Алар жез алюминийге караганда оор металл деп айтышканда, алардын тыгыздыгын салыштырышат. Ошо сыяктуу эле, жез алюминийге караганда жакшы өткөргүч деп айтылганда, алардын каршылыгы (ρ) салыштырылат, анын мааниси белгилүү бир үлгүнүн өлчөмүнө же формасына көз каранды эмес - материалдын өзүнө гана.
Теориялык негиздөө
Каршылык – бул материалдын берилген өлчөмү үчүн электр өткөрүмдүүлүккө каршылыктын өлчөмү. Анын карама-каршылыгы - электр өткөргүчтүк. Металлдар жакшы электр өткөргүчтөр (жогорку өткөрүмдүүлүк жана төмөн ρ мааниси), ал эми металл эместер жалпысынан начар өткөргүч (төмөн өткөргүч жана жогорку ρ мааниси).
Тааныш болгон жылуулук электрдик каршылык материалдын электр тогун өткөрүү канчалык кыйын экенин өлчөйт. Бул бөлүктүн өлчөмүнө жараша болот: каршылык узунураак же кууш материал үчүн жогору. Эффекти жок кылуу үчүнкаршылыктан өлчөмү, зымдын каршылыгы колдонулат - бул өлчөмүнө көз каранды эмес материалдык касиети. Көпчүлүк материалдар үчүн каршылык температура менен жогорулайт. Температурага жараша ал төмөндөй турган жарым өткөргүчтөр (мисалы, кремний) өзгөчөлөнөт.
Материалдын жылуулукту өткөрүү оңойлугу жылуулук өткөрүмдүүлүк менен өлчөнөт. Биринчи баа катары, жакшы электр өткөргүчтөр да жакшы жылуулук өткөргүчтөр болуп саналат. Каршылык r символу менен көрсөтүлөт, ал эми анын бирдиги омметр. Таза жездин каршылыгы 1,7×10 -8 Ом. Бул өтө аз сан - 0 000 000 017 Ом, жездин куб метрине иш жүзүндө эч кандай каршылык жок экенин көрсөтүп турат. Каршылык канчалык аз болсо (омметр же Ом), зымдарда материал ошончолук жакшыраак колдонулат. Каршылык - бул өткөрүүнүн экинчи тарабы.
Материалдардын классификациясы
Материалдын каршылык мааниси көбүнчө аны өткөргүч, жарым өткөргүч же изолятор катары классификациялоо үчүн колдонулат. Катуу элементтер элементтердин мезгилдик системасында "статикалык каршылыгы" боюнча изолятор, жарым өткөргүч же өткөргүч болуп бөлүнөт. Изолятордогу, жарым өткөргүчтөгү же өткөргүч материалдагы каршылык электрдик колдонмолор үчүн каралуучу негизги касиет болуп саналат.
Таблицада ρ, σ жана температура коэффициентинин айрым маалыматтары көрсөтүлгөн. Металлдарга каршылык көрсөтүү үчүнтемпература жогорулаган сайын көбөйөт. Жарым өткөргүчтөр жана көптөгөн изоляторлор үчүн тескерисинче болот.
| Материал | ρ (Ωм) 20°C | σ (S/м) 20°C | Температура коэффициенти (1/°C) x10 ^ -3 |
| Күмүш |
1, 59 × 10 -8 |
6, 30 × 10 7 | 3, 8 |
| Жез | 1, 68 × 10 -8 | 5, 96 × 10 7 | 3, 9 |
| Алтын | 2, 44 × 10 -8 | 4, 10 × 10 7 | 3, 4 |
| Алюминий | 2, 82 × 10 -8 | 3, 5 × 10 7 | 3, 9 |
| Вольфрам | 5, 60 × 10 -8 | 1, 79 × 10 7 | 4.5 |
| Цинк | 5, 90 × 10 -8 | 1, 69 × 10 7 | 3, 7 |
| Никель | 6, 99 × 10 -8 | 1, 43 × 10 7 | 6 |
| Литий | 9, 28 × 10 -8 | 1,08 × 10 7 | 6 |
| Темир | 1, 0 × 10 -7 | 1, 00 × 10 7 | 5 |
| Платина | 1, 06 × 10 -7 | 9, 43 × 10 6 | 3, 9 |
| Коршун |
2, 2 × 10 -7 |
4, 55 × 10 6 | 3, 9 |
| Константан | 4, 9 × 10 -7 | 2,04 × 10 6 | 0, 008 |
| Меркурий | 9, 8 × 10 -7 | 1, 02 × 10 6 | 0.9 |
| Нихром | 1,10 × 10 -6 | 9, 09 × 10 5 | 0, 4 |
| Көмүртек (аморфтук) | 5 × 10 -4 - 8 × 10 -4 | 1, 25-2 × 10 3 | -0, 5 |
Каршылыкты эсептөө
Берилген температура үчүн объекттин электр каршылыгын ом менен төмөнкү формула менен эсептей алабыз.
Бул формулада:
- R - объект каршылыгы, Ом менен;
- ρ - объект жасалган материалдын каршылыгы (спецификалык);
- L - объекттин узундугу метр;
- А-кесилишобъекттин кесилиши, чарчы метр.
Каршылык каршылык белгилүү сандагы омметрге барабар. SI бирдиги ρ демейде омметр болсо да, кээде бир см сантиметрге Ом болот.
Материалдын каршылыгы токтун белгилүү тыгыздыгын берген электр талаасынын чоңдугу менен аныкталат.
ρ=E/ J мында:
- ρ - омметрге;
- E - электр талаасынын чоңдугу вольт/метрге;
- J - чарчы метрге ампердеги учурдагы тыгыздыктын мааниси.
Каршылыкты кантип аныктоого болот? Көптөгөн резисторлор жана өткөргүчтөр электр тогунун бирдей агымы менен бирдей кесилишине ээ. Демек, конкреттүү, бирок кеңири колдонулган теңдеме бар.
ρ=RА/ J, мында:
- R - ом менен өлчөнгөн бир тектүү материалдын каршылыгы;
- l - материалдын узундугу, метр менен ченелген, м;
- A - үлгүнүн кесилишинин аянты, чарчы метр менен ченелген, m2.
Материалдык каршылыктын негиздери
Материалдын электр каршылыгы электрдик каршылык деп да белгилүү. Бул материалдын электр тогунун агымына канчалык күчтүү туруштук берерин көрсөтөт. Аны белгилүү бир температурада белгилүү бир материал үчүн узундук бирдигине жана кесилишинин бирдигине каршылыкты бөлүү жолу менен аныктаса болот.
Бул төмөн ρ оңой жол бере турган материалды көрсөтөт дегенди билдиретэлектрондорду жылдыруу. Тескерисинче, жогорку ρ болгон материал жогорку каршылыкка ээ болот жана электрондордун агымына тоскоол болот. Жез жана алюминий сыяктуу элементтер аз ρ деңгээли менен белгилүү. Айрыкча күмүш менен алтындын ρ мааниси өтө төмөн, бирок аларды колдонуу белгилүү себептерден улам чектелген.
Резистивдүү аймак
Материалдар ρ маанисине жараша ар кандай категорияларга жайгаштырылат. Корутунду төмөнкү таблицада көрсөтүлгөн.
Жарым өткөргүчтөрдүн өткөргүчтүк деңгээли допингдин деңгээлине жараша болот. Допингсиз алар электролиттер үчүн бирдей болгон изоляторлорго окшош. Материалдардын ρ деңгээли ар кандай болот.
| Жабдуулардын категориялары жана материалдын түрү | Кеңири таралган материалдардын каршылыгы ρ жараша |
| Электролиттер | Өзгөрмө |
| Изоляторлор | ~ 10 ^ 16 |
| Металл | ~ 10 ^ -8 |
| Жарым өткөргүчтөр | Өзгөрмө |
| Супер өткөргүчтөр | 0 |
Каршылыктын температура коэффициенти
Көпчүлүк учурларда каршылык температуранын өсүшүнө жараша жогорулайт. Натыйжада, каршылыктын температурага көз карандылыгын түшүнүү зарылчылыгы бар. Өткөргүчтөгү каршылыктын температуралык коэффициентинин себебин актоого болотинтуитивдик. Материалдын каршылыгы бир катар кубулуштарга көз каранды. Алардын бири материалдагы заряд ташуучулар менен атомдордун ортосунда болгон кагылышуулардын саны. Кагылышуулардын саны көбөйгөн сайын өткөргүчтүн каршылыгы температуранын жогорулашы менен жогорулайт.
Бул дайыма эле боло бербеши мүмкүн жана кошумча заряд алып жүрүүчүлөр температуранын жогорулашы менен бөлүнүп чыгышы менен шартталган, бул материалдардын каршылык касиетинин төмөндөшүнө алып келет. Бул эффект көбүнчө жарым өткөргүч материалдарда байкалат.
Каршылыктын температурага көз карандылыгын кароодо, адатта, каршылыктын температуралык коэффициенти сызыктуу мыйзамга ылайык келет деп болжолдонот. Бул бөлмө температурасына жана металлдарга жана башка көптөгөн материалдарга тиешелүү. Бирок, кагылышуулардын санынан келип чыккан сүйрөө эффекттери дайыма эле туруктуу боло бербестиги аныкталган, айрыкча өтө төмөн температурада (өтө өткөргүчтүк көрүнүш).
Каршылыктын температурасынын графиги
Берилген температурадагы өткөргүчтүн каршылыгын температуранын маанисинен жана анын каршылыктын температуралык коэффициентинен эсептөөгө болот.
R=Rref(1+ α (T- Tref)), мында:
- R - каршылык;
- Rref - эталондук температурадагы каршылык;
- α- материалдык каршылыктын температуралык коэффициенти;
- Tref - температура коэффициенти көрсөтүлгөн эталондук температура.
Каршылыктын температуралык коэффициенти, адатта 20 °C температурага чейин стандартташтырылган. Демек, практикалык мааниде кеңири колдонулган теңдеме:
R=R20(1+ α20 (T- T20)), мында:
- R20=20°C каршылык;
- α20 - 20 °C температурадагы каршылык коэффициенти;
- T20- температура 20 °C.
Бөлмө температурасындагы материалдардын каршылыгы
Төмөндөгү каршылык таблицасында жез, алюминий, алтын жана күмүш сыяктуу электр инженериясында кеңири колдонулган көптөгөн заттар камтылган. Бул касиеттер өзгөчө маанилүү, анткени алар заттын электрдик жана электрондук компоненттердин кеңири диапазонунда колдонулушу мүмкүн экендигин аныктайт.
| 20°C сырткы температурада ар кандай материалдардын каршылык көрсөтүү таблицасы | |
| Материалдар | OM каршылык 20°C |
| Алюминий | 2, 8 x 10 -8 |
| Сурма | 3, 9 × 10 -7 |
| Висмут | 1, 3 x 10 -6 |
| Жез | ~ 0,6 - 0,9 × 10 -7 |
| Кадмий | 6 x 10 -8 |
| Кобальт | 5, 6 × 10 -8 |
| Жез | 1, 7 × 10 -8 |
| Алтын | 2, 4 x 10 -8 |
| Көмүртек (графит) | 1 x 10 -5 |
| Германия | 4,6 x 10 -1 |
| Темир | 1,0 x 10 -7 |
| Коршун | 1, 9 × 10 -7 |
| Нихром | 1, 1 × 10 -6 |
| Никель | 7 x 10 -8 |
| Палладий | 1,0 x 10 -7 |
| Платина | 0, 98 × 10 -7 |
| Кварц | 7 x 10 17 |
| Кремний | 6, 4 × 10 2 |
| Күмүш | 1, 6 × 10 -8 |
| Тантал | 1, 3 x 10 -7 |
| Вольфрам | 4, 9 x 10 -8 |
| Цинк | 5, 5 x 10 -8 |
Жез менен алюминийдин өткөргүчтүгүн салыштыруу
Өткөргүчтөр электр тогун өткөрүүчү материалдардан турат. Магниттик эмес металлдар электр тогунун идеалдуу өткөргүчтөрү болуп эсептелет. Ар кандай металл өткөргүчтөр зым жана кабелдик өнөр жайында колдонулат, бирок көбүнчө жез жана алюминий. Өткөргүчтөрдүн өткөргүчтүгү, тартылуу күчү, салмагы жана айлана-чөйрөгө тийгизген таасири сыяктуу ар кандай касиеттери бар.
Жез өткөргүчтүн каршылыгы алюминийге караганда кабелдик өндүрүштө көп колдонулат. Дээрлик бардык электрондук кабелдер жезден жасалган, жездин жогорку өткөрүмдүүлүгүн колдонгон башка аппараттар жана жабдуулар. Жез өткөргүчтөр бөлүштүрүүчү системаларда да кеңири колдонулат жанаэлектр энергиясын иштеп чыгаруу, автомобиль енер жайы. Салмагын жана баасын үнөмдөө үчүн өткөргүч компаниялар аба электр чубалгыларында алюминийди колдонууда.
Алюминий жеңилдиги маанилүү болгон тармактарда, мисалы, учак курууда колдонулат жана келечекте анын автомобиль өнөр жайында колдонулушу көбөйүшү күтүлүүдө. Жогорку кубаттуулуктагы кабелдер үчүн жез менен капталган алюминий зым жездин каршылыгынан пайдаланып, жеңил алюминийден структуралык салмакты олуттуу үнөмдөө үчүн колдонулат.
Жез өткөргүчтөр
Жез - эң байыркы белгилүү материалдардын бири. Анын ийкемдүүлүгүн жана электр өткөрүмдүүлүгүн Бен Франклин жана Майкл Фарадей сыяктуу алгачкы электрдик экспериментаторлор пайдаланышкан. Жез материалдарынын ρ төмөн болушу анын телеграф, телефон жана электр кыймылдаткычы сыяктуу ойлоп табууларда колдонулган негизги өткөргүч катары кабыл алынышына алып келди. Жез - эң кеңири таралган өткөргүч металл. 1913-жылы башка металлдардын өткөргүчтүгүн жез менен салыштыруу үчүн жезди тутандыруунун эл аралык стандарты (IACS) кабыл алынган.
Бул стандартка ылайык, коммерциялык жактан таза күйдүрүлгөн жез 100% IACS өткөргүчтүгүнө ээ. Материалдардын каршылыгы стандарт менен салыштырылат. Бүгүнкү күндө өндүрүлгөн коммерциялык таза жез IACS баалуулуктарына ээ болушу мүмкүн, анткени кайра иштетүү технологиясы убакыттын өтүшү менен бир топ өнүккөн. Жездин мыкты өткөргүчтүгүнөн тышкары, металл жогорку чыңалууга, жылуулук өткөрүмдүүлүккө жана жылуулук кеңейүүсүнө ээ. Электрдик максатта колдонулган жылтыратылган жез зым стандарттын бардык талаптарына жооп берет.
Алюминий өткөргүчтөр
Жез электр энергиясын өндүрүү үчүн материал катары узак тарыхка ээ болгонуна карабастан, алюминий аны белгилүү бир колдонуу үчүн жагымдуу кылган белгилүү бир артыкчылыктарга ээ жана анын учурдагы каршылыгы аны көп жолу колдонууга мүмкүндүк берет. Алюминийде жездин өткөргүчтүгү 61%, жездин салмагынын 30% гана болот. Бул алюминий зымдын салмагы бирдей электр каршылыгы бар жез зымдын салмагынан жарым эсе көп экенин билдирет.
Алюминий жез өзөгүнө салыштырмалуу арзаныраак. Алюминий өткөргүчтөрү ар кандай эритмелерден турат, минималдуу алюминий мазмуну 99,5% түзөт. 1960-1970-жылдары жездин баасы жогору болгондуктан, алюминийдин бул сорту турмуш-тиричилик электр зымдарында кеңири колдонула баштаган.
Алюминий менен жездин ортосундагы туташуулардагы начар жасалгандыктан жана физикалык айырмачылыктардан улам, алардын туташуусу боюнча жасалган приборлор жана зымдар жез-алюминий контакттарында өрт коркунучтуу болуп калды. Терс процесске каршы туруу үчүн алюминий эритмелери жезге көбүрөөк окшош сойлоо жана узартуу касиеттери менен иштелип чыккан. Бул эритмелер электр тармактары үчүн коопсуздук талаптарына жооп берген, токтун каршылыгы массалык колдонуу үчүн алгылыктуу болгон струнтуралуу алюминий зымдарын өндүрүү үчүн колдонулат.
Эгер алюминий мурда жез колдонулган жерлерде колдонулса,тармакты бирдей кармоо үчүн, жез зымдан эки эсе чоң алюминий зымды колдонушуңуз керек.
Материалдардын электр өткөрүмдүүлүгүн колдонуу
Каршылык көрсөтүү таблицасында табылган материалдардын көбү электроникада кеңири колдонулат. Алюминий жана өзгөчө жез каршылыктын төмөндүгүнөн улам колдонулат. Бүгүнкү күндө электрдик туташтыруу үчүн колдонулган зымдар менен кабелдердин көбү жезден жасалган, анткени ал ρнын төмөн деңгээлин камсыз кылат жана арзан баада. Алтындын жакшы өткөрүмдүүлүгү, баасына карабастан, кээ бир өтө так аспаптарда да колдонулат.
Алтын жалатуу көбүнчө жогорку сапаттагы төмөнкү чыңалуудагы туташууларда кездешет, мында максаты эң аз контакт каршылыгын камсыз кылуу. Күмүш өнөр жай электротехникасында кеңири колдонулбайт, анткени ал тез кычкылданат жана бул жогорку контакттарга каршылыкка алып келет. Кээ бир учурларда, оксид түзөтүүчү катары иштей алат. Танталга каршылык конденсаторлордо, никельде жана палладийде көптөгөн беттик монтаждоо компоненттери үчүн акыркы байланыштарда колдонулат. Кварц өзүнүн негизги колдонулушун пьезоэлектрдик резонанстык элемент катары табат. Кварц кристаллдары көптөгөн осцилляторлордо жыштык элементтери катары колдонулат, мында анын жогорку мааниси ишенимдүү жыштык схемаларын түзүүгө мүмкүндүк берет.
