resistivitet

Resistivitet är en egenskap av ett material som kännetecknar sin förmåga att förhindra passage av elektrisk ström.

Egenskaper för elektriska material

Huvudegenskaperna inom elteknik är den specifika elektriska ledningsförmågan, mätt i cm / m. Den fungerar som en proportionalitetskoefficient mellan fältstyrksvektorn och strömtätheten. Den betecknas ofta av det grekiska bokstaven gamma y. Resistiviteten är känd som den ömsesidiga elektriska ledningsförmågan. Som ett resultat blir den ovan nämnda formeln: strömtätheten är direkt proportionell mot fältstyrkan och omvänt proportionell mot mediets specifika motstånd. Enheten blir Om m.

Konceptet som behandlas är relevant inte bara för solid media. Exempelvis utförs strömmen av vätskeelektrolyter och joniserade gaser. Därför är det i varje fall tillåtet att införa begreppet resistivitet, eftersom en elektrisk laddning passerar genom mediet. Det är svårt att hitta värdena i referensböckerna till exempel för svetsbågen av en enkel anledning - de är inte tillräckligt inblandade i sådana uppgifter. Detta påstår inte. Sedan upptäckten av Davys glöd av platinplattan med elektrisk ström, gick ett århundrade före införandet av glödande glödlampor till vanligt bruk - av samma anledning upptäcktes betydelsen och betydelsen av upptäckten inte omedelbart.

Beroende på resistivitetsvärdet är materialen uppdelade:

1. För ledare - mindre än 1/10000 Ohm m.
2. För dielektrikum - mer än 100 miljoner Ohm m.
3. Enligt värdena för specifikt motstånd finns det mellan dielektriker och ledare.

Dessa värden kännetecknar uteslutande kroppens förmåga att motstå passagen av elektrisk ström och påverkar inte andra aspekter( elasticitet, värmebeständighet).Exempelvis är magnetiska material ledare, dielektrikum och halvledare.

Hur konduktivitet bildas i ett material

I modern fysik förklaras motstånd och ledningsförmåga vanligtvis av zonteori. Den är tillämplig på fasta kristallina kroppar vars gitteratomer görs stationära. Enligt detta koncept bestäms energin hos elektroner och andra typer av laddningsbärare av de fastställda reglerna. Det finns tre huvudzoner i materialet:

• Valenszonen innehåller elektroner associerade med atomer. I denna region klassificeras elektronenergin med steg, och antalet nivåer är begränsat. Det yttre av atomens lager.
• förbjuden zon. I detta område har avgiftsbärare inte rätt. Det tjänar som gränsen mellan de två andra zonerna. Metaller är ofta frånvarande.
• Frizonen ligger ovanför de föregående två.Här deltar elektroner fritt i skapandet av elektrisk ström och energi. Inga nivåer.

Dielektrics kännetecknas av frizonens högsta läge. Med några naturliga förutsättningar som är tänkbara på jorden, leder inte materialet elektrisk ström. Bra bredd och bandgap. Metaller har en massa fria elektroner. Och valensbandet betraktas samtidigt som ledningsområdet - det finns inga förbjudna stater. Som ett resultat har dessa material låg resistivitet.

-resistanser Vid gränssnittet för atomkontakterna bildas mellanliggande energinivåer, ovanliga effekter uppstår, som används av halvledarfysik. Heterogeniteter skapas avsiktligt genom införandet av föroreningar( acceptorer och givare).Som en följd därav bildas nya energitillstånd, vilka uppenbarar nya egenskaper i processen med elektrisk strömflöde som det ursprungliga materialet inte besitter.

Halvledare har en förbjuden bandbredd. Under de yttre krafternas verkan kan elektroner lämna valensregionen. Orsaken är elektrisk spänning, värme, strålning, andra typer av effekter. I dielektriker och halvledare, när temperaturen sjunker, passerar elektroner till lägre nivåer, vilket resulterar i att valensbandet är fyllt och ledningsbandet förblir ledigt. Elektrisk ström flödes inte. I enlighet med kvantteori karaktäriseras klassen av halvledare som material med ett bandgap på mindre än 3 eV.

Fermi Energy

Fermi-energin upptar en viktig plats i teori om ledningsförmåga, förklaringar på fenomen som förekommer i halvledare. Subtiliteter lägger till vaga definitioner av termen i litteraturen. Utländsk litteratur säger att Fermi-nivån är ett visst värde i eV, och Fermi-energin är skillnaden mellan den och den lägsta i en kristall. Här är de valda allmänna och förståliga meningarna:

1. Fermi-nivån är det maximala av allt som är inneboende i en elektron i metaller vid en temperatur på 0 K. Därför är Fermi-energin skillnaden mellan denna figur och miniminivån vid absolut noll.
2. Fermi energinivån - sannolikheten att hitta elektroner är 50% vid alla temperaturer utom absolut noll.

Fermi-energin bestäms enbart för en temperatur på 0 K, medan nivån existerar under alla förhållanden. I termodynamiken beskriver konceptet den fullständiga kemiska potentialen hos alla elektroner. Fermi-nivån definieras som det arbete som används för att lägga till ett objekt av en enda elektron. Parametern bestämmer materialets ledningsförmåga, hjälper till att förstå halvledarnas fysik.

Fermi-nivån finns inte nödvändigtvis fysiskt. Det finns fall då passageorten var mitt i den förbjudna zonen. Fysiskt finns inte nivån, det finns inga elektroner där. Parametern är emellertid märkbar med en voltmätare: Den potentiella skillnaden mellan två punkter i kretsen( avläsningar på displayen) är proportionell mot skillnaden mellan Fermi-nivåerna för dessa punkter och omvänt proportionell mot elektronladdning. Enkel beroende. Det är tillåtet att länka dessa parametrar med konduktivitet och resistivitet, med hjälp av Ohms lag för kedjesektionen.

