Удельное электрическое сопротивление таблица: Удельное электрическое сопротивление обычных электроизоляционных материалов при 20 ° C. Ом*м. Таблица.

Содержание

Удельное электрическое сопротивление обычных электроизоляционных материалов при 20 ° C. Ом*м. Таблица.





Адрес этой страницы (вложенность) в справочнике dpva.ru:  главная страница  / / Техническая информация / / Физический справочник / / Электрические и магнитные величины / / Электрическое сопротивление и проводимость проводников, растворов, почв….  / / Удельное электрическое сопротивление обычных электроизоляционных материалов при 20 ° C. Ом*м. Таблица.

Поделиться:   

Удельное электрическое сопротивление обычных электроизоляционных материалов при 20 ° C. Таблица.

Материал

Удельное электрическое
сопротивление, Ом*м

Битум

1013-1014

Вода дистиллированная

1010

Воск пчелиный

1011-1012

Гетинакс

108-109

Сухая древесина (дерево)

106-107

Канифоль

1012-1013

Капрон

10

10-1011

Лавсан

1014-1016

Мрамор

105-109

Парафин

1014-1016

Полистирол

1013-1015

Полиэтилен

1013-1015

Резина электроизоляционная

1013

Слюда

1013-1016

Стекло

106-1015

Текстолит

108-109

Фарфор электротехнический

7*1010-4*1011

Фибра

1011

Фторопласт-4 (Ф-4, PTFE)

1016-1017

Церазин

1013

Шифер

104-106

Эбонит

(2,6-8,4)*1018

Эскапон

1013-1015

Эпоксидные смолы

1011-1013

Удельное электрическое сопротивление материалов при температуре 20°С, таблица | Формулы и расчеты онлайн

Проводники ρ (Ом·м) Изоляторы ρ (Ом·м)
Алюминий2. 7·10-8 Бакелит1016
Вольфрам5.5·10-8 Бензол1015..1016
Графит8.0·10-6 Бумага1015
Железо1.0·10-7 Вода дистиллированная104
Золото2.2·10-8 Вода морская0.3
Иридий4.74·10-8 Дерево сухое109..1013
Константан5.0·10-7
Земля влажная
102
Литая сталь1.3·10-7 Кварцевое стекло1016
Магний4.4·10-8 Керосин1010..1012
Манганин4.3·10-7 Мрамор108
Медь1. 72·10-8 Парафин1014..1016
Молибден5.4·10-8 Парафиновое масло1014
Нейзильбер3.3·10-7 Плексиглас1013
Никель8.7·10-8 Полистирол1016
Нихром1.12·10-6 Полихлорвинил
1013
Олово1.2·10-7 Полиэтилен1010..1013
Платина1.07·10-7 Силиконовое масло1013
Ртуть9.6·10-7 Слюда1014
Свинец2.08·10-7 Стекло1011
Серебро1.6·10-8 Трансформаторное масло1010
Серый чугун1. 0·10-6 Фарфор1014
Угольные щетки4.0·10-5 Шифер1014
Цинк5.9·10-8 Эбонит1016
Янтарь1018

Удельное электрическое сопротивление диэлектриков (при 20°C) | Формулы и расчеты онлайн

Бакелит
удельное электрическое сопротивление диэлектриков бакелита
10000000.0000 · 109 (Ом · Метр)
Бензол
удельное электрическое сопротивление диэлектриков бензола
15000000.0000 · 109 (Ом · Метр)
Бумага
удельное электрическое сопротивление диэлектриков бумаги
1000000.0000 · 109 (Ом · Метр)
Вода дистилированая
удельное электрическое сопротивление диэлектриков воды дистилированной
0. 00001 · 109 (Ом · Метр)
Вода морская
удельное электрическое сопротивление диэлектриков морской воды
0.0000000003 · 109 (Ом · Метр)
Дерево сухое
удельное электрическое сопротивление диэлектриков сухого дерева
10000.0000 · 109 (Ом · Метр)
Земля влажная
удельное электрическое сопротивление диэлектриков влажной земли
0.0000001 · 109 (Ом · Метр)
Керосин
удельное электрическое сопротивление диэлектриков керосина
1000.0000 · 109 (Ом · Метр)
Мрамор
удельное электрическое сопротивление диэлектриков мрамора
0.1 · 109 (Ом · Метр)
Парафин
удельное электрическое сопротивление диэлектриков парафина
1000000. 0000 · 109 (Ом · Метр)
Парафиновое масло
удельное электрическое сопротивление диэлектриков парафинового масла
100000.0000 · 109 (Ом · Метр)
Плексиглас
удельное электрическое сопротивление диэлектриков плексигласа
10000.0000 · 109 (Ом · Метр)
Полистирол
удельное электрическое сопротивление диэлектриков полистирола
10000000.0000 · 109 (

Удельное сопротивление грунта

Грунт

Удельное сопротивление, среднее значение (Ом*м) Сопротивление заземления для комплекта
ZZ-000-015, Ом
Сопротивление заземления для комплекта
ZZ-000-030, Ом
Сопротивление заземления для комплекта
ZZ-100-102, Ом
Асфальт 200 — 3 200 17 — 277 9,4 — 151 8,3 — 132
Базальт 2 000 Требуются специальные мероприятия (замена грунта)
Бентонит (сорт глины)
2 — 10
0,17 — 0,87 0,09 — 0,47 0,08 — 0,41
Бетон 40 — 1 000 3,5 — 87 2 — 47 1,5 — 41
Вода    
Вода морская 0,2 0 0 0
Вода прудовая 40 3,5 2 1,7
Вода равнинной реки 50 4 2,5 2
Вода грунтовая 20 — 60 1,7 — 5 1 — 3 1 — 2,5
Вечномёрзлый грунт (многолетнемёрзлый грунт)    
Вечномёрзлый грунт — талый слой (у поверхности летом) 500 — 1000 20 — 41
Вечномёрзлый грунт (суглинок) 20 000
Требуются специальные мероприятия (замена грунта)
Вечномёрзлый грунт (песок) 50 000 Требуются специальные мероприятия (замена грунта)
Глина    
Глина влажная 20 1,7 1 0,8
Глина полутвёрдая 60 5 3 2,5
Гнейс разложившийся 275 24 12 11,5
Гравий    
Гравий глинистый, неоднородный 300 26 14 12,5
Гравий однородный 800 69 38 33
Гранит 1 100 — 22 000 Требуются специальные мероприятия (замена грунта)
Гранитный гравий 14 500 Требуются специальные мероприятия (замена грунта)
Графитовая крошка 0,1 — 2 0 0 0
Дресва (мелкий щебень/крупный песок) 5 500 477 260 228
Зола, пепел 40 3,5 2 1,7
Известняк (поверхность) 100 — 10 000 8,7 — 868 4,7 — 472 4,1 — 414
Известняк (внутри) 5 — 4 000 0,43 — 347 0,24 — 189 0,21 — 166
Ил 30 2,6 1,5 1
Каменный уголь 150 13 7 6
Кварц 15 000 Требуются специальные мероприятия (замена грунта)
Кокс 2,5 0,2 0,1 0,1
Лёсс (желтозем) 250 22 12 10
Мел 60 5 3 2,5
Мергель    
Мергель обычный 150 14 7 6
Мергель глинистый (50 — 75% глинистых частиц) 50 4 2 2
Песок    
Песок, сильно увлажненный грунтовыми водами 10 — 60 0,9 — 5 0,5 — 3 0,4 — 2,5
Песок, умеренно увлажненный 60 — 130 5 — 11 3 — 6 2,5 — 5,5
Песок влажный 130 — 400 10 — 35 6 — 19 5 — 17
Песок слегка влажный 400 — 1 500 35 — 130 19 — 71 17 — 62
Песок сухой 1 500 — 4 200 130 — 364 71 — 198 62 — 174
Супесь (супесок) 150 13 7 6
Песчаник 1 000 87 47 41
Садовая земля 40 3,5 2 1,7
Солончак 20 1,7 1 0,8
Суглинок    
Суглинок, сильно увлажненный грунтовыми водами 10 — 60 0,9 — 5 0,5 — 3 0,4 — 2,5
Суглинок полутвердый, лесовидный 100 9 5 4
Суглинок при температуре минус 5 С° 150 6
Супесь (супесок) 150 13 7 6
Сланец 10 — 100      
Сланец графитовый 55 5 2,5 2,3
Супесь (супесок) 150 13 7 6
Торф    
Торф при температуре 10° 25 2 1 1
Торф при температуре 0 С° 50 4 2,5 2
Чернозём 60 5 3 2,5
Щебень    
Щебень мокрый 3 000 260 142 124
Щебень сухой 5 000 434 236 207

Удельное электрическое сопротивление грунта 100 Ом*м, 2 вертикальных очага

    Граундтех /
  • Статьи /
  • Удельное электрическое сопротивление грунта 100 Ом*м, 2 вертикальных очага

Молниезащита объекта III категории
Контур заземления

Общие данные 

Устройство молниезащиты предназначено для обеспечения защиты от прямых ударов молнии (ПУМ).
Здание относится к III категории молниезащиты согласно пп.9, таблицы 1 Инструкции по устройству молниезащиты зданий и сооружений РД 34.21.122-87.

Таблица 1

№ пп.

Здания и сооружения

Местоположение

Тип зоны защиты при использова­нии стержне­вых и тросо­вых молние­отводов

Катего­рия молние­защиты

1

2

3

4

5

9

Небольшие строения III-V степеней огнестойкости, расположенные в сельской местности, в которых отсутствуют помещения, относимые по ПУЭ к зонам взрыво — и пожароопасных классов

В местностях со средней про­должительностью гроз 20 ч в год и более для III, IIIa, IIIб, IV, V степеней огнестойкости при N<0,1, для IVа степени огнестойкости при N<0,02

III

В случае с данным зданием, молниеприемником являются металлические фермы крыши промышленного здания, токоотводами служат металлические колонны, к колонне приваривается кусок металлической арматуры, выходящий сквозь стену наружу, к которому и крепится зажим соединения тип N с последующим устройством очага заземления.

Заземление объекта.

Согласно п.п. 2.13 «В качестве заземлителей защиты от прямых ударов молнии во всех возможных случаях (см. п. 1.8) следует использовать железобетонные фундаменты зданий и сооружений. При невозможности использования фундаментов предусматриваются искусственные заземлители:

  • при наличии молниеприемной сетки или металлической кровли по периметру здания или сооружения прокладывается наружный контур следующей конструкции:
  • в грунтах с эквивалентным удельным сопротивлением   500 Омм при площади здания более 250 м2 выполняется контур из горизонтальных электродов, уложенных в земле на глубине не менее 0,5 м, а при площади здания менее 250 м2 к этому контуру в местах присоединения токоотводов приваривается по одному вертикальному или горизонтальному лучевому электроду длиной 2—3 м;»

3.2.3.2. Специально прокладываемые заземляющие электроды СО 153-34. 21.122-2003.

