materiálu by sa nemala hovoriť nahlas.
Rezistory s tlačenými obvodmi sú často vyrobené z čistých kovov vo forme rozprašovacích fólií.Chróm, tantal, volfrám, zliatiny sú široko používané, okrem iného aj nichróm.
Látky, ktoré nerobia elektrický prúd
Dielektrikum sa vyznačuje pôsobivým odporom. Toto nie je kľúčová vlastnosť.Dielektrické materiály obsahujú materiály schopné redistribúcie náboja pod pôsobením elektrického poľa. Výsledkom je akumulácia, ktorá sa používa v kondenzátoroch. Stupeň prerozdelenia náboja je charakterizovaný dielektrickou konštantou. Parameter ukazuje, koľkokrát sa zvyšuje kapacita kondenzátora, kde sa namiesto vzduchu používa špecifický materiál. Jednotlivé dielektriká sú schopné viesť a vyžarovať oscilácie pod pôsobením striedavého prúdu. Ferroelectricity je známe v dôsledku zmien teploty.
V procese zmeny smeru poľa dôjde k strate. Rovnako ako magnetické napätie je čiastočne premenené na teplo pri vystavení mäkkej oceli. Dielektrická strata závisí hlavne od frekvencie. V prípade potreby sa nepolárne izolátory používajú ako materiály, ktorých molekuly sú symetrické bez výrazného elektrického momentu. Polarizácia nastane, keď sú náboje pevne spojené s kryštálovou mriežkou. Typy polarizácie:
- Polarizácia elektrónov nastáva v dôsledku deformácie vonkajších energetických nábojov atómov. Reverzibilné.Charakteristika nepolárnych dielektík v akejkoľvek fáze látky. Vzhľadom na nízku hmotnosť elektrónov sa vyskytuje takmer okamžite( jednotky fs).
- Polarizácia iónov sa rozširuje o dva rády pomalšie a je charakteristická pre látky s iónovou krištáľovou mriežkou. Preto sa materiály používajú pri frekvenciách do 10 GHz a majú veľkú dielektrickú konštantu( až do 90 pre oxid titaničitý).
- Dipol-relaxačná polarizácia je oveľa pomalšie. Doba vykonávania je stotiny sekundy. Dipol-relaxačná polarizácia je charakteristická pre plyny a kvapaliny a závisí od viskozity( hustoty).Účinok teploty je sledovaný: účinok tvorí vrchol pri určitej hodnote.
- Spontánna polarizácia sa pozoruje v feroelektrických zariadeniach.