Material med låg specifik resistans

Ledarna innefattar de flesta metaller, grafit och elektrolyter. Sådana material har låg resistivitet. I metaller bildar positivt laddade joner kristallgitterställen omgivna av ett elektronmoln. De brukar kallas vanliga för inträde i ledningsbandet.

Även om det inte är helt klart vad en elektron är, beskrivs det som en partikel som rör sig inuti en kristall med en termisk hastighet av hundratals km / s. Detta är mycket mer än vad som behövs för att starta en rymdfarkost i omloppsbana. Samtidigt når drifthastigheten, som bildar en elektrisk ström under effekten av en intensitetsvektor, knappt en centimeter per minut. Fältet distribueras i en miljö med ljusets hastighet( 100 tusen km / s).

Som ett resultat av dessa relationer blir det möjligt att uttrycka ledningsförmågan när det gäller fysiska kvantiteter( se figur):

• Elektronladdning, e.
• Fri bärvågskoncentration, n.
• Elektronmassa, jag.
• Termisk hastighet för bärare,
• Elektron betyder fri väg, l.

Fermi-nivån för metaller ligger inom intervallet 3-15 eV, och koncentrationen av fria bärare är nästan oberoende av temperaturen. Därför bestäms den specifika ledningsförmågan och därigenom motståndet av strukturen hos molekylärgitteret och dess närhet till den ideala friheten från defekter. Parametrarna bestämmer längden på den fria vägen för elektroner, det är lätt att hitta i referensböcker om det är nödvändigt att göra beräkningar( till exempel för bestämning av det specifika motståndet).

Metaller med kubiskt gitter har bästa ledningsförmåga. Koppar ingår också här.Övergångsmetaller kännetecknas av mycket högre resistivitet. Ledningsförmågan minskar med ökande temperatur och vid höga frekvenser av växelström. I det senare fallet observeras en hudeffekt. Temperaturberoende linjärt över en viss gräns, uppkallad efter den nederländska fysikern Peter Debye.

Markerade och inte så raka linje beroenden. Exempelvis ökar temperaturbehandlingen av stål antalet defekter som naturligt minskar materialets konduktivitet. Ett undantag från regeln var glödgning. Processen minskar tätheten av defekter, på grund av vilken resistiviteten minskar. Deformation har en ljus effekt. För vissa legeringar resulterar bearbetning i en markant ökning av resistiviteten.

Material med hög resistivitet

Ibland krävs det att specifikt öka resistiviteten. En liknande situation uppstår i fall med värmeanordningar och elektroniska kretsmotstånd. Sedan kommer legeringsvingen med högt specifikt motstånd( mer än 0,3 μOm m).Vid användning som mätinstrument presenteras kravet på en minimipotential vid gränssnittet med kopparkontakten.

Den mest kända var nichrome. Ofta är uppvärmningsanordningar konstruerade av billigt fehrle( sprött, men billigt).Beroende på syftet ingår koppar, mangan och andra metaller i legeringarna. Det är ett dyrt nöje. Till exempel kostar ett manganinresistans 30 cent på Aliexpress, där priserna är traditionellt lägre än butikspriserna. Det finns till och med en legering av palladium med iridium. Priset på materialet ska inte talas högt.

Tryckmotstånd är ofta gjorda av rena metaller i form av sputterfilmer. Krom, tantal, volfram, legeringar används ofta, bland annat nikrom.

Ämnen som inte utför en elektrisk ström

Dielektrics kännetecknas av imponerande resistivitet. Detta är inte en nyckelfunktion. Dielektriska material innefattar material som kan omfördela laddningen under verkan av ett elektriskt fält. Som ett resultat uppstår ackumulering som används i kondensatorer. Graden av laddning omfördelning karakteriseras av dielektrisk konstant. Parametern visar hur många gånger kondensatorns kapacitans ökar, där istället för luft används ett specifikt material. Individuella dielektriker kan genomföra och avge oscillationer vid växelströmsverkan. Ferroelektricitet är känd på grund av temperaturförändringar.

Vid förändring av fältriktningen uppstår förluster. Precis som magnetisk spänning delvis omvandlas till värme vid exponering för mjukt stål. Den dielektriska förlusten beror huvudsakligen på frekvensen. Om nödvändigt används icke-polära isolatorer som material, vars molekyler är symmetriska, utan ett uttalat elektriskt moment. Polarisering sker när laddningarna är ordentligt anslutna till kristallgitteret. Typer av polarisering:

1. Elektronpolarisering sker som en följd av deformationen av de yttre energikärlen hos atomer. Reversibel. Karakteristisk för icke-polära dielektrikum i vilken fas av ett ämne som helst. På grund av den låga elektronvikten uppstår den nästan omedelbart( enheter av fs).
2. Jonpolarisering sträcker sig två ordningar av långsammare grad och är karakteristisk för substanser med en jonisk kristallgitter. Följaktligen appliceras materialen vid frekvenser upp till 10 GHz och har en stor dielektrisk konstant( upp till 90 för titandioxid).
3. Dipole-avkopplingspolarisering är mycket långsammare. Exekveringstiden är hundradels sekund. Dipol-avkopplingspolarisation är karakteristisk för gaser och vätskor och beror respektive på viskositet( densitet).Effekten av temperatur spåras: effekten bildar en topp vid ett visst värde.
4. Spontan polarisation observeras i ferroelektrikum.