«Сильно заглубленные заземлители оказываются эффективными, если удельное сопротивление грунта уменьшается с глубиной и на большой глубине оказывается существенно меньше, чем на уровне обычного расположения. Заземлитель в виде наружного контура предпочтительно прокладывать на глубине не менее 0,5 м от поверхности земли и на расстоянии не менее 1 м от стен. Глубина закладки и тип заземляющих электродов выбираются из условия обеспечения минимальной коррозии, а также возможно меньшей сезонной вариации сопротивления заземления в результате высыхания и промерзания грунта.»

Необходимо выполнить траншею глубиной 0,5 м и шириной 0,25 м

Таким образом, согласно таблице 2. 11 РД 34.21.122-87, минимальный диаметр стального вертикального электрода заземления: 10 мм.

Выбираем стержень стальной оцинкованный диаметром 16 мм длиной 1,5 (Z10161).

Конструкция стержня такова, что толщина стержня позволяет заглублять его вертикально при помощи электроинструмента. А резьбовая оснастка позволяет соединять стержня между собой для увеличения глубины залегания. Так достигается наилучшее растекание тока, кроме того на большой глубине, грунт не промерзает и не высыхает.

Стержень оцинкованный длиной 1,5 м – соединяется между собой при помощи муфты (Z10163) и образует вертикальный очаг заземления длиной 3 м.

Стержни заглубляются при помощи кувалды или электроинструмента. Удар должен осуществляться по удароприемной головке (Z10174), которая закручивается в соединительную муфту.

При использовании электроинструмента типа «отбойный молоток» или «перфоратор» необходимо использовать тип патрон SDS-MAX и насадку (Z10105) для передачи удара в головку.

Заглубить вертикальные стержни заземления в местах опусков токоотводов. При установке вертикальных заземлителей необходимо оставить на дне траншеи выпуск стержня длиной 150 мм для подключения горизонтального заземлителя (S10309).

Горизонтальный заземлитель полоса стальная оцинкованная 40х4 мм. П.п. Таблица 3. РД 34.21.122-87.
Таблица 3

 

 

Форма токоотвода и заземлителя

Сечение (диаметр) токоотвода и заземлителя, проложенных

 

снаружи здания на воздухе

в земле

Круглые токоотводы и перемычки диаметром, мм

6

Круглые вертикальные электроды диаметром, мм

10

Круглые горизонтальные* электроды диаметром, мм

10

Прямоугольные электроды:

 

 

сечением, мм

48

160

толщиной, мм

4

4

* Только для выравнивания потенциалов внутри зданий и для прокладки наружных контуров на дне котлована по периметру здания.

Контур прокладывается вокруг здания и соединяется между собой сваркой. Перед сваркой необходимо зачистить слой цинка. После сварки требуется окрасить цинконаполненным составом (M10247). Длина шва 6 см.

 

Выполнить соединение горизонтального и вертикального заземлителя при помощи специального зажима типа N (Z10106). Подключить к зажиму токоотвод.

Очистить соединение «полоса-токоотвод-стержень» от грунта, воды. Обмотать соединение лентой изоляционной (Z10104).

Расчет сопротивления растекания заземляющего устройства

Для сопротивления внешней молниезащиты здания требуется заземляющее устройство с сопротивлением до 10 Ом. Для расчета возьмем усредненную величину удельного сопротивления грунта – 400 Ом/м.

Сопротивление растеканию вертикального заземлителя определяется по формуле:

 

Где:

ρ- удельное сопротивление грунта, Ом/м;

Сij – безразмерный коэффициент, зависящий от формы заземлителя и условий его заглубления;

l — длина вертикального электрода, м;

d — диаметр глубинного электрода, м;

n — количество электродов, шт;

H — заглубление (расстояние от поверхности земли до середины заземлителя, м).

Как правило, с учетом прокладки заземляющего проводника на глубине 0,5 м, H = L/2 + 0,5;

ρ- 100 Ом/м;

l — 7,5 м;

d – 0,016 м;

n – 2 шт;

H – 2 м.

Сопротивление одного вертикального электрода

Коэффициент использования стержней равен 0,8

Сопротивление всех вертикальных заземлителей

Безразмерный коэффициент вертикального электрода, зависящий от формы заземлителя и условий его заглубления:

Найдем коэффициент по формуле, указанной в п.6 таблицы 8 справочника по молниезащите Р.Н. Карякина

Предусматривая коэффициент использования стержней находим сопротивление всех вертикальных заземлителей по формуле:

Число заземлителей

Отношение расстояний между электродами к их длине

1

2

3

1

2

3

Электроды размещены в ряд (рас. 1)

Электроды размещены по контуру (рис.2)

2

0,85

0,91

0,94

4

0,73

0,83

0,89

0,69

0,78

0,85

6

0,65

0,77

0,85

0,61

0,73

0,80

10

0,59

0,74

0,81

0,56

0,68

0,76

20

0,48

0,67

0,76

0,47

0,63

0,71

40

0,41

0,58

0,66

60

0,39

0,55

0,64

100

0,36

0,52

0,62

Отношение расстояний между вертикальными электродами к их длине

Число вертикальных электродов

2

4

6

10

20

40

60

100

Вертикальные электроды размещены в ряд (рис. 1 см. выше)

1

0,85

0,77

0,72

0,62

0,42

2

0,94

0,80

0,84

0,75

0,56

3

0,96

0,92

0,88

0,82

0,68

Вертикальные электроды размещены по контуру (рис. 2 см. выше)

1

0,45

0,40

0,34

0,27

0,22

0,20

0,19

2

0,55

0,48

0,40

0,32

0,29

0,27

0,23

3

0,70

0,64

0,56

0,45

0,39

0,36

0,33

Условия эксплуатации

Для обеспечения постоянной надежности работы устройства молниезащиты ежегодно перед началом грозового сезона производится проверка и осмотр всех устройств молниезащиты.

Во время осмотра и проверки устройств молниезащиты рекомендуется:

  • проверить визуальным осмотром целостность молниеприемников и токоотводов, надежность их соединения и крепления к мачтам;
  • выявить элементы устройств молниезащиты, требующие замены или ремонта вследствие нарушения их механической прочности;
  • определить степень разрушения коррозией отдельных элементов устройств молниезащиты, принять меры по антикоррозионной защите и усилению элементов, поврежденных коррозией;
  • проверить надежность электрических соединений между токоведущими частями всех элементов устройств молниезащиты;
  • проверить соответствие устройств молниезащиты назначению объектов и в случае наличия строительных или технологических изменений за предшествующий период наметить мероприятия по модернизации и реконструкции молниезащиты в соответствии с требованиями настоящей Инструкции;
  • уточнить исполнительную схему устройств молниезащиты и определить пути растекания тока
  • молнии по ее элементам при разряде молнии методом имитации разряда молнии в молниеприемник с помощью специализированного измерительного комплекса, подключенного между молниеприемником и удаленным токовым электродом;
  • Внеочередные осмотры устройств молниезащиты следует производить после стихийных бедствий (ураганный ветер, наводнение, землетрясение, пожар) и гроз чрезвычайной интенсивности.

Для определения технического состояния заземляющего устройства должны проводиться визуальные осмотры видимой части, осмотры заземляющего устройства с выборочным вскрытием грунта, измерение параметров заземляющего устройства в соответствии с нормами испытания электрооборудования.

Визуальные осмотры видимой части заземляющего устройства должны производиться по графику, но не реже 1 раза в 6 месяцев ответственным за электрохозяйство Потребителя или работником, им уполномоченным.

При осмотре оценивается состояние контактных соединений между защитным проводником и оборудованием, наличие антикоррозионного покрытия, отсутствие обрывов.

Результаты осмотров должны заноситься в паспорт заземляющего устройства.

Для определения технического состояния заземляющего устройства в соответствии с нормами испытаний электрооборудования должны производиться:

  • измерение сопротивления заземляющего устройства;
  • измерение напряжения прикосновения (в электроустановках, заземляющее устройство которых выполнено по нормам на напряжение прикосновения), проверка наличия цепи между заземляющим устройством и заземляемыми элементами, а также соединений естественных заземлителей с заземляющим устройством;
  • измерение удельного сопротивления грунта в районе заземляющего устройства

Периодическому контролю со вскрытием в течение шести лет подвергаются все искусственные заземлители, токоотводы и места их присоединений, при этом ежегодно производится проверка до 20 % их общего количества. Пораженные коррозией заземлители и токоотводы при уменьшении их площади поперечного сечения более чем на 25 % должны быть заменены новыми.

Внеочередные замеры сопротивления заземления устройств молниезащиты следует

производить после выполнения ремонтных работ как на устройствах молниезащиты, так и на самих защищаемых объектах и вблизи них.

Результаты проверок оформляются актами, заносятся в паспорта и журнал учета состоянияустройств молниезащиты.

Земляные работы у защищаемых зданий и сооружений объектов, устройств молниезащиты, а также вблизи них производятся, как правило, с разрешения эксплуатирующей организации, которая выделяет ответственных лиц, наблюдающих за сохранностью устройств молниезащиты.

Во время грозы работы на устройствах молниезащиты и вблизи них не производятся.

Приложения 1 – Схема заземляющего устройства

 

Добавить комментарий

Таблица удельных сопротивлений проводников — Морской флот

На практике нередко приходится рассчитывать сопротивление различных проводов. Это можно сделать с помощью формул или по данным, приведенным в табл. 1.

Влияние материала проводника учитывается с помощью удельного сопротивления, обозначаемого греческой буквой ? и представляющего собой сопротивление проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм2. Наименьшим удельным сопротивлением ? = 0,016 Ом•мм2/м обладает серебро. Приведем среднее значение удельного со п ротивления некоторых проводников:

Серебро – 0,016 , Свинец – 0,21 , Медь – 0,017 , Никелин – 0,42 , Алюминий – 0,026 , Манганин – 0,42 , Вольфрам – 0,055 , Константан – 0,5 , Цинк – 0,06 , Ртуть – 0,96 , Латунь – 0,07 , Нихром – 1,05 , Сталь – 0,1 , Фехраль – 1,2 , Бронза фосфористая – 0,11 , Хромаль – 1,45 .

При различных количествах примесей и при разном соотношении компонентов, входящих в состав реостатных сплавов, удельное сопротивление может несколько измениться.

Сопротивление рассчитывается по формуле:

где R — сопротивление, Ом; удельное сопротивление, (Ом•мм2)/м; l — длина провода, м; s — площадь сечения провода, мм2.

Если известен диаметр провода d, то площадь его сечения равна:

Измерить диаметр провода лучше всего с помощью микрометра, но если его нет, то следует намотать плотно 10 или 20 витков провода на карандаш и измерить линейкой длину намотки. Разделив длину намотки на число витков, найдем диаметр провода.

Для определения длины провода известного диаметра из данного материала, необходимой для получения нужного сопротивления, пользуются формулой

Примечание. 1. Данные для проводов, не указанных в таблице, надо брать как некоторые средние значения. Например, для провода из никелина диаметром 0,18 мм можно приблизительно считать, что площадь сечения равна 0,025 мм2, сопротивление одного метра 18 Ом, а допустимый ток равен 0,075 А.

2. Для другого значения плотности тока данные последнего столбца нужно соответственно изменить; например, при плотности тока, равной 6 А/мм2, их следует увеличить в два раза.

Пример 1. Найти сопротивление 30 м медного провода диаметром 0,1 мм.

Решение. Определяем по табл. 1 сопротивление 1 м медного провода, оно равно 2,2 Ом. Следовательно, сопротивление 30 м провода будет R = 30•2,2 = 66 Ом.

Расчет по формулам дает следующие результаты: площадь сечения провода: s= 0,78•0,12 = 0,0078 мм2. Так как удельное сопротивление меди равно 0,017 (Ом•мм2)/м, то получим R = 0,017•30/0,0078 = 65,50м.

Пример 2. Сколько никелинового провода диаметром 0,5 мм нужно для изготовления реостата, имеющего сопротивление 40 Ом?

Решение. По табл. 1 определяем сопротивление 1 м этого провода: R= 2,12 Ом: Поэтому, чтобы изготовить реостат сопротивлением 40 Ом, нужен провод, длина которого l= 40/2,12=18,9 м.

Проделаем тот же расчет по формулам. Находим площадь сечения провода s= 0,78•0,52 = 0,195 мм2. А длина провода будет l = 0,195•40/0,42 = 18,6 м.

Закон Ома устанавливает связь между силой тока в проводнике и разностью потенциалов (напряжением) на его концах. Формулировка для участка электрической цепи (проводника), не содержащего источников электродвижущей силы (ЭДС): сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника. Законы Ома для замкнутой неразветвлённой цепи: сила тока прямо пропорциональна электродвижущей силе и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи. Закон Ома справедлив для постоянных и квазистационарных токов. Был открыт немецким физиком Георгом Омом в 1826 году. * Современная энциклопедия

В случае переменного тока, величины, входящие в расчётные формулы – становятся комплексными.

Закон Ома в дифференциальной форме – описывает исключительно электропроводящие свойства материала, вне зависимости от геометрических размеров.

Удельное электрическое сопротивление вещества есть электросопротивление изготовленного из него куба со сторонами, равными единице (1метр), когда ток идёт перпендикулярно двум его противоположным граням, площадью 1 квадратный метр каждая.

Удельное сопротивление зависит от концентрации в проводнике свободных электронов и от расстояния между ионами кристаллической решетки, иначе говоря, от материала проводника.

Размерность удельного электросопротивления в сист.2/м] (SI – Ω·m, рус. – Ом-метр, англ. – ohm-meter). Для измерения проводниковых материалов разрешается использовать внесистемную единицу –
Ом·мм2/м (для миллиметрового сечения проводника, длиной 1 м., то есть – миллионную часть Ом-метра).

Физический смысл удельного сопротивления: материал (однородный и изотропный*) имеет удельное электрическое сопротивление один Ом·м, если изготовленный из этого материала куб со стороной 1 метр имеет сопротивление 1 Ом при измерении на противоположных гранях куба.
* Изотропность – идентичность физических свойств во всех направлениях.

Удельное сопротивление характеризует способность вещества проводить электрический ток и не зависит от формы и размеров вещества, но меняется, при отличии его температуры от 20 °C (то есть, от комнатной, при которой определялись табличные значения для справочников).

На практике, в технике чаще применяется единица, в миллион раз меньшая (миллиметровое токоведущее сечение), чем Ом·м:

1 мкОм·м (SI – µΩ·m, рус.-9 Ом•м)

Металлы высокой проводимости (не более 0,1 мкОм.м) – используются для изготовления проводов, токопроводящих жил кабелей, обмоток электрических машин и трансформаторов и т. п. Металлы и сплавы высокого сопротивления (не менее 0,3 микроом-метр) – применяются для производства образцовых резисторов, реостатов, электроизмерительных приборов, электронагревательных устройств, нитей ламп накаливания и т. п. Нагревательные сплавы должны выдерживать длительную работу на открытом воздухе – без разрушения при температурах не менее 1000 °С.

Таблица значений удельного электрического сопротивления,
мкОм·м (микроом-метр) = Ом·мм2/м (равные числовые величины)

при температуре окружающей среды 20 градусов по Цельсию

Серебро – 0,015-0,016
Медь – 0,0172-0,0180
Золото – 0,024
Алюминий – 0.026-0.030
Вольфрам – 0,053-0,055
Цинк 0,053-0,062
Никель – 0.068-0,073
Латунь (сплав меди с цинком) – 0,043 – 0,108
Железо – 0,098
Сталь – 0,10-0,14
Олово – 0,12
Оловяно-свинцовый припой – 0,14 – 0,16
Бронзовые сплавы – 0,02 – 0,2
Свинец – 0,217 – 0,227
Никелин – 0,4
Манганин – 0,42 – 0,48
Константан – 0,48 – 0,52
Нихром – 1,05-1,40
Фехраль – 1,15-1,35
Угольно-графитовые щётки для электрических машин – 20-50
Угольный сварочный электрод – 50-90 мкОм·м

Минералка (с минерализацией воды – 2-7 грамм на литр) – 1-4 *10^6 мкОм·м = 1-4 Ом•м
Вода грунтовая – 10-50 *10^6
Влажная / сырая садовая земля (верхний слой почвы, грунта – после поливки) – 20-60 *10^6

Почему в электросетях применяется высокое напряжение

В линии электропередачи, при постоянной передаваемой мощности её потери растут прямо пропорционально длине ЛЭП и обратно пропорционально квадрату ЭДС. Таким образом, считается желательным, увеличение напряжения до величин в десятки (внутригородские воздушные и кабельные сети электропередач на 380 вольт, 6, 10, 20, 35, 110, 220 и 330 кВ) и сотни киловольт (магистральные электросети сверхвысокого – ЛЭП500-750 кВ и ультравысокого напряжения, 1150кВ и выше) на линиях переменного и постоянного (150, 400, 800 кВ) тока. Но, при таких параметрах эксплуатации, постоянно растущем потреблении электрической энергии и частых пиковых перегрузках, износ оборудования, отсутствие резервных мощностей, погодные аномалии, локальные несоответствия требованиям безопасности, непрофессионализм и элементарное разгильдяйство – могут стать причиной нештатных ситуаций и системных аварий (называемых теперь, на английский манер – блэкаут). По этой причине, муниципальные власти любого посёлка и города – имеют постоянную головную боль по обеспечению резервными источниками питания (аккумуляторами и дизель-генераторами) для бесперебойного электроснабжения социальных объектов по резервной схеме.

Спецсплавы на медной основе, в электротехнике

При больших токах, до 10 А – применяют проволочный резистор большой мощности, называемый реостатом. В качестве обмотки используют проволоку, изготовленную из термостабильного (с минимальным температурным коэффициентом) сплава с большим удельным сопротивлением, например, из константана (40% Ni, 1,2% Mn, 58,8% Cu). Если напряжение между соседними витками не превышает 1 вольта – такую проволку можно наматывать плотно, виток к витку, без особой изоляции между витками, благодаря наличию естественной плёнки окисла, образующейся на поверхности данного металла, при быстром (не более трёх секунд) нагреве до достаточно высокой температуры (порядка 900 °С).

В приборах высокого класса точности – применяется манганин (3%Ni, 12%Mn, 85%Cu), менее термоустойчивый, но, в отличие от константанового провода, имеющий очень малую термоЭДС (контактную разность электрических потенциалов) в паре с медью.

Обозначения рекомендуемых кратных и дольных величин от единиц СИ

10^9 Ом – гигаом ГОм GΩ
10^6 Ом – мегаом МОм MΩ
10^3 Ом = 1000 Ом – килоом кОм kΩ.-9 Ом – наноом нОм nΩ

Зависимость сопротивления от температуры.

При нагревании, электрическое сопротивление металлических проводников – возрастает, а при охлаждении – уменьшается. Для вычисления, по формуле, электросопротивления при определённой температуре – используют, так называемый, «температурный коэффициент сопротивления» (ТКС). Расчёты ведутся от некоторого начального уровня температуры. Для интервала температур, в пределах обычных погодных условий (в зимнее и летнее время года) окружающей среды, зависимость для проводника описывается математической формулой:

R2 = R1 * (1 + α * (t2 – t1)),

где R1 (начальное, известное значение, при нуле или 20 градусов по Цельсию, измеренное или посчитанное) и R2 (искомое) – сопротивления резистора соответственно при температурах t1 (0°С или 20°С) и t2; α – температурный коэффициент сопротивления (из справочной таблицы), равный относительному изменению электр. сопротивления (удельного или абсолютного) при изменении температуры на 1 °С. Так как значения ТКС очень малы, то в справочниках их указывают в единицах тысячных или миллионных долей (ppm/°С – Parts Per Million) относительного изменения сопротивления на градус.

Обычно, исходные, табличные значения различных физических постоянных – приводятся или к нормальной комнатной температуре +20 °С или к нулевой (в справочных таблицах проводниковых и реостатных материалов, применяемых в электрических аппаратах).

В металлических термометрах, изготавливаемых из медной или платиновой проволоки – электросопротивление, с повышением температуры (без экстремально высоких, для этих материалов, значений) увеличивается почти линейно. Но, при чрезмерно сильном нагреве, к примеру, тонкого медного провода до температуры красного каления, его активное электрическое сопротивление постоянному току возрастает многократно.

Пример расчёта для стометрового алюминиевого шиноп

WebElements Периодическая таблица »Периодичность» Удельное электрическое сопротивление »Галерея Менделеева

  • Список объектов недвижимости
  • Изобилие
  • Атомные числа
  • Атомные радиусы
  • Атомные спектры
  • Атомная масса
  • Блок в периодической таблице
  • Температура кипения
  • Энтальпия связи
  • Длина связи в элементе
  • Объемный модуль
  • Регистрационный номер CAS
  • Классификация
  • Цвет
  • Ковалентный радиус
  • Критическая температура
  • Кристаллическая структура
  • Плотность твердого вещества
  • Описание
  • Открытие
  • Эффективный ядер.сборы
  • Связь электронов. энергия
  • Удельное электрическое сопротивление
  • Сродство к электрону
  • Структура электронной оболочки
  • Электроотрицательность
  • Электронная конфигурация
  • Энтальпия: распыление
  • Энтальпия плавления
  • Коэффициент расширения
  • Энтальпия: испарение
  • Геология
  • Название группы
  • Групповые номера
  • Твердость
  • Опасности для здоровья
  • История элемента
  • Энтальпия гидратации
  • Константы гидролиза
  • Энергия ионизации
  • Изоляция
  • Изотопы
  • Энергия решетки
  • Диапазон жидкости
  • Масса у человека
  • Значение имени
  • Точки плавления
  • Молярный объем
  • Наименования и символы
  • ЯМР
  • Orbital_properties
  • Число окисления
  • Номера периодов
  • Коэффициент Пуассона
  • Ионные радиусы
  • Радиусов — ионный, Полинг
  • Радиусы — металлик (12)
  • Радиусы — валентная орбиталь
  • Радиусов — Ван дер Ваальс
  • Реакции элементов
  • Понижающие потенциалы
  • Понижающие потенциалы
  • Отражательная способность
  • Показатель преломления
  • Модуль жесткости
  • ГОСТ
  • Сверхпроводимость
  • Условное обозначение
  • Теплопроводность
  • Термодинамика
  • использует
  • Скорость звука
  • Масса рентгеновского излучения абс.коэфф.
  • Модуль Юнга
Удельное электрическое сопротивление Магазин периодической таблицы Таблица для печати
  • Удельное электрическое сопротивление
  • Галерея изображений
    • Галерея Менделеева
    • Heatscapes
    • Гистограмма
    • Группа 1
    • Группа 2
    • Группа 3
    • Группа 4
    • Группа 5
    • Группа 6
    • Группа 7
    • Группа 8
    • Группа 9
    • Группа 10
    • Группа 11
    • Группа 12
    • Группа 13
    • Группа 15
    • Период 3
    • Период 4сп
    • Период 4
    • Период 4д
    • Период 5сп
    • Период 5спд
    • Период 5д
    • Период 6сп
    • Период 6спд
    • Период 6
    • Период 6д
    • Период 6f
    • Период 7
    • Период 7f
    • s- и p-блок
    • Д-Блок
    • Блок f

WebElements Periodic Table »Периодичность» Удельное электрическое сопротивление »группа 8

  • Список объектов недвижимости
  • Изобилие
  • Атомные числа
  • Атомные радиусы
  • Атомные спектры
  • Атомная масса
  • Блок в периодической таблице
  • Температура кипения
  • Энтальпия связи
  • Длина связи в элементе
  • Объемный модуль
  • Регистрационный номер CAS
  • Классификация
  • Цвет
  • Ковалентный радиус
  • Критическая температура
  • Кристаллическая структура
  • Плотность твердого вещества
  • Описание
  • Открытие
  • Эффективный ядер.сборы
  • Связь электронов. энергия
  • Удельное электрическое сопротивление
  • Сродство к электрону
  • Структура электронной оболочки
  • Электроотрицательность
  • Электронная конфигурация
  • Энтальпия: распыление
  • Энтальпия плавления
  • Коэффициент расширения
  • Энтальпия: испарение
  • Геология
  • Название группы
  • Групповые номера
  • Твердость
  • Опасности для здоровья
  • История элемента
  • Энтальпия гидратации
  • Константы гидролиза
  • Энергия ионизации
  • Изоляция
  • Изотопы
  • Энергия решетки
  • Диапазон жидкости
  • Масса у человека
  • Значение имени
  • Точки плавления
  • Молярный объем
  • Наименования и символы
  • ЯМР
  • Orbital_properties
  • Число окисления
  • Номера периодов
  • Коэффициент Пуассона
  • Ионные радиусы
  • Радиусов — ионный, Полинг
  • Радиусы — металлик (12)
  • Радиусы — валентная орбиталь
  • Радиусов — Ван дер Ваальс
  • Реакции элементов
  • Понижающие потенциалы
  • Понижающие потенциалы
  • Отражательная способность
  • Показатель преломления
  • Модуль жесткости
  • ГОСТ
  • Сверхпроводимость
  • Условное обозначение
  • Теплопроводность
  • Термодинамика
  • использует
  • Скорость звука
  • Масса рентгеновского излучения абс.коэфф.
  • Модуль Юнга
Удельное электрическое сопротивление Магазин периодической таблицы Таблица для печати
  • Удельное электрическое сопротивление
  • Галерея изображений
    • Галерея Менделеева
    • Heatscapes
    • Гистограмма
    • Группа 1
    • Группа 2
    • Группа 3
    • Группа 4
    • Группа 5
    • Группа 6
    • Группа 7
    • Группа 8
    • Группа 9
    • Группа 10
    • Группа 11
    • Группа 12
    • Группа 13
    • Группа 15
    • Период 3
    • Период 4сп
    • Период 4
    • Период 4д
    • Период 5сп
    • Период 5спд
    • Период 5д
    • Период 6сп
    • Период 6спд
    • Период 6
    • Период 6д
    • Период 6f
    • Период 7
    • Период 7f
    • s- и p-блок
    • Д-Блок
    • Блок f

% PDF-1.5 % 1 0 obj > endobj 4 0 obj (Введение) endobj 5 0 obj > endobj 8 0 объект (BERT 1 и 2, DCFEMLib, GIMLi — история и названия) endobj 9 0 объект > endobj 12 0 объект (Параметры и команды) endobj 13 0 объект > endobj 16 0 объект (Основные концепции на простом 2D-примере) endobj 17 0 объект > endobj 20 0 объект (Первые шаги) endobj 21 0 объект > endobj 24 0 объект (Регуляризация и соответствие данных) endobj 25 0 объект > endobj 28 0 объект (Качество и доработка сетки) endobj 29 0 объект > endobj 32 0 объект (Обычные сетки) endobj 33 0 объект > endobj 36 0 объект (Индуцированная поляризация) endobj 37 0 объект > endobj 40 0 объект (Другая 2D геометрия) endobj 41 0 объект > endobj 44 0 объект (2D ERT с топографией) endobj 45 0 объект > endobj 48 0 объект (2D данные поперечного ствола) endobj 49 0 объект > endobj 52 0 объект (Закрытая 2d геометрия — томография дерева) endobj 53 0 объект > endobj 56 0 объект (3D геометрия) endobj 57 0 объект > endobj 60 0 объект (Измерения плоской поверхности земли) endobj 61 0 объект > endobj 64 0 объект (3D топография) endobj 65 0 объект > endobj 68 0 объект (3D-межскважинные измерения) endobj 69 0 объект > endobj 72 0 объект (Топография и заглубленные электроды) endobj 73 0 объект > endobj 76 0 объект (Закрытые 3D-геометрии) endobj 77 0 объект > endobj 80 0 объект (Включая предыдущую информацию) endobj 81 0 объект > endobj 84 0 объект (Структурные ограничения) endobj 85 0 объект > endobj 88 0 объект (Контроль региона) endobj 89 0 объект > endobj 92 0 объект (Файл региона) endobj 93 0 объект > endobj 96 0 объект (Пример региона: случай с озером) endobj 97 0 объект > endobj 100 0 объект (Замедленная съемка) endobj 101 0 объект > endobj 104 0 объект (Стратегии) endobj 105 0 объект > endobj 108 0 объект (Обработка и опции) endobj 109 0 объект > endobj 112 0 объект (Межскважинные интервальные измерения) endobj 113 0 объект > endobj 116 0 объект (Измерения столбика почвы) endobj 117 0 объект > endobj 120 0 объект (Установка) endobj 121 0 объект > endobj 124 0 объект (BERT для пользователей Windows) endobj 125 0 объект > endobj 128 0 объект (BERT для пользователей Linux) endobj 129 0 объект > endobj 132 0 объект (История версий \ (бинарные выпуски и в версии bert \)) endobj 133 0 объект > endobj 136 0 объект (Файлы и программы) endobj 137 0 объект > endobj 140 0 объект (Полный список параметров и их значения по умолчанию) endobj 141 0 объект > endobj 144 0 объект (Истории пользователей / HowTo’s) endobj 145 0 объект > endobj 148 0 объект (Как сделать 2-мерную инверсию с внешней топографической информацией) endobj 149 0 объект > endobj 152 0 объект (2D-инверсия с заданными 3D-координатами) endobj 153 0 объект > endobj 156 0 объект (Определяемая пользователем обычная 2d сетка) endobj 157 0 объект > endobj 160 0 объект (Как инвертировать 1d удельное сопротивление в 2D области) endobj 161 0 объект > endobj 164 0 объект (Инверсия пользовательской стандартной трехмерной сетки) endobj 165 0 объект > endobj 168 0 объект (3D инверсия и визуализация 2D профилей в 3D топографии) endobj 169 0 объект > endobj 172 0 объект (Используйте сетку Hydrus3D столбца почвы для прямого расчета) endobj 173 0 объект > endobj 176 0 объект (Как использовать моделирование Hydrus2D для инверсии синтетических данных) endobj 177 0 объект > endobj 180 0 объект (Имитация кольцевых электродов CEM в наклонных скважинах) endobj 181 0 объект > endobj 184 0 объект (Как определить произвольную геометрию, границы и области с помощью внешнего генератора сетки \ (Gmsh \)) endobj 185 0 объект > endobj 189 0 объект > ручей x ڍ VK6WT @ Ĉ: nMn \ 䠕 k5RnS (Xp ߐ G ~ _6 / ߨ RDA4 * 221 ص C-c [qmoyꚺG:} m #? n? ~ e «u) bmdA ݎ5 yoyx; μn & ԁ] PmD% Tʼ) 3J% ae # T $ + U | fsW HTjrSB, ei8 5fNmmh @ ‘TQ * 9iJNZL $ g = $ F + Fg? L

vdw’ːfw ݸ 5 -JiL.> Lnn { ] v2 = MP; h; Xoꟺy + Ȉg | rFmi «

удельное электрическое сопротивление — Calculator.org

Что такое удельное электрическое сопротивление?

Удельное электрическое сопротивление — это свойство материалов, которое отличается от электрического сопротивления, которое является свойством компонента. Удельное сопротивление также известно как удельное электрическое сопротивление или объемное сопротивление . Удельное сопротивление также можно определить как обратную величину проводимости материала — ρ = 1 / σ .Это мера того, как материал препятствует прохождению электрического тока. Единица измерения удельного сопротивления в системе СИ — омметр (Ом · м). Удельное сопротивление ρ (греческая буква ро) определяется как:

ρ = E / J

где ρ — статическое сопротивление (измеряется в В · м / А), E — величина электрического поля (измеряется в В / м), J — величина плотности тока (измеряется в А / м²).

Его также можно определить как: —

ρ = R x A / L

где «R» — электрическое сопротивление (измеренное в Ом), «L» — длина материала (измеренная в м), а «A» — площадь поперечного сечения (в м²).

Есть приложения, в которых важен вес проводника. Здесь удельное сопротивление и плотность вместе более важны, чем только удельное сопротивление. Например, воздушные кабели для больших расстояний часто изготавливаются из алюминия, а не из меди, потому что они легче, и это компенсирует немного более высокое удельное сопротивление.

Как правило, удельное сопротивление металлов увеличивается с температурой. Полупроводники, используемые в активных электронных компонентах, таких как транзисторы и диоды, испытывают снижение удельного сопротивления при повышении температуры.При высоких температурах сопротивление металла линейно увеличивается с повышением температуры, в то время как при более низких температурах температурная зависимость удельного сопротивления подчиняется степенной функции температуры.

Когда температура металла снижается, удельное сопротивление достигает постоянного значения, которое известно как остаточное сопротивление. Значение зависит от типа металла, чистоты и термической истории. Некоторые металлы теряют все электрическое сопротивление при очень низких температурах из-за сверхпроводимости.

Добавьте эту страницу в закладки в своем браузере, используя Ctrl и d или используя одну из следующих служб: (открывается в новом окне)

Таблица 4 | Электрическое сопротивление бетона для оценки долговечности: обзор

Таблица 4

Подробная информация о различных методах измерения, используемых в литературе.

905 × 9051 1 905 ] 905 × NT Build ] 90 517 [39 T227) IL 905 905 12 × 905

Refs Метод измерения
Удельное сопротивление бетона Быстрый тест на проницаемость по хлоридам Другие два 18 905 905 905
[4] × Испытание быстрой миграции хлоридов (NT Build 492) и ASTM C1760
[16] ×
[22] ×
[23] × × Электроды с несколькими кольцами 18
NT Build 492
[24] ×
[25] ×
[26] × ×
[27] [27]
[28] × Стальной потенциал
[29] × × × Скорость ультразвукового импульса
[11] × Электрическая визуализация
[32] ×
[33] ×
×
[35] ×
[36]
[37] × × NT Build 492
[38] ×
×
[40] × ×
[41] [42] × × ×
(ASTM C1202)
[43] × ×
×
[45] ×
[46] × × ×
(AASHTO18 потенциал
[47] × ×
[48] ×
905
[50] × Потенциал коррозии стали
[51] × 905 НТ [52] × ASTM C1556-04
[53] × × ×
(ASTM C1202)
18 —
18 — × KDOT Boil Testing
[55] × Испытание объемной диффузии (NT Build 443), NT Build 492
[56512] × × Глубина проникновения воды
[57] Удельное сопротивление с использованием дискового метода (один внешний электрод)
[58] 905 × NT Build 492
[59] × Испытание естественной диффузии (90 дней)
[60] Метод потенциалов полуэлементов
[21] × ×
[61] × × 12 [62] × ×
Авторы × × × UPV, полуэлементный потенциал, инфракрасная камера

Удельное электрическое сопротивление и проводимость — Infogalactic: ядро ​​планетарных знаний

Удельное электрическое сопротивление (также известное как удельное сопротивление , удельное электрическое сопротивление или объемное сопротивление ) является внутренним свойством, которое количественно определяет, насколько сильно данный материал противодействует протеканию электрического тока.Низкое удельное сопротивление указывает на материал, который легко пропускает электрический ток. Удельное сопротивление обычно обозначается греческой буквой ρ (ро). Единицей измерения удельного электрического сопротивления в системе СИ является омметр (Ом⋅м) [1] [2] [3] , хотя используются и другие единицы, такие как омсантиметр (Ом⋅см). Например, если твердый куб материала размером 1 м × 1 м × 1 м имеет контакты листов на двух противоположных гранях, а сопротивление между этими контактами составляет 1 Ом, то удельное сопротивление материала составляет 1 Ом · м.

Электропроводность или Удельная проводимость является обратной величиной удельного электрического сопротивления и измеряет способность материала проводить электрический ток. Обычно он обозначается греческой буквой σ (сигма), но иногда также используются κ (каппа) (особенно в электротехнике) или γ (гамма). Его единица СИ — сименс на метр (См / м), а единица CGSE — обратная секунда (s -1 ).

Другая связанная величина, широко используемая в литературе по физике плазмы, — это коэффициент магнитной диффузии, определяемый как где — магнитная проницаемость.Единицей измерения коэффициента магнитной диффузии в СИ является.

Определение

Резисторы или проводники одинакового сечения

Кусок резистивного материала с электрическими контактами на обоих концах.

Многие резисторы и проводники имеют одинаковое поперечное сечение с равномерным течением электрического тока и изготовлены из одного материала. (См. Диаграмму справа.) В этом случае удельное электрическое сопротивление ρ (греч. Rho) определяется как:

где

R — электрическое сопротивление однородного образца материала (измеряется в Ом, Ом)
— длина куска материала (в метрах, м)
A — площадь поперечного сечения образца (измеряется в квадратных метрах, м 2 ).

Причина, по которой удельное сопротивление определяется таким образом, заключается в том, что оно делает удельное сопротивление внутренним свойством , в отличие от сопротивления. Все медные провода, независимо от их формы и размера, имеют примерно одинаковое удельное сопротивление , но длинный тонкий медный провод имеет гораздо большее сопротивление , чем толстый короткий медный провод. Каждый материал имеет свое собственное удельное сопротивление — например, удельное сопротивление резины намного больше, чем удельное сопротивление меди.

В гидравлической аналогии прохождение тока через материал с высоким удельным сопротивлением похоже на проталкивание воды по трубе, заполненной песком, а пропускание тока через материал с низким удельным сопротивлением — как проталкивание воды через пустую трубу.Если трубы одинакового размера и формы, у трубы, заполненной песком, будет более высокое сопротивление потоку. Однако сопротивление не определяется исключительно наличием или отсутствием песка. Это также зависит от длины и ширины трубы: короткие или широкие трубы имеют меньшее сопротивление, чем узкие или длинные.

Приведенное выше уравнение можно транспонировать, чтобы получить закон Пуйе (названный в честь Клода Пуйе):

Сопротивление данного материала увеличивается с увеличением длины, но уменьшается с увеличением площади поперечного сечения.Из приведенных выше уравнений удельное сопротивление выражается в единицах СИ в оммометрах. Также иногда используются другие единицы измерения, такие как ом⋅см или ом⋅дюйм.

Формулу можно использовать для интуитивного понимания значения удельного сопротивления. Например, если и (образующий куб с идеально проводящими контактами на противоположных гранях), то сопротивление этого элемента в омах численно равно удельному сопротивлению материала, из которого он сделан, в ом-метрах. Точно так же материал 1 Ом · см будет иметь сопротивление 1 Ом при контакте с противоположными гранями куба 1 см × 1 см × 1 см.

Электропроводность σ (по-гречески сигма) определяется как величина, обратная удельному сопротивлению:

Электропроводность в системе СИ — сименс на метр (См / м).

Общее определение

Приведенное выше определение относится к резисторам или проводникам с одинаковым поперечным сечением, где ток течет через них равномерно. Более основное и общее определение начинается с того факта, что электрическое поле внутри материала заставляет электрический ток течь.Удельное электрическое сопротивление ρ определяется как отношение электрического поля к плотности создаваемого им тока:

где

ρ — удельное сопротивление материала проводника (измеряется в Ом⋅метрах, Ом⋅м),
E — величина электрического поля (в вольтах на метр, В⋅м −1 ),
J — величина плотности тока (в амперах на квадратный метр, A⋅m −2 ),

, в котором E и J находятся внутри проводника.

Электропроводность обратная:

Например, резина — это материал с большим ρ и малым σ , потому что даже очень большое электрическое поле в резине почти не вызывает прохождения тока через него. С другой стороны, медь — это материал с малым ρ и большим σ , потому что даже небольшое электрическое поле пропускает через него большой ток.

Причины проводимости

Упрощенная теория полос

Квантовая механика утверждает, что электроны в атоме не могут принимать произвольное значение энергии.Напротив, электроны должны занимать фиксированные уровни энергии, и значения между этими уровнями невозможны. Когда большое количество таких разрешенных энергетических уровней расположены близко друг к другу (в энергетическом пространстве) — то есть имеют схожие (незначительно отличающиеся) — энергии, мы можем говорить об этих энергетических уровнях вместе как об «энергетической зоне». В материале может быть много таких энергетических зон, в зависимости от атомного номера {количества электронов (если атом нейтрален)} и их распределения (помимо внешних факторов, таких как изменение энергетических зон окружающей средой).

Электроны материала стремятся минимизировать общую энергию материала, переходя в состояния с низкой энергией; однако принцип исключения Паули означает, что все они не могут перейти в самое низкое состояние. Вместо этого электроны «заполняют» зонную структуру, начиная снизу. Характерный энергетический уровень, до которого заполнились электроны, называется уровнем Ферми. Положение уровня Ферми по отношению к зонной структуре очень важно для электропроводности: только электроны на энергетических уровнях около уровня Ферми могут свободно перемещаться, поскольку электроны могут легко перепрыгивать между частично занятыми состояниями в этой области.Напротив, состояния с низкой энергией все время жестко заполнены фиксированным числом электронов, а состояния с высокой энергией всегда пусты от электронов.

В металлах есть много уровней энергии вблизи уровня Ферми, а это означает, что существует много электронов, которые могут двигаться. Это причина высокой электронной проводимости металлов.

Важной частью теории зон является то, что могут существовать запрещенные зоны по энергии: интервалы энергии, которые не содержат уровней энергии.В изоляторах и полупроводниках количество электронов оказывается как раз достаточным для заполнения определенного целого числа низкоэнергетических зон точно до границы. В этом случае уровень Ферми попадает в запрещенную зону. Поскольку вблизи уровня Ферми нет доступных состояний, а электроны не могут свободно перемещаться, электронная проводимость очень мала.

Металлы

Металл состоит из решетки атомов, каждая из которых имеет внешнюю оболочку из электронов, которые свободно отделяются от своих родительских атомов и перемещаются через решетку.Это также известно как положительная ионная решетка. [4] Это «море» диссоциируемых электронов позволяет металлу проводить электрический ток. Когда к металлу прикладывается разность электрических потенциалов (напряжение), возникающее электрическое поле заставляет электроны дрейфовать к положительному выводу. Фактическая скорость дрейфа электронов очень мала, порядка метра в час. Однако, поскольку электроны плотно упакованы в материале, электромагнитное поле распространяется через металл со скоростью света. [5] Механизм аналогичен передаче количества движения шарам в люльке Ньютона. [6]

Металлы обладают стойкостью при температуре около комнатной. Основная причина этого сопротивления — столкновение электронов с атомами, составляющими кристаллическую решетку. Это действует, чтобы рассеять электроны и потерять свою энергию при столкновениях, а не при линейном движении через решетку. В металлах с примесями сопротивление также вносят дефекты решетки. [7]

Чем больше площадь поперечного сечения проводника, тем больше электронов на единицу длины может переносить ток. В результате сопротивление меньше в проводниках с большим поперечным сечением. Количество случаев рассеяния, с которыми сталкивается электрон, проходящий через материал, пропорционально длине проводника. Следовательно, чем длиннее проводник, тем выше сопротивление. На сопротивление также влияют разные материалы. [8]

В полупроводниках и изоляторах

Основные статьи: Полупроводник и изолятор (электричество)

В металлах уровень Ферми находится в зоне проводимости (см. Зонную теорию выше), давая начало свободным электронам проводимости.Однако в полупроводниках положение уровня Ферми находится внутри запрещенной зоны, примерно на полпути между минимумом зоны проводимости и максимумом валентной зоны для собственных (нелегированных) полупроводников. Это означает, что при 0 градусах Кельвина свободных электронов проводимости нет, а сопротивление бесконечно. Однако сопротивление продолжает уменьшаться по мере увеличения плотности носителей заряда в зоне проводимости. В примесных (легированных) полупроводниках легирующие атомы увеличивают концентрацию основных носителей заряда, отдавая электроны в зону проводимости или принимая дырки в валентной зоне.Для обоих типов донорных и акцепторных атомов увеличение плотности примеси снижает сопротивление. Следовательно, высоколегированные полупроводники ведут себя металлически. При очень высоких температурах вклад термически генерируемых носителей преобладает над вкладом атомов примеси, а сопротивление экспоненциально уменьшается с температурой.

В ионных жидкостях / электролитах

Основная статья: Электропроводность (электролитическая)

В электролитах электрическая проводимость осуществляется не зонными электронами или дырками, а движущимися целыми атомными частицами (ионами), каждый из которых несет электрический заряд.Удельное сопротивление ионных жидкостей сильно варьируется в зависимости от концентрации — в то время как дистиллированная вода является почти изолятором, соленая вода является разумным проводником электричества. В биологических мембранах токи переносятся ионными солями. Небольшие отверстия в мембранах, называемые ионными каналами, избирательны по отношению к определенным ионам и определяют сопротивление мембраны.

Сверхпроводимость

Основная статья: Сверхпроводимость

Удельное электрическое сопротивление металлического проводника постепенно уменьшается при понижении температуры.В обычных проводниках, таких как медь или серебро, это уменьшение ограничено примесями и другими дефектами. Даже вблизи абсолютного нуля реальный образец нормального проводника показывает некоторое сопротивление. В сверхпроводнике сопротивление резко падает до нуля, когда материал охлаждается ниже критической температуры. Электрический ток, протекающий в петле из сверхпроводящего провода, может сохраняться бесконечно без источника питания. [9]

В 1986 году исследователи обнаружили, что некоторые керамические материалы из купрата и перовскита имеют критическую температуру выше 90 К (-183 ° C). [ необходима ссылка ] Такая высокая температура перехода теоретически невозможна для обычного сверхпроводника, поэтому исследователи назвали эти проводники высокотемпературными сверхпроводниками . Жидкий азот кипит при 77 К, что облегчает выполнение многих экспериментов и применений, которые менее практичны при более низких температурах. В обычных сверхпроводниках электроны удерживаются вместе парами за счет притяжения, связанного с решеточными фононами. Лучшая доступная модель высокотемпературной сверхпроводимости все еще остается грубой.Существует гипотеза, что спаривание электронов в высокотемпературных сверхпроводниках обеспечивается короткодействующими спиновыми волнами, известными как парамагноны. [10]

Плазма

Основная статья: Плазма (физика) Молния — это пример плазмы, присутствующей на поверхности Земли. Обычно молния разряжает 30 000 ампер при напряжении до 100 миллионов вольт и излучает свет, радиоволны, рентгеновские лучи и даже гамма-лучи. [11] Температура плазмы при молнии может приближаться к 28 000 Кельвинов (28 000 ° C) (50 000 ° F), а плотность электронов может превышать 10 24 м −3 .

Плазма — очень хорошие электрические проводники, и электрические потенциалы играют важную роль. Потенциал, существующий в среднем в пространстве между заряженными частицами, независимо от вопроса о том, как его можно измерить, называется потенциалом плазмы или потенциалом пространства . Если электрод вставлен в плазму, его потенциал обычно значительно ниже потенциала плазмы из-за того, что называется оболочкой Дебая. Хорошая электропроводность плазмы делает ее электрические поля очень маленькими.Это приводит к важному понятию квазинейтральности , согласно которому плотность отрицательных зарядов приблизительно равна плотности положительных зарядов в больших объемах плазмы ( n e = n i ), но на шкале длины Дебая может быть дисбаланс заряда. В особом случае, когда образуются двойных слоев , разделение зарядов может увеличиваться на несколько десятков длин Дебая.

Величина потенциалов и электрических полей должна определяться другими способами, кроме простого определения чистой плотности заряда.Типичный пример — предположить, что электроны удовлетворяют соотношению Больцмана:

Дифференциация этого соотношения позволяет рассчитать электрическое поле по плотности:

Можно получить не квазинейтральную плазму. Электронный луч, например, имеет только отрицательные заряды. Плотность ненейтральной плазмы обычно должна быть очень низкой или очень маленькой. В противном случае отталкивающая электростатическая сила рассеивает его.

В астрофизической плазме дебаевское экранирование предотвращает прямое воздействие электрических полей на плазму на больших расстояниях, т. Е. Больших, чем длина Дебая. Однако наличие заряженных частиц заставляет плазму создавать магнитные поля и воздействовать на них. Это может вызывать и действительно вызывает чрезвычайно сложное поведение, такое как образование двойных слоев плазмы, объекта, который разделяет заряд на несколько десятков длин Дебая. Динамика плазмы, взаимодействующей с внешними и самогенерируемыми магнитными полями, изучается в академической дисциплине магнитогидродинамика.

Плазму часто называют четвертым состоянием материи после твердого тела, жидкостей и газов. [12] [13] Он отличается от этих и других низкоэнергетических состояний материи. Хотя он тесно связан с газовой фазой в том смысле, что он также не имеет определенной формы или объема, он отличается во многих отношениях, включая следующие:

Имущество Газ Плазма
Электропроводность Очень низкий : Воздух является отличным изолятором, пока он не распадется на плазму при напряженности электрического поля выше 30 киловольт на сантиметр. [14] Обычно очень высокая : Для многих целей проводимость плазмы можно рассматривать как бесконечную.
Самостоятельно действующие виды One : Все частицы газа ведут себя одинаково под действием силы тяжести и столкновений друг с другом. Два или три : Электроны, ионы, протоны и нейтроны можно различать по знаку и величине их заряда, так что они ведут себя независимо во многих обстоятельствах, с разными объемными скоростями и температурами, что допускает такие явления, как новые типы волн и нестабильность.
Распределение скоростей Максвелловский : Столкновения обычно приводят к максвелловскому распределению скоростей всех частиц газа с очень небольшим количеством относительно быстрых частиц. Часто не максвелловский : Столкновительные взаимодействия часто бывают слабыми в горячей плазме, и внешнее воздействие может увести плазму далеко от локального равновесия и привести к значительной популяции необычно быстрых частиц.
Взаимодействия Двоичный : Столкновения двух частиц являются правилом, столкновения трех тел крайне редки. Коллективное : Волны, или организованное движение плазмы, очень важны, потому что частицы могут взаимодействовать на больших расстояниях посредством электрических и магнитных сил.

Удельное сопротивление и проводимость различных материалов

Основная статья: Удельное электрическое сопротивление элементов (страница данных)
  • Металлический проводник имеет высокую проводимость и низкое удельное сопротивление.
  • Изолятор, подобный стеклу, имеет низкую проводимость и высокое сопротивление.
  • Электропроводность полупроводника обычно является промежуточной, но сильно варьируется в зависимости от различных условий, таких как воздействие на материал электрических полей или определенных частот света, и, что наиболее важно, от температуры и состава полупроводникового материала.

Степень легирования полупроводников имеет большое значение для проводимости. В некотором смысле, большее количество легирования приводит к более высокой проводимости. Электропроводность водного раствора сильно зависит от концентрации растворенных в нем солей и других химических веществ, которые ионизируются в растворе.Электропроводность образцов воды используется как индикатор того, насколько образец не содержит соли, ионов или примесей; чем чище вода, тем ниже проводимость (тем выше удельное сопротивление). Измерения электропроводности в воде часто обозначаются как удельной проводимости относительно проводимости чистой воды при 7002298150000000000 25 ° C. Измеритель ЕС обычно используется для измерения проводимости раствора. Примерное резюме выглядит следующим образом:

В этой таблице показаны удельное сопротивление, проводимость и температурный коэффициент различных материалов при 20 ° C (68 ° F, 293 K)

000000000000 ♠ 2,44 × 10 −8 000000000000 ♠ 5.60 × 10 −8 99999999999 ♠ 10 −21
Материал ρ (Ом · м) при 7002293150000000000 20 ° C σ (См / м) при 7002293150000000000 ♠ 20 ° C Температура
коэффициент [примечание 1]
(K -1 )
Номер ссылки
Углерод (графен) 69000000000000 ♠ 1.00 × 10 −8 7008100000000000000 ♠ 1.00 × 10 8 -0,0002 [15]
Серебро 699215

00000000 ♠ 1,59 × 10 −8

7007630000000000000 ♠ 6,30 × 10 7 0,0038 [16] [17]
Медь 69999999999999 ♠ 1,68 × 10 −8 7007596000000000000 ♠ 5.96 × 10 7 0.003862 [18]
Медь отожженная [примечание 2] 69000000000000 ♠ 1,72 × 10 −8 7007580000000000000 ♠ 5.80 × 10 7 0,00393 [19]
Золото [примечание 3] 69
7007410000000000000 ♠ 4,10 × 10 7 0,0034 [16]
Алюминий [примечание 4] 69000000000000 ♠ 2.82 × 10 −8 7007350000000000000 ♠ 3,50 × 10 7 0,0039 [16]
Кальций 69999999999999 ♠ 3,36 × 10 −8 7007298000000000000 ♠ 2,98 × 10 7 0,0041
Вольфрам 69 700717

00000000 ♠ 1,79 × 10 7

0,0045 [16]
цинк 69925

000000000 ♠ 5.90 × 10 −8

700716

00000000 ♠ 1,69 × 10 7

0,0037 [20]
Никель 699269

00000000 ♠ 6,99 × 10 −8

7007143000000000000 ♠ 1,43 × 10 7 0,006
Литий 6992928000000000000 ♠ 9,28 × 10 −8 7007108000000000000 ♠ 1,08 × 10 7 0,006
Утюг 6993100000000000000 ♠ 1.00 × 10 −7 7007100000000000000 ♠ 1.00 × 10 7 0,005 [16]
Платина 6993106000000000000 ♠ 1,06 × 10 −7 7006943000000000000 ♠ 9,43 × 10 6 0,00392 [16]
Олово 699310

00000000 ♠ 1,09 × 10 −7

70060000000000 ♠ 9,17 × 10 6 0.0045
Углеродистая сталь (1010) 6993143000000000000 ♠ 1,43 × 10 −7 700669

00000000 ♠ 6,99 × 10 6

[21]
Свинец 6993220000000000000 ♠ 2,20 × 10 −7 7006455000000000000 ♠ 4.55 × 10 6 0,0039 [16]
Титан 6993420000000000000 ♠ 4,20 × 10 −7 7006238000000000000 ♠ 2.38 × 10 6 0,0038
Электротехническая сталь с ориентированной зернистостью 6993459999999999999 ♠ 4,60 × 10 −7 7006217000000000000 ♠ 2,17 × 10 6 [22]
Манганин 6993482000000000000 ♠ 4,82 × 10 −7 7006206999999999999 ♠ 2,07 × 10 6 0,000002 [23]
Константан 6993489999999999999 ♠ 4.90 × 10 −7 7006204000000000000 ♠ 2,04 × 10 6 0,000008 [24]
Нержавеющая сталь [примечание 5] 69936

000000000 ♠ 6,90 × 10 −7

7006145000000000000 ♠ 1,45 × 10 6 [25]
Меркурий 6993979999999999999 ♠ 9.80 × 10 −7 7006102000000000000 ♠ 1.02 × 10 6 0.0009 [23]
Нихром [примечание 6] 6994110000000000000 ♠ 1,10 × 10 −6 7005670000000000000 ♠ 6,7 × 10 5 6996400000000000000 ♠ 0,0004 [16]
GaAs 6997100000000000000 ♠ 1.00 × 10 −3 до 7008100000000000000 ♠ 1.00 × 10 8 69000000000000 ♠ 1,00 × 10 −8 до 7003100000000000000 ♠ 10 3 [26]
Углерод (аморфный) 6996500000000000000 ♠ 5.От 00 × 10 −4 до 6996800000000000000 ♠ 8,00 × 10 −4 7003125000000000000 ♠ 1,25 × 10 3 до 7003200000000000000 ♠ 2 × 10 3 -0,0005 [16] [27]
Углерод (графит) [примечание 7] 6994249999999999999 ♠ 2,50 × 10 −6 до 6994499999999999999 ♠ 5,00 × 10 −6 // базисная плоскость
6997300000000000000 ♠ 3,00 × 10 −3 ⊥ базальная плоскость
7005200000000000000 ♠ 2.00 × 10 5 до 7005300000000000000 ♠ 3,00 × 10 5 // базисная плоскость
7002330000000000000 ♠ 3,30 × 10 2 ⊥ базальная плоскость
[28]
ПЕДОТ: PSS 6997100000000000000 ♠ 1.00 × 10 −3 до 69900000000000 ♠ 1.00 × 10 −1 7001100000000000000 ♠ 1 × 10 1 до 7003460000000000000 ♠ 4,6 × 10 3 ? [29]
Германий [примечание 8] 6999459999999999999 ♠ 4.60 × 10 -1 2,17 -0,048 [16] [17]
Морская вода [примечание 9] 69900000000000 ♠ 2,00 × 10 -1 7000480000000000000 ♠ 4.80 [30]
Вода для бассейнов [примечание 10] 6999333000000000000 ♠ 3,33 × 10 −1 до 6999400000000000000 ♠ 4,00 × 10 −1 69900000000000 ♠ 0.От 25 до 6999300000000000000 0,30 [31]
Питьевая вода [примечание 11] 7001200000000000000 ♠ 2,00 × 10 1 до 7003200000000000000 ♠ 2,00 × 10 3 6996500000000000000 ♠ 5,00 × 10 −4 до 6998500000000000000 ♠ 5,00 × 10 −2 [ необходима ссылка ]
Кремний [примечание 8] 7002640000000000000 ♠ 6.40 × 10 2 6997156000000000000 ♠ 1,56 × 10 −3 3001250000000000000 ♠ −0,075 [16]
Дерево (влажное) 7003100000000000000 ♠ 1.00 × 10 3 до 7004100000000000000 ♠ 1.00 × 10 4 6996100000000000000 ♠ 10 −4 до 6997100000000000000 ♠ 10 −3 [32]
Деионизированная вода [примечание 12] 7005180000000000000 ♠ 1.80 × 10 5 6994550000000000000 ♠ 5,50 × 10 −6 [33]
Стекло 7011100000000000000 ♠ 1.00 × 10 11 до 7015100000000000000 ♠ 1.00 × 10 15 6985100000000000000 ♠ 10 −15 до 69800000000000 ♠ 10 −11 ? [16] [17]
Твердая резина 7013100000000000000 ♠ 1.00 × 10 13 6986100000000000000 ♠ 10 −14 ? [16]
Древесина (сушка в духовке) 7014100000000000000 ♠ 1.00 × 10 14 до 7016100000000000000 ♠ 1,00 × 10 16 6984100000000000000 ♠ 10 −16 до 6986100000000000000 ♠ 10 −14 [32]
сера 7015100000000000000 ♠ 1.00 × 10 15 6984100000000000000 ♠ 10 −16 ? [16]
Воздух 7016130000000000000 ♠ 1,30 × 10 16 до 7016330000000000000 ♠ 3.30 × 10 16 6985300000000000000 ♠ 3 × 10 −15 до 6985800000000000000 ♠ 8 × 10 −15 [34]
Карбон (алмаз) 7012100000000000000 ♠ 1,00 × 10 12 ~ 6987100000000000000 ♠ 10 −13 [35]
Плавленый кварц 7017750000000000000 ♠ 7,50 × 10 17 6982130000000000000 ♠ 1,30 × 10 −18 ? [16]
ПЭТ 7021100000000000000 ♠ 1.00 × 10 21 697 ?
тефлон 7023100000000000000 ♠ 1.00 × 10 23 до 7025100000000000000 ♠ 1.00 × 10 25 6975100000000000000 ♠ 10 −25 до 6977100000000000000 ♠ 10 −23 ?

Эффективный температурный коэффициент зависит от температуры и степени чистоты материала. Значение 20 ° C является приблизительным при использовании при других температурах.Например, для меди коэффициент становится ниже при более высоких температурах, а значение 0,00427 обычно указывается как 7002273149999999999 0 ° C. [36]

Чрезвычайно низкое удельное сопротивление (высокая проводимость) серебра характерно для металлов. Джордж Гамов аккуратно резюмировал природу взаимодействия металлов с электронами в своей научно-популярной книге One, Two, Three … Infinity (1947): «Металлические вещества отличаются от всех других материалов тем, что внешние оболочки их атомов связаны довольно слабо и часто позволяют одному из своих электронов уйти на свободу.Таким образом, внутренняя часть металла заполнена большим количеством непривязанных электронов, которые бесцельно путешествуют, как толпа перемещенных лиц. Когда на металлическую проволоку действует электрическая сила, приложенная к ее противоположным концам, эти свободные электроны устремляются в направлении силы, образуя, таким образом, то, что мы называем электрическим током ». С технической точки зрения, модель свободных электронов дает базовое описание потока электронов. в металлах.

Древесина широко считается чрезвычайно хорошим изолятором, но ее удельное сопротивление сильно зависит от содержания влаги, при этом влажная древесина является как минимум в 7010100000000000000 ♠ 10 10 худшим изолятором, чем высушенная в печи. [32] В любом случае достаточно высокое напряжение — например, при ударах молнии или некоторых высоковольтных линиях электропередач — может привести к пробою изоляции и риску поражения электрическим током даже при явно сухой древесине.

Температурная зависимость

Линейное приближение

Удельное электрическое сопротивление большинства материалов изменяется с температурой. Если температура T не слишком сильно меняется, обычно используется линейное приближение:

, где называется температурным коэффициентом удельного сопротивления . — фиксированная эталонная температура (обычно комнатная) и удельное сопротивление при температуре.Параметр представляет собой эмпирический параметр, подобранный на основе данных измерений. Поскольку линейное приближение — это только приближение, оно отличается для разных эталонных температур. По этой причине принято указывать температуру, которая была измерена при помощи суффикса, например, и соотношение сохраняется только в диапазоне температур вокруг эталона. [37] Когда температура изменяется в большом диапазоне температур, линейное приближение неадекватно, и следует использовать более подробный анализ и понимание.

Металлы

В общем, удельное электрическое сопротивление металлов увеличивается с температурой. Электрон-фононные взаимодействия могут играть ключевую роль. При высоких температурах сопротивление металла линейно увеличивается с температурой. По мере того, как температура металла понижается, температурная зависимость удельного сопротивления следует степенному закону функции температуры. Математически температурная зависимость удельного сопротивления металла ρ определяется формулой Блоха – Грюнайзена:

где — остаточное сопротивление из-за рассеяния на дефектах, A — константа, которая зависит от скорости электронов на поверхности Ферми, радиуса Дебая и концентрации электронов в металле.представляет собой температуру Дебая, полученную из измерений удельного сопротивления, и очень близко соответствует значениям температуры Дебая, полученным из измерений удельной теплоемкости. n — целое число, которое зависит от характера взаимодействия:

  1. n = 5 означает, что сопротивление обусловлено рассеянием электронов на фононах (как и для простых металлов)
  2. n = 3 означает, что сопротивление обусловлено s-d-рассеянием электронов (как в случае переходных металлов)
  3. n = 2 означает, что сопротивление обусловлено электрон-электронным взаимодействием.

Если одновременно присутствует более одного источника рассеяния, Правило Маттиссена (впервые сформулированное Августом Маттиссеном в 1860-х годах) [38] [39] гласит, что общее сопротивление можно приблизительно определить, сложив несколько различных членов, каждое с соответствующим значением n .

Поскольку температура металла достаточно снижена (чтобы «заморозить» все фононы), удельное сопротивление обычно достигает постоянного значения, известного как остаточное сопротивление .Это значение зависит не только от типа металла, но и от его чистоты и термической истории. Величина остаточного сопротивления металла определяется концентрацией его примесей. Некоторые материалы теряют все электрическое сопротивление при достаточно низких температурах из-за эффекта, известного как сверхпроводимость.

Исследование низкотемпературного сопротивления металлов было мотивацией для экспериментов Хайке Камерлинг-Оннеса, которые привели в 1911 году к открытию сверхпроводимости. Подробности см. В истории сверхпроводимости.

Полупроводники

Основная статья: Полупроводник

В целом собственное удельное сопротивление полупроводника уменьшается с повышением температуры. Электроны попадают в зону энергии проводимости под действием тепловой энергии, где они текут свободно, и при этом оставляют дыры в валентной зоне, которые также текут свободно. Электрическое сопротивление типичного собственного (нелегированного) полупроводника экспоненциально уменьшается с температурой:

Еще лучшее приближение температурной зависимости удельного сопротивления полупроводника дается уравнением Стейнхарта – Харта:

, где A , B и C — это так называемые коэффициенты Стейнхарта – Харта .

Это уравнение используется для калибровки термисторов.

Внешние (легированные) полупроводники имеют гораздо более сложный температурный профиль. При повышении температуры, начиная с абсолютного нуля, их сопротивление сначала резко падает, поскольку носители покидают доноры или акцепторы. После того, как большинство доноров или акцепторов потеряли своих носителей, сопротивление снова начинает немного увеличиваться из-за уменьшения подвижности носителей (как в металле). При более высоких температурах он ведет себя как собственные полупроводники, поскольку носители от доноров / акцепторов становятся незначительными по сравнению с носителями, генерируемыми термически. [40]

В некристаллических полупроводниках проводимость может происходить за счет квантового туннелирования зарядов из одного локализованного участка в другой. Это известно как скачкообразная перестройка диапазона и имеет характерную форму

,

, где n = 2, 3, 4, в зависимости от размерности системы.

Комплексное сопротивление и проводимость

При анализе реакции материалов на переменные электрические поля (диэлектрическая спектроскопия) в таких приложениях, как электроимпедансная томография, [41] удобно заменить сопротивление сложной величиной, называемой импедансом (по аналогии с электрическим импедансом) .Импедивность — это сумма реальной составляющей, удельного сопротивления и мнимой составляющей, реактивность (по аналогии с реактивным сопротивлением). Величина импедативности — это квадратный корень из суммы квадратов значений удельного сопротивления и реактивности.

И наоборот, в таких случаях проводимость должна быть выражена в виде комплексного числа (или даже в виде матрицы комплексных чисел в случае анизотропных материалов), называемой адмиттивностью . Адмиттивность — это сумма реальной составляющей, называемой проводимостью, и воображаемой составляющей, называемой восприимчивостью.

В альтернативном описании реакции на переменные токи используется реальная (но зависящая от частоты) проводимость наряду с реальной диэлектрической проницаемостью. Чем больше проводимость, тем быстрее сигнал переменного тока поглощается материалом (т.е. тем более непрозрачным является материал). Дополнительные сведения см. В разделе «Математические описания прозрачности».

Тензорные уравнения для анизотропных материалов

Некоторые материалы являются анизотропными, то есть имеют разные свойства в разных направлениях.Например, кристалл графита микроскопически состоит из стопки листов, и ток очень легко течет через каждый лист, но гораздо труднее перемещается от одного листа к другому. [28]

Для анизотропного материала обычно недопустимо использовать скалярные уравнения

Например, ток может не течь точно в том же направлении, что и электрическое поле. Вместо этого уравнения обобщаются до трехмерной тензорной формы [42] [43]

, где проводимость σ и удельное сопротивление ρ являются тензорами ранга 2 (другими словами, матрицы 3 × 3).Уравнения компактно проиллюстрированы в виде компонентов (с использованием индексных обозначений и правил суммирования): [44]

Тензоры σ и ρ являются инверсными (в смысле инверсии матрицы). Отдельные компоненты не обязательно противоположны; например, σ xx не может быть равно 1/ ρ xx .

Сопротивление в зависимости от удельного сопротивления в сложной геометрии

Даже если удельное сопротивление материала известно, вычисление сопротивления чего-либо, сделанного из него, в некоторых случаях может быть намного сложнее, чем приведенная выше формула.Одним из примеров является профилирование сопротивления растеканию, когда материал неоднороден (разное удельное сопротивление в разных местах), и точные пути прохождения тока не очевидны.

В таких случаях формулы

необходимо заменить на

, где E и J теперь векторные поля. Это уравнение вместе с уравнением неразрывности для J и уравнением Пуассона для E образуют набор уравнений в частных производных.В особых случаях точное или приближенное решение этих уравнений может быть получено вручную, но для получения очень точных ответов в сложных случаях могут потребоваться компьютерные методы, такие как анализ методом конечных элементов.

Произведения удельного сопротивления

В некоторых приложениях, где вес объекта очень важен, удельное сопротивление удельное сопротивление более важно, чем абсолютно низкое удельное сопротивление — часто можно сделать проводник толще, чтобы компенсировать более высокое удельное сопротивление; и тогда желателен материал продукта с низкой удельной плотностью (или, что эквивалентно, с высоким отношением проводимости к плотности).Например, для воздушных линий электропередач на большие расстояния чаще используется алюминий, чем медь, поскольку он легче при той же проводимости.

Материал Удельное сопротивление (нОм · м) Плотность (г / см 3 ) Удельное сопротивление-плотность
произведение (нОм · м · г / см 3 )
Удельное сопротивление-плотность

относительно меди

Сечение / объем проводника

с такой же проводимостью относительно меди

Натрий 47.7 0,97 46 30,66˙% 2,843
Литий 92,8 0,53 49 32,66˙% 5,531
Кальций 33,6 1,55 52 34,66˙% 2,002
Калий 72,0 0,89 64 42,66˙% 4,291
Бериллий 35.6 1,85 66 44% 2,122
Алюминий 26,50 2,70 72 48% 1,5792
Магний 43,90 1,74 76,3 50,86˙% 2,616
Медь 16,78 8,96 150 100% 1
Серебро 15.87 10,49 166 110,66˙% 0,946
Золото 22,14 19,30 427 284,66˙% 1,319
Утюг 96,1 7,874 757 504,66˙% 5,727

Серебро, хотя и является наименее резистентным из известных металлов, имеет высокую плотность и плохо себя чувствует по этому показателю. Кальций и щелочные металлы имеют лучшие произведения удельного сопротивления и плотности, но редко используются для проводников из-за их высокой реакционной способности с водой и кислородом.Алюминий гораздо более устойчив. Два других важных атрибута, цена и токсичность, исключают (в остальном) лучший выбор: бериллий. Таким образом, алюминий обычно является предпочтительным металлом, когда решающим фактором является вес или стоимость проводника.

См. Также

Банкноты

  1. ↑ Числа в этом столбце увеличивают или уменьшают значительную часть удельного сопротивления. Например, при 30 ° C (303 K) удельное сопротивление серебра составляет 69
000000000000 ♠ 1,65 × 10 −8 .Это рассчитывается как Δρ = α ΔT ρ o , где ρ o — удельное сопротивление при 7002293150000000000 20 ° C (в данном случае), а α — температурный коэффициент.
  • ↑ Именуется 100% IACS или Международным стандартом отожженной меди. Устройство для выражения проводимости немагнитных материалов путем испытания методом вихревых токов. Обычно используется для проверки состояния и сплава алюминия.
  • ↑ Золото обычно используется в электрических контактах, потому что оно не подвержено коррозии.
  • ↑ Обычно используется для высоковольтных линий электропередачи
  • ↑ Аустенитная нержавеющая сталь с 18% хрома / 8% никеля
  • ↑ Никель-железо-хромовый сплав, обычно используемый в нагревательных элементах.
  • ↑ Графит сильно анизотропен.
  • 8,0 8,1 Удельное сопротивление полупроводников сильно зависит от наличия примесей в материале.
  • ↑ Соответствует средней солености 35 г / кг при 7002293150000000000 ♠ 20 ° C.
  • ↑ Значение pH должно быть около 8.4 и проводимость в диапазоне 2,5 — 3 мСм / см. Меньшее значение подходит для свежеприготовленной воды. Электропроводность используется для определения TDS (общего количества растворенных частиц).
  • ↑ Этот диапазон значений типичен для питьевой воды высокого качества и не является показателем качества воды
  • ↑ Проводимость самая низкая при наличии одноатомных газов; изменяется на 6996120000000000000 1,2 × 10 −4 при полной дегазации или на 6995750000000000000 ♠ 7,5 × 10 −5 при уравновешивании с атмосферой за счет растворенного CO 2
  • Список литературы

    1. Лоури. Основы геофизики . Издательство Кембриджского университета. С. 254–. ISBN 978-1-139-46595-3 .
    2. Нариндер Кумар (2003). Комплексная физика XII . Публикации Лакшми. С. 282–. ISBN 978-81-7008-592-8 .
    3. Эрик Богатин (2004). целостность сигнала: упрощенный .Prentice Hall Professional. С. 114–. ISBN 978-0-13-066946-9 .
    4. ↑ Связь (сл). ibchem.com
    5. «Ток в зависимости от скорости дрейфа». Кабинет физики. Проверено 20 августа 2014 г.
    6. Лоу, Дуг (2012). Электроника МФУ для чайников . Джон Вили и сыновья.ISBN 978-0-470-14704-7 .
    7. «Текущее электричество — Урок 3 — Электрическое сопротивление». Кабинет физики. Проверено 20 августа 2014 г.
    8. ↑ Суреш В. Веттор Электропроводность и сверхпроводимость. ias.ac.in. Сентябрь 2003
    9. Джон К. Галлоп (1990). СКВИДЫ, эффекты Джозефсона и сверхпроводящая электроника .CRC Press. С. 3, 20. ISBN 0-7503-0051-5 .
    10. Д. Пайнс (2002). «Модель спиновых флуктуаций высокотемпературной сверхпроводимости: достижения и перспективы». Симметрия щели и флуктуации в высокотемпературных сверхпроводниках . Научная серия НАТО: B :. 371 . Нью-Йорк: Kluwer Academic. С. 111–142. DOI: 10.1007 / 0-306-47081-0_7.

      Добавить комментарий

      Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *