Odpornost

Upornost je lastnost materiala, ki označuje njegovo sposobnost preprečevanja prehoda električnega toka.

Značilnosti električnih materialov

Glavna značilnost elektrotehnike je specifična električna prevodnost, merjena v cm / m. Uporablja se kot koeficient sorazmernosti med vektorjem poljske jakosti in gostoto toka. Pogosto je označena z grško črko gama γ.Upornost je priznana kot vzajemna električna prevodnost. Zato zgoraj omenjena formula postane: gostota toka je neposredno sorazmerna jakosti polja in obratno sorazmerna s specifično upornostjo medija. Enota postane Om m.

Obravnavani koncept ni pomemben le za trdne medije. Na primer, tok se izvaja s tekočinsko-elektrolitskimi in ioniziranimi plini. Zato je v vsakem primeru dovoljeno uvesti koncept odpornosti, ker električni naboj prehaja skozi medij. Vrednosti v referenčnih knjigah je težko najti, na primer, za varilni oblok iz preprostega razloga - niso dovolj vključene v takšne naloge. To se ne zahteva. Od odkritja Davyjevega sijaja platinske plošče z električnim tokom, je stoletje minilo pred uvedbo žarečih žarnic v skupno rabo - iz podobnega razloga se pomen in pomen odkritja ni takoj prepoznal.

Glede na vrednost upora so materiali razdeljeni:

1. Za vodnike - manj kot 1/10000 Ohm
2. Za dielektrike - več kot 100 milijonov Ohm
3. Glede na vrednosti specifične upornosti so med dielektriki in prevodniki.

Te vrednosti označujejo izključno sposobnost telesa, da se upre prehodu električnega toka in ne vpliva na druge vidike( elastičnost, toplotna odpornost).Magnetni materiali so na primer prevodniki, dielektriki in polprevodniki.

Kako nastane prevodnost v materialu

V sodobni fiziki se upornost in prevodnost navadno razlagata s teorijo con. Uporablja se za trdne kristalinične organe, katerih atomi rešetke so nepremični. V skladu s tem konceptom se energija elektronov in drugih vrst nosilcev naboja določi z uveljavljenimi pravili. V materialu so tri glavne cone:

• Valenčno območje vsebuje elektrone, povezane z atomi. V tej regiji se energija elektronov razvrsti po stopnjah, število nivojev pa je omejeno. Zunanjost plasti atoma. Prepovedano območje
• .Na tem področju prevozniki dajatev niso upravičeni. Uporablja se kot meja med dvema drugim območjem. Kovine so pogosto odsotne.
• Prosta cona se nahaja nad prejšnjima dvema. Pri tem elektroni prosto sodelujejo pri ustvarjanju električnega toka in vse energije. Brez ravni.

Dielektriki so označeni z najvišjo lego proste cone. Z vsemi naravnimi pogoji, ki si jih lahko predstavljamo na Zemlji, materiali ne vodijo električnega toka. Velika širina in prepustnost. Kovine imajo maso prostih elektronov. In valentni pas se hkrati šteje za območje prevajanja - ni prepovedanih stanj. Posledično imajo ti materiali nizko upornost.

Na vmesniku atomskih stikov se oblikujejo vmesni energetski nivoji, pojavijo se nenavadni učinki, ki jih uporablja fizika polprevodnikov. Heterogenosti nastajajo namerno z vnosom nečistoč( akceptorji in darovalci).Tako nastajajo nova energetska stanja, ki v procesu toka električnega toka manifestirajo nove lastnosti, ki jih prvotni material ni imel.

Polprevodniki imajo prepovedano pasovno širino. Pod delovanjem zunanjih sil lahko elektroni zapustijo valentno regijo. Vzrok je električna napetost, toplota, sevanje, druge vrste učinkov. V dielektricah in polprevodnikih, ko se temperatura zniža, elektroni preidejo na nižje nivoje, zato se valenčni pas napolni in prevodni pas ostane prost. Električni tok ne teče. V skladu s kvantno teorijo je razred polprevodnikov označen kot material z razponom pasu manj kot 3 eV.

Fermi energija

Fermijeva energija zavzema pomembno mesto v teoriji prevodnosti, razlagi pojavov v polprevodnikih. Subtilnosti dodajajo nejasne opredelitve pojma v literaturi. Tuja literatura pravi, da je Fermijeva raven določena vrednost v eV, Fermijeva energija pa je razlika med njo in najnižjo v kristalu. Tu so izbrani splošni in razumljivi stavki.

Fermijeva energijska raven - verjetnost iskanja elektrona je 50% pri vseh temperaturah razen absolutne ničle.

Fermijeva energija je določena samo za temperaturo 0 K, medtem ko raven obstaja pri vseh pogojih. V termodinamiki koncept opisuje polni kemični potencial vseh elektronov. Fermijev nivo je definiran kot delo, ki se porabi za dodajanje predmeta z enim elektronom. Parameter določa prevodnost materiala, pomaga razumeti fiziko polprevodnikov.

Fermijev nivo ne obstaja nujno fizično. Obstajajo primeri, ko je bil kraj prehoda na sredini prepovedane cone. Fizično raven ne obstaja, tam ni elektronov. Vendar je parameter opazen z voltmetrom: razlika potenciala med dvema točkama tokokroga( odčitki na prikazovalniku) je sorazmerna z razliko med Fermijevimi nivoji teh točk in obratno sorazmerna z nabojem elektrona. Enostavna odvisnost. Dovoljeno je povezati te parametre s prevodnostjo in upornostjo, pri čemer se uporablja Ohmov zakon za verigo.

Materiali z nizko specifično odpornostjo

Vodniki vključujejo večino kovin, grafit in elektrolite. Taki materiali imajo nizko upornost. Pri kovinah pozitivno nabiti ioni tvorijo mesta kristalne mreže, obdana z oblakom elektronov. Navadno jih imenujemo skupni za vstop v prevodni pas.

Čeprav ni povsem razumljivo, kaj je elektron, ga običajno opisujemo kot delce, ki se gibljejo v kristalu s toplotno hitrostjo več sto kilometrov / s. To je veliko več, kot je potrebno za izstrelitev vesoljskega plovila v orbito. Hkrati hitrost odnašanja, ki tvori električni tok pod vplivom vektorja intenzivnosti, komajda doseže centimeter na minuto. Polje je porazdeljeno v okolju s hitrostjo svetlobe( 100 tisoč km / s).

Zaradi teh razmerij je mogoče izraziti prevodnost v smislu fizikalnih veličin( glej sliko):

• , e.
• Koncentracija prostega nosilca, n.
• Elektronska masa, jaz.
• Toplotna hitrost nosilcev,
• Elektronska prostostna pot, l.

Fermijev nivo za kovine je v območju 3–15 eV, koncentracija prostih nosilcev pa je skoraj neodvisna od temperature. Zato specifično prevodnost in s tem odpornost določata struktura molekulske mreže in njena bližina idealu, brez napak. Parametri določajo dolžino proste poti elektronov, v referenčnih knjigah jo je težko najti, če je potrebno izvesti izračune( npr. Za določitev specifične upornosti).

Kovine s kubično rešetko imajo najboljšo prevodnost. Tu je tudi baker. Za prehodne kovine je značilna veliko večja upornost. Vodljivost se z naraščanjem temperature in visokimi frekvencami izmeničnega toka zmanjšuje. V slednjem primeru opazimo kožni učinek. Temperaturna odvisnost je linearna nad določeno mejo, poimenovana po nizozemskem fiziku Petru Debyeju.

Označene in ne tako ravne odvisnosti. Na primer, temperaturna obdelava jekla poveča število napak, kar seveda zmanjša prevodnost materiala. Izjema od pravila je bilo žarjenje. Proces zmanjša gostoto napak, zaradi česar upornost upada. Deformacija ima svetel učinek. Pri nekaterih zlitinah se pri strojni obdelavi izrazito poveča upornost.

Materiali z visoko odpornostjo

Včasih je potrebno posebej povečati upornost. Podobna situacija se pojavi pri grelnih napravah in elektronskih uporovnih vezjih. Nato sledi obrat zlitin z visoko specifično odpornostjo( več kot 0,3 µOm m).Če se uporablja kot del merilnih instrumentov, je predstavljena zahteva glede minimalnega potenciala na vmesniku z bakrenim kontaktom.

Najbolj znan je bil nikrom. Pogosto so ogrevalne naprave izdelane iz poceni fehrle( krhkih, vendar poceni).Glede na namen so v zlitine vključeni baker, mangan in druge kovine. To je drag užitek. Na primer, manganin upor stane 30 centov na Aliexpress, kjer so cene tradicionalno nižje od cen v trgovinah. Obstaja celo zlitina paladija z iridijem. Cena materiala se ne sme govoriti na glas.

Odporniki tiskanega vezja so pogosto narejeni iz čistih kovin v obliki razpršilnih filmov. Krom, tantal, volfram, zlitine se pogosto uporabljajo, med drugim, nichrome. Snovi

, ki ne opravljajo električnega toka

Dielektriki so označeni z izjemno upornostjo. To ni ključna značilnost. Dielektrični materiali vključujejo materiale, ki lahko prerazporedijo naboj pod delovanjem električnega polja. Posledično pride do kopičenja, ki se uporablja v kondenzatorjih. Stopnjo prerazporeditve naboja karakterizira dielektrična konstanta. Parameter kaže, kolikokrat se kapacitivnost kondenzatorja poveča, kjer se namesto zraka uporablja poseben material. Posamezni dielektriki lahko vodijo in oddajajo oscilacije pod vplivom izmeničnega toka. Feroelektrična energija je znana zaradi temperaturnih sprememb.

V procesu spreminjanja smeri polja nastanejo izgube. Tako kot se magnetna napetost delno pretvori v toploto, kadar je izpostavljena blagu jekla. Dielektrična izguba je odvisna predvsem od frekvence.Če je potrebno, se kot materiali uporabljajo nepolarni izolatorji, katerih molekule so simetrične, brez izrazitega električnega momenta. Polarizacija se pojavi, ko so naboji trdno povezani s kristalno rešetko. Vrste polarizacije:

1. Polarizacija elektronov je posledica deformacije zunanjih energijskih lupin atomov. Reverzibilno. Značilnost nepolarnih dielektrikov v kateri koli fazi snovi. Zaradi nizke elektronske teže se pojavlja skoraj trenutno( enote fs).Ionska polarizacija
2. se razteza dva reda velikosti počasneje in je značilna za snovi z ionsko kristalno mrežo. V skladu s tem se materiali uporabljajo pri frekvencah do 10 GHz in imajo veliko dielektrično konstanto( do 90 za titanov dioksid).
3. Dipolna relaksacijska polarizacija je veliko počasnejša.Čas izvršitve je stotink sekunde. Dipolna relaksacijska polarizacija je značilna za pline in tekočine in je odvisna od viskoznosti( gostote).Učinek temperature se izsledi: učinek tvori vrh pri določeni vrednosti.
4. Spontana polarizacija je opažena v feroelektriki.