Դիմադրողականություն - ի՞նչ է դա:

2024 Հեղինակ: Angel Austin | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-18 04:13

Երբ ասում են, որ պղինձը ալյումինից ծանր մետաղ է, համեմատում են դրանց խտությունները։ Նմանապես, երբ ասում են, որ պղինձն ավելի լավ հաղորդիչ է, քան ալյումինը, համեմատվում է նրանց դիմադրողականությունը (ρ), որի արժեքը կախված չէ որոշակի նմուշի չափից կամ ձևից, միայն նյութից:

Տեսական հիմնավորում

դիմադրողականությունը տվյալ չափի նյութի համար էլեկտրական հաղորդման դիմադրության չափումն է: Դրա հակառակը էլեկտրական հաղորդունակությունն է: Մետաղները լավ էլեկտրական հաղորդիչներ են (բարձր հաղորդունակություն և ցածր ρ արժեք), մինչդեռ ոչ մետաղները սովորաբար վատ հաղորդիչներ են (ցածր հաղորդունակություն և բարձր ρ արժեք):

Ավելի ծանոթ ջերմային էլեկտրական դիմադրությունը չափում է, թե նյութի համար որքան դժվար է էլեկտրական հոսանք անցկացնելը: Դա կախված է մասի չափից. դիմադրությունը ավելի բարձր է ավելի երկար կամ նեղ կտոր նյութի համար: Էֆեկտը վերացնելու համարչափը դիմադրությունից, օգտագործվում է մետաղալարերի դիմադրողականությունը - սա նյութական հատկություն է, որը կախված չէ չափից: Շատ նյութերի համար դիմադրությունը մեծանում է ջերմաստիճանի հետ: Բացառություն են կազմում կիսահաղորդիչները (օրինակ՝ սիլիցիումը), որոնցում այն նվազում է ջերմաստիճանի հետ միասին։

Հեշտությունը, որով նյութը ջերմություն է փոխանցում, չափվում է ջերմային հաղորդունակությամբ: Որպես առաջին գնահատական, լավ էլեկտրական հաղորդիչները նաև լավ ջերմային հաղորդիչներ են: Դիմադրությունը ներկայացված է r նշանով, իսկ դրա միավորը օմմետրն է: Մաքուր պղնձի դիմադրությունը 1,7×10 -8 ohms է։ Սա շատ փոքր թիվ է՝ 0,000,000,017 Օմ, ինչը ցույց է տալիս, որ պղնձի մեկ խորանարդ մետրը գործնականում դիմադրություն չունի։ Որքան ցածր է դիմադրողականությունը (ohmmeter կամ Ωm), այնքան ավելի լավ է նյութը օգտագործվում էլեկտրագծերի մեջ: Դիմադրությունը փոխանցման մյուս կողմն է:

Նյութերի դասակարգում

Նյութի դիմադրության արժեքը հաճախ օգտագործվում է այն որպես հաղորդիչ, կիսահաղորդիչ կամ մեկուսիչ դասակարգելու համար: Պինդ տարրերը դասակարգվում են որպես մեկուսիչներ, կիսահաղորդիչներ կամ հաղորդիչներ՝ տարրերի պարբերական աղյուսակում իրենց «ստատիկ դիմադրությամբ»: Մեկուսիչի, կիսահաղորդչային կամ հաղորդիչ նյութի դիմադրողականությունը հիմնական հատկությունն է, որը համարվում է էլեկտրական կիրառման համար:

Աղյուսակը ցույց է տալիս ρ, σ և ջերմաստիճանի գործակիցի որոշ տվյալներ: Մետաղների դիմադրության համարբարձրանում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ: Հակառակը ճիշտ է կիսահաղորդիչների և շատ մեկուսիչների դեպքում:

Նյութ	ρ (Ωm) 20°C-ում	σ (S/m) 20°C-ում	Ջերմաստիճանի գործակից (1/°C) x10 ^ -3
Արծաթ	1, 59 × 10 -8	6, 30 × 10 7	3, 8
պղինձ	1, 68 × 10 -8	5, 96 × 10 7	3, 9
Ոսկի	2, 44 × 10 -8	4, 10 × 10 7	3, 4
Ալյումին	2, 82 × 10 -8	3, 5 × 10 7	3, 9
վոլֆրամ	5, 60 × 10 -8	1, 79 × 10 7	4.5
ցինկ	5, 90 × 10 -8	1, 69 × 10 7	3, 7
Նիկել	6, 99 × 10 -8	1, 43 × 10 7	6
Լիտիում	9, 28 × 10 -8	1,08 × 10 7	6
Երկաթ	1, 0 × 10 -7	1, 00 × 10 7	5
Պլատին	1, 06 × 10 -7	9, 43 × 10 6	3, 9
Առաջատար	2, 2 × 10 -7	4, 55 × 10 6	3, 9
Կոնստանտան	4, 9 × 10 -7	2.04 × 10 6	0, 008
Սնդիկ	9, 8 × 10 -7	1, 02 × 10 6	0.9
Nicrome	1,10 × 10 -6	9, 09 × 10 5	0, 4
Ածխածին (ամորֆ)	5 × 10 -4-ից մինչև 8 × 10 -4	1, 25-2 × 10 3	-0, 5

դիմադրողականության հաշվարկ

Ցանկացած ջերմաստիճանի համար մենք կարող ենք հաշվարկել օբյեկտի էլեկտրական դիմադրությունը ohms-ով՝ օգտագործելով հետևյալ բանաձևը:

Այս բանաձևում՝

• R - օբյեկտի դիմադրություն, ohms-ում;
• ρ - դիմադրություն (հատուկ) նյութի, որից պատրաստված է առարկան;
• L - օբյեկտի երկարությունը մետրերով;
• Ա-խաչ հատվածօբյեկտի հատվածը՝ քառակուսի մետրերով։

դիմադրողականությունը հավասար է որոշակի թվով օմմետրերի: Չնայած ρ-ի SI միավորը սովորաբար օմմետրն է, երբեմն միավորը օհմ է մեկ սանտիմետրի համար:

Նյութի դիմադրությունը որոշվում է նրա վրայի էլեկտրական դաշտի մեծությամբ, որը տալիս է հոսանքի որոշակի խտություն։

ρ=E/J որտեղ՝

• ρ - օմմետրի մեջ;
• E - էլեկտրական դաշտի մեծությունը վոլտ մեկ մետրում;
• J - ընթացիկ խտության արժեքը ամպերով մեկ քառակուսի մետրի համար:

Ինչպե՞ս որոշել դիմադրողականությունը: Շատ դիմադրիչներ և հաղորդիչներ ունեն միատեսակ խաչմերուկ՝ էլեկտրական հոսանքի միատեսակ հոսքով: Հետևաբար, կա ավելի կոնկրետ, բայց ավելի լայնորեն օգտագործվող հավասարում:

ρ=RA/ J, որտեղ՝

• R - համասեռ նյութի նմուշի դիմադրություն՝ չափված ohms-ով;
• l - նյութի կտորի երկարությունը, չափված մետրերով, մ;
• A - նմուշի խաչմերուկի մակերեսը, չափված քառակուսի մետրերով, m2.

Նյութերի դիմադրողականության հիմունքներ

Նյութի էլեկտրական դիմադրությունը հայտնի է նաև որպես էլեկտրական դիմադրողականություն: Սա չափում է, թե որքան ուժեղ է նյութը դիմադրում էլեկտրական հոսանքի հոսքին: Այն կարող է որոշվել՝ բաժանելով դիմադրությունը մեկ միավորի երկարության և մեկ միավորի խաչմերուկի տարածքի համար, որոշակի նյութի համար տվյալ ջերմաստիճանում:

Սա նշանակում է, որ ցածր ρ-ը ցույց է տալիս նյութ, որը հեշտությամբ թույլ է տալիստեղափոխել էլեկտրոններ. Ընդհակառակը, բարձր ρ ունեցող նյութը կունենա բարձր դիմադրություն և կխանգարի էլեկտրոնների հոսքին: Այնպիսի տարրեր, ինչպիսիք են պղնձը և ալյումինը, հայտնի են իրենց ցածր ρ մակարդակներով: Հատկապես արծաթը և ոսկին ունեն շատ ցածր ρ արժեք, սակայն դրանց օգտագործումը սահմանափակ է ակնհայտ պատճառներով:

դիմադրողական շրջան

Նյութերը տեղադրվում են տարբեր կատեգորիաներում՝ կախված դրանց ρ արժեքից: Ամփոփումը ներկայացված է ստորև բերված աղյուսակում:

Կիսահաղորդիչների հաղորդունակության մակարդակը կախված է դոպինգի մակարդակից: Առանց դոպինգի, նրանք գրեթե նման են մեկուսիչների, ինչը նույնն է էլեկտրոլիտների համար: Նյութերի ρ մակարդակը շատ տարբեր է։

Սարքավորումների կատեգորիաներ և նյութի տեսակ	Ամենատարածված նյութերի դիմադրողականության տարածքը կախված ρ-ից
էլեկտրոլիտներ	Փոփոխական
մեկուսիչներ	~ 10 ^ 16
Մետաղներ	~ 10 ^ -8
Կիսահաղորդիչներ	Փոփոխական
Գերհաղորդիչներ	0

դիմադրության ջերմաստիճանի գործակից

Շատ դեպքերում դիմադրությունը մեծանում է ջերմաստիճանի հետ: Արդյունքում անհրաժեշտություն է առաջանում հասկանալ դիմադրության ջերմաստիճանից կախվածությունը։ Դիրիժորում դիմադրության ջերմաստիճանի գործակցի պատճառը կարող է արդարացված լինելինտուիտիվ կերպով: Նյութի դիմադրությունը կախված է մի շարք երևույթներից. Դրանցից մեկը լիցքի կրիչների և նյութի ատոմների միջև տեղի ունեցող բախումների քանակն է: Հաղորդավարի դիմադրողականությունը կավելանա ջերմաստիճանի բարձրացման հետ, քանի որ բախումների թիվը մեծանում է:

Սա միշտ չէ, որ կարող է այդպես լինել, և պայմանավորված է նրանով, որ ջերմաստիճանի բարձրացման հետ մեկտեղ լրացուցիչ լիցքակիրներ են բաց թողնվում, ինչը կհանգեցնի նյութերի դիմադրողականության նվազմանը: Այս ազդեցությունը հաճախ նկատվում է կիսահաղորդչային նյութերում:

Դիմադրության ջերմաստիճանից կախվածությունը դիտարկելիս սովորաբար ենթադրվում է, որ դիմադրության ջերմաստիճանի գործակիցը հետևում է գծային օրենքին: Սա վերաբերում է սենյակային ջերմաստիճանին և մետաղների և շատ այլ նյութերի: Այնուամենայնիվ, պարզվել է, որ բախումների քանակի հետևանքով առաջացող ձգման էֆեկտները միշտ չէ, որ հաստատուն են, հատկապես շատ ցածր ջերմաստիճանների դեպքում (գերհաղորդականության երևույթ):

Դիմադրության ջերմաստիճանի գրաֆիկ

Ցանկացած ջերմաստիճանում հաղորդիչի դիմադրությունը կարելի է հաշվարկել ջերմաստիճանի արժեքից և նրա դիմադրության ջերմաստիճանի գործակիցից:

R=Rref(1+ α (T- Tref)), որտեղ՝

• R - դիմադրություն;
• Rref - դիմադրություն հղման ջերմաստիճանում;
• α- նյութի դիմադրության ջերմաստիճանի գործակից;
• Tref-ը հղման ջերմաստիճանն է, որի համար սահմանված է ջերմաստիճանի գործակիցը:

Ջերմաստիճանի դիմադրության գործակից, սովորաբար ստանդարտացված մինչև 20 °C ջերմաստիճան:Համապատասխանաբար, գործնական իմաստով սովորաբար օգտագործվող հավասարումը հետևյալն է՝

R=R20(1+ α20 (T- T20)), որտեղ՝

• R20=դիմադրություն 20°C-ում;
• α20 - դիմադրության ջերմաստիճանի գործակից 20 °C-ում;
• T20- ջերմաստիճանը հավասար է 20 °C:

Նյութերի դիմադրողականություն սենյակային ջերմաստիճանում

Ստորև բերված դիմադրության աղյուսակը պարունակում է շատ նյութեր, որոնք սովորաբար օգտագործվում են էլեկտրատեխնիկայում, ներառյալ պղինձը, ալյումինը, ոսկին և արծաթը: Այս հատկությունները հատկապես կարևոր են, քանի որ դրանք որոշում են, թե արդյոք նյութը կարող է օգտագործվել էլեկտրական և էլեկտրոնային բաղադրիչների լայն շրջանակում՝ լարերից մինչև ավելի բարդ սարքեր, ինչպիսիք են ռեզիստորները, պոտենցիոմետրերը և այլն:

Տարբեր նյութերի դիմադրողականության աղյուսակ 20°C արտաքին ջերմաստիճանում
Նյութեր	OM դիմադրություն 20°C-ում
Ալյումին	2, 8 x 10 -8
Անտիմոն	3, 9 × 10 -7
բիսմուտ	1, 3 x 10 -6
Բրասս	~ 0,6 - 0,9 × 10 -7
Կադմիում	6 x 10 -8
Կոբալտ	5, 6 × 10 -8
պղինձ	1, 7 × 10 -8
Ոսկի	2, 4 x 10 -8
Ածխածին (գրաֆիտ)	1 x 10 -5
Germanium	4,6 x 10 -1
Երկաթ	1,0 x 10 -7
Առաջատար	1, 9 × 10 -7
Nicrome	1, 1 × 10 -6
Նիկել	7 x 10 -8
պալադիում	1,0 x 10 -7
Պլատին	0, 98 × 10 -7
Քվարց	7 x 10 17
Սիլիկոն	6, 4 × 10 2
Արծաթ	1, 6 × 10 -8
տանտալ	1, 3 x 10 -7
վոլֆրամ	4, 9 x 10 -8
ցինկ	5, 5 x 10 -8

Պղնձի և ալյումինի հաղորդունակության համեմատություն

Հաղորդավարները կազմված են էլեկտրական հոսանք հաղորդող նյութերից: Ոչ մագնիսական մետաղները հիմնականում համարվում են էլեկտրական հոսանքի իդեալական հաղորդիչներ: Հաղորդալարերի և մալուխների արդյունաբերության մեջ օգտագործվում են տարբեր մետաղական հաղորդիչներ, սակայն պղինձը և ալյումինը ամենատարածվածն են: Հաղորդավարներն ունեն տարբեր հատկություններ, ինչպիսիք են հաղորդունակությունը, առաձգական ուժը, քաշը և շրջակա միջավայրի վրա ազդեցությունը:

Պղնձի հաղորդիչի դիմադրողականությունը շատ ավելի հաճախ օգտագործվում է մալուխի արտադրության մեջ, քան ալյումինը: Գրեթե բոլոր էլեկտրոնային մալուխները պատրաստված են պղնձից, ինչպես նաև այլ սարքեր և սարքավորումներ, որոնք օգտագործում են պղնձի բարձր հաղորդունակությունը: Պղնձի հաղորդիչները լայնորեն կիրառվում են նաև բաշխիչ համակարգերում ևէլեկտրաէներգիայի արտադրություն, ավտոմոբիլային արդյունաբերություն։ Քաշը և ծախսերը խնայելու համար փոխադրող ընկերությունները ալյումին են օգտագործում օդային էլեկտրահաղորդման գծերում:

Ալյումինն օգտագործվում է արդյունաբերություններում, որտեղ դրա թեթևությունը կարևոր է, օրինակ՝ ինքնաթիռաշինությունը, և ակնկալվում է, որ ապագայում դրա օգտագործումը կավելանա ավտոմոբիլային արդյունաբերության մեջ: Ավելի բարձր էներգիայի մալուխների համար պղնձով պատված ալյումինե մետաղալարն օգտագործվում է պղնձի դիմադրողականությունից օգտվելու համար՝ ձեռք բերելով կառուցվածքային քաշի զգալի խնայողություն թեթև ալյումինից:

պղնձե հաղորդիչներ

Պղինձը ամենահին հայտնի նյութերից է: Նրա ճկունությունը և էլեկտրական հաղորդունակությունը շահագործվել են վաղ էլեկտրական փորձարարների կողմից, ինչպիսիք են Բեն Ֆրանկլինը և Մայքլ Ֆարադեյը: Պղնձի նյութերի ցածր ρ-ն հանգեցրել է նրան, որ այն ընդունվել է որպես հիմնական հաղորդիչ, որն օգտագործվում է այնպիսի գյուտերի մեջ, ինչպիսիք են հեռագիրը, հեռախոսը և էլեկտրական շարժիչը: Պղինձը ամենատարածված հաղորդիչ մետաղն է: 1913 թվականին ընդունվեց Պղնձի բռնկման միջազգային ստանդարտը (IACS)՝ համեմատելու այլ մետաղների հաղորդունակությունը պղնձի հետ։

Համաձայն այս ստանդարտի, կոմերցիոնորեն մաքուր հալված պղինձն ունի 100% IACS հաղորդունակություն: Նյութերի դիմադրողականությունը համեմատվում է ստանդարտի հետ։ Առևտրային մաքուր պղինձը, որն այսօր արտադրվում է, կարող է ունենալ ավելի բարձր IACS արժեքներ, քանի որ մշակման տեխնոլոգիան ժամանակի ընթացքում զգալիորեն առաջադիմել է: Բացի պղնձի գերազանց հաղորդունակությունից, մետաղն ունի բարձր առաձգական ուժ, ջերմային հաղորդունակություն և ջերմային ընդլայնում:Էլեկտրական նպատակներով օգտագործվող հալված պղնձե մետաղալարը համապատասխանում է ստանդարտի բոլոր պահանջներին:

Ալյումինե հաղորդիչներ

Չնայած այն փաստին, որ պղինձը որպես էլեկտրաէներգիայի արտադրության նյութ ունի երկար պատմություն, ալյումինն ունի որոշակի առավելություններ, որոնք այն գրավիչ են դարձնում հատուկ կիրառությունների համար, և նրա ներկայիս դիմադրողականությունը թույլ է տալիս այն բազմապատիկ օգտագործել: Ալյումինն ունի պղնձի հաղորդունակության 61%-ը և պղնձի քաշի միայն 30%-ը։ Սա նշանակում է, որ ալյումինե մետաղալարը կշռում է նույն էլեկտրական դիմադրությամբ պղնձե մետաղալարի կեսը։

Ալյումինը ավելի էժան է, քան պղնձի միջուկը: Ալյումինե հաղորդիչները կազմված են տարբեր համաձուլվածքներից, ունեն նվազագույն ալյումինի 99,5% պարունակություն: 1960-ականներին և 1970-ականներին, պղնձի բարձր գնի պատճառով, ալյումինի այս դասը լայնորեն օգտագործվեց կենցաղային էլեկտրական լարերի համար:

Ալյումինի և պղնձի միացումների վատ աշխատանքի և ֆիզիկական տարբերությունների պատճառով դրանց միացումների հիման վրա պատրաստված սարքերն ու լարերը դարձել են հրդեհավտանգ պղինձ-ալյումին կոնտակտներում: Բացասական գործընթացին հակազդելու համար մշակվել են ալյումինի համաձուլվածքներ՝ սողացող և ձգվող հատկություններով, որոնք ավելի նման են պղնձին: Այս համաձուլվածքները օգտագործվում են խրված ալյումինե լարերի արտադրության համար, որոնց ընթացիկ դիմադրողականությունը ընդունելի է զանգվածային օգտագործման համար՝ բավարարելով էլեկտրական ցանցերի անվտանգության պահանջները:

Եթե ալյումինն օգտագործվում է այն վայրերում, որտեղ նախկինում օգտագործվել է պղինձ,ցանցը հավասար պահելու համար պետք է օգտագործել պղնձի մետաղալարից երկու անգամ մեծ ալյումինե մետաղալար:

Նյութերի էլեկտրական հաղորդունակության կիրառում

Դիմադրողականության աղյուսակում հայտնաբերված շատ նյութեր լայնորեն օգտագործվում են էլեկտրոնիկայի մեջ: Ալյումինը և հատկապես պղինձը օգտագործվում են ցածր դիմադրության պատճառով։ Էլեկտրական միացումների համար այսօր օգտագործվող լարերի և մալուխների մեծ մասը պատրաստված է պղնձից, քանի որ այն ապահովում է ρ-ի ցածր մակարդակ և մատչելի է։ Ոսկու լավ հաղորդունակությունը, չնայած գնին, նույնպես օգտագործվում է որոշ շատ ճշգրիտ գործիքներում։

Ոսկու ծածկույթը հաճախ հանդիպում է բարձրորակ ցածր լարման միացումների վրա, որտեղ նպատակն է ապահովել ամենացածր շփման դիմադրությունը: Արծաթը լայնորեն չի օգտագործվում արդյունաբերական էլեկտրատեխնիկայում, քանի որ այն արագ օքսիդանում է, ինչը հանգեցնում է շփման բարձր դիմադրության: Որոշ դեպքերում օքսիդը կարող է հանդես գալ որպես ուղղիչ: Տանտալի դիմադրությունն օգտագործվում է կոնդենսատորներում, նիկելի և պալադիումի ծայրամասային միացումներում շատ մակերևութային մոնտաժային բաղադրիչների համար: Քվարցը գտնում է իր առաջնային օգտագործումը որպես պիեզոէլեկտրական ռեզոնանսային տարր: Քվարց բյուրեղները օգտագործվում են որպես հաճախականության տարրեր շատ տատանիչներում, որտեղ դրա բարձր արժեքը հնարավորություն է տալիս ստեղծել հուսալի հաճախականության սխեմաներ: