Удельное сопротивление (при 20° C)
| Вещество | Уровень удельного сопротивления, мкОм • мм2/м |
|---|---|
| Алюминий | 0,028 |
| Вольфрам | 0,055 |
| Железо | 0,098 |
| Золото | 0,023 |
| Константан | 0,44−0,52 |
| Латунь | 0,025−0,06 |
| Манганин | 0,42−0,48 |
| Медь | 0,0175 |
| Молибден | 0,057 |
| Никелин | 0,39−0,45 |
| Никель | 0,100 |
| Олово | 0,115 |
| Ртуть | 0,958 |
| Свинец | 0,221 |
| Серебро | 0,016 |
| Тантал | 0,155 |
| Фехраль | 1,1−1,3 |
| Хром | 0,027 |
| Цинк | 0,059 |
| Вещество | К | Вещество | К |
|---|---|---|---|
| Алюминий | 0,0042 | Олово | 0,0042 |
| Вольфрам | 0,0048 | Платина | 0,004 |
| Константан | 0,2 | Ртуть | 0,0009 |
| Латунь | 0,001 | Свинец | 0,004 |
| Медь | 0,0043 | Серебро | 0,0036 |
| Манганин | 0,3 | Сталь | 0,006 |
| Молибден | 0,0033 | Тантал | 0,0031 |
| Никель | 0,005 | Хром | 0,006 |
| Никелин | 0,0001 | Фехраль | 0,0002 |
| Нихром | 0,0001 | Цинк | 0,004 |
Сплавы сопротивления
- Константан (58,8 Cu, 40 Ni, 1,2 Mn)
- Манганин (85 Cu, 12 Mn, 3 Ni)
- Нейзильбер (65 Cu, 20 Zn, 15 Ni)
- Никелин (54 Cu, 20 Zn, 26 Ni)
- Нихром (67,5 Ni, 15 Cr, 16 Fe, 1,5 Mn)
- Реонат (84Cu, 12Mn, 4 Zn)
- Фехраль (80 Fe, 14 Cr, 6 Al)
Удельное сопротивление нихрома
Рассмотрим электронную теорию данного явления.
При движении по проводнику свободные электроны постоянно встречают на своем пути другие электроны и атомы. Взаимодействуя с ними, свободный электрон теряет часть своего заряда. Таким образом, электроны сталкиваются с сопротивлением со стороны материала проводника. Каждое тело имеет свою атомную структуру, которая оказывает электрическому току разное сопротивление. Единицей сопротивления принято считать Ом.
Сопротивление каждого отдельно взятого проводника (обозначается R или r.) зависит от свойств материала, из которого он изготовлен. Для точной характеристики электрического сопротивления того или иного материала было введено понятие — удельное сопротивление (нихрома, алюминия и т. д.). Удельным считается сопротивление проводника длиной до 1 м, сечение которого — 1 кв. мм. Этот показатель обозначается буквой p. Каждый материал, использующийся в производстве проводника, обладает своим удельным сопротивлением. Для примера рассмотрим удельное сопротивление нихрома и фехрали.
- Х15Н60 — 1.
- Х23Ю5Т — 1.39 Ом* мм2/м
- Х20Н80 — 1.12 Ом* мм2/м
- ХН70Ю — 1.30 Ом* мм2/м
- ХН20ЮС — 1.02 Ом* мм2/м
Применение
Высокий уровень удельное сопротивления нихрома, фехрали позволяет использовать эти материалы в произвгоодстве нагревательных элементов. Самая распространенная продукция — нихромовая нить, лента, полоса Х15Н60 и Х20Н80, а также фехралевая проволока Х23Ю5Т. для приборов теплового действия, бытовых приборов и электронагревательных элементов промышленных печей.
Удельное сопротивление и сверхпроводимость
Публикации по материалам Д. Джанколи. «Физика в двух томах» 1984 г. Том 2.
На опыте установлено, что сопротивление R металлического проводника прямо пропорционально его длине L и обратно пропорционально площади его поперечного сечения А:
R = ρL/А
4)где коэффициент ρ называется удельным сопротивлением и служит характеристикой вещества, из которого изготовлен проводник. Это соответствует здравому смыслу: сопротивление толстого провода должно быть меньше, чем тонкого, поскольку в толстом проводе электроны могут перемещаться по большей площади. И можно ожидать роста сопротивления с увеличением длины проводника, так как увеличивается количество препятствий на пути потока электронов.
Типичные значения ρ для разных материалов приведены в первом столбце табл. 26.2. (Реальные значения зависят от чистоты вещества, термической обработки, температуры и других факторов.)
|
Таблица 26.2. Удельное сопротивление и температурный коэффициент сопротивления (ТКС) (при 20 °С) |
||
| Вещество | Удельное сопротивление ρ,Ом·м | ТКС α,°C-1 |
| Проводники | ||
| Серебро | 1,59·10-8 | 0,0061 |
| Медь | 1,68·10-8 | 0,0068 |
| Алюминий | 2,65·10-8 | 0,00429 |
| Вольфрам | 0,0045 | |
| Железо | 9,71·10-8 | 0,00651 |
| Платина | 10,6·10-8 | 0,003927 |
| Ртуть | 98·10-8 | 0,0009 |
| Нихром (сплав Ni, Fe, Сг) | 100·10-8 | 0,0004 |
| Полупроводники 1) | ||
| Углерод (графит) | (3-60)·10-5 | -0,0005 |
| Германий | (1-500)·10-5 | -0,05 |
| Кремний | 0,1 — 60 | -0,07 |
| Диэлектрики | ||
| Стекло | 109 — 1012 | |
| Резина твердая | 1013 — 1015 | |
1) Реальные значения сильно зависят от наличия даже малого количества примесей. |
||
Самым низким удельным сопротивлением обладает серебро, которое оказывается, таким образом, наилучшим проводником; однако оно дорого. Немногим уступает серебру медь; ясно, почему провода чаще всего изготовляют из меди.
Удельное сопротивление алюминия выше, чем у меди, однако он имеет гораздо меньшую плотность, и в некоторых случаях ему отдают предпочтение (например, в линиях электропередач), поскольку сопротивление проводов из алюминия той же массы оказывается меньше, чем у медных. Часто пользуются величиной, обратной удельному сопротивлению:
σ = 1/ρ (26.5)
σ называемой удельной проводимостью. Удельная проводимость измеряется в единицах (Ом·м) -1.
Удельное сопротивление вещества зависит от температуры. Как правило, сопротивление металлов возрастает с температурой. Этому не следует удивляться: с повышением температуры атомы движутся быстрее, их расположение становится менее упорядоченным, и можно ожидать, что они будут сильнее мешать движению потока электронов.
где ρT — удельное сопротивление при температуре Т, ρ0 — удельное сопротивление при стандартной температуре Т0, а α— температурный коэффициент сопротивления (ТКС). Значения а приведены в табл. 26.2. Заметим, что у полупроводников ТКС может быть отрицательным. Это очевидно, поскольку с ростом температуры увеличивается число свободных электронов и они улучшают проводящие свойства вещества. Таким образом, сопротивление полупроводника с повышением температуры может уменьшаться (хотя и не всегда).
Значения а зависят от температуры, поэтому следует обращать внимание на диапазон температур, в пределах которого справедливо данное значение (например, по справочнику физических величин). Если диапазон изменения температуры окажется широким, то линейность будет нарушаться, и вместо (26.
6) надо использовать выражение, содержащее члены, которые зависят от второй и третьей степеней температуры:
ρT = ρ0(1+αТ+ + βТ 2 + γТ 3),
где коэффициенты β и γ обычно очень малы (мы положили Т0 = 0°С), но при больших Т вклад этих членов становится существенным.
При очень низких температурах удельное сопротивление некоторых металлов, а также сплавов и соединений падает в пределах точности современных измерений до нуля. Это свойство называют сверхпроводимостью; впервые его наблюдал нидерландский физик Гейке Камер-линг-Оннес (1853-1926) в 1911 г. при охлаждении ртути ниже 4,2 К. При этой температуре электрическое сопротивление ртути внезапно падало до нуля.
Сверхпроводники переходят в сверхпроводящее состояние ниже температуры перехода, составляющей обычно несколько градусов Кельвина (чуть выше абсолютного нуля). Наблюдался электрический ток в сверхпроводящем кольце, который практически не ослабевал в отсутствие напряжения в течение нескольких лет.
В последние годы сверхпроводимость интенсивно исследуется с целью выяснить ее механизм и найти материалы, обладающие сверхпроводимостью при более высоких температурах, чтобы уменьшить стоимость и неудобства, обусловленные необходимостью охлаждения до очень низких температур. Первую успешную теорию сверхпроводимости создали Бардин, Купер и Шриффер в 1957 г. Сверхпроводники уже используются в больших магнитах, где магнитное поле создается электрическим током (см. гл. 28), что значительно снижает расход электроэнергии. Разумеется, для поддержания сверхпроводника при низкой температуре тоже затрачивается энергия.
Продолжение следует: Мощность.
Альтернативные статьи: Электрический ток, Закон Ома.
Замечания и предложения принимаются и приветствуются!
Таблица удельных сопротивлений
Таблица удельных сопротивлений
*Удельное сопротивление полупроводников сильно зависит от наличия примесей в материале, что делает их полезными в твердотельной электронике. Каталожные номера: 1. Giancoli, Douglas C., Physics, 4th Ed, Prentice Hall, (1995). 2. Справочник CRC по химии и физике, 64-е изд. 3. Википедия, Удельное электрическое сопротивление и проводимость.
| Индекс Столы Артикул | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Гиперфизика***** Электричество и магнетизм | Назад | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
0038
0013
0004
..
Таблица удельного сопротивления для обычных материалов
Таблица удельного электрического сопротивления материалов, которые могут использоваться в электрических и электронных компонентах, включая удельное сопротивление меди, удельное сопротивление латуни и удельное сопротивление алюминия.
Учебное пособие по сопротивлению Включает:
Что такое сопротивление
Закон Ома
Омические и неомические проводники
Сопротивление лампы накаливания
Удельное сопротивление
Таблица удельных сопротивлений для обычных материалов
Температурный коэффициент сопротивления
Коэффициент сопротивления по напряжению, VCR
Электрическая проводимость
Последовательные и параллельные резисторы
Таблица параллельных резисторов
Приведенная ниже таблица удельного электрического сопротивления содержит значения удельного сопротивления для многих веществ, широко используемых в электронике.
В частности, сюда входит удельное сопротивление меди, удельное сопротивление алюминия, золота и серебра.
Удельное электрическое сопротивление особенно важно, поскольку оно определяет его электрические характеристики и, следовательно, его пригодность для использования во многих электрических компонентах.
Например, видно, что удельное сопротивление меди, удельное сопротивление алюминия, серебра и золота наряду с другими характеристиками определяют, где используются эти металлы.
Для сравнения способности различных материалов проводить электрический ток используются значения удельного сопротивления.
Что означают цифры удельного сопротивления
Чтобы иметь возможность сравнивать удельное сопротивление различных материалов, от таких предметов, как медь и серебро, до других металлов и веществ, включая висмут, латунь и даже полупроводники, необходимо использовать стандартное измерение.
Определение удельного сопротивления гласит, что удельное сопротивление вещества есть сопротивление куба этого вещества, имеющего ребра единичной длины, при том понимании, что ток течет нормально к противоположным граням и распределяется по ним равномерно.
Удельное сопротивление обычно измеряется в Ом-метрах. Это означает, что удельное сопротивление измеряется для куба материала размером метр в каждом направлении.
Таблица удельного сопротивления для обычных материалов
В таблице ниже приведены значения удельного сопротивления различных материалов, в частности металлов, используемых в качестве электрических проводников, изоляторов и т. д.
Значения удельного сопротивления даны для материалов, включая медь, серебро, золото, алюминий, латунь и т.п.
| Таблица удельного электрического сопротивления обычных материалов | ||
|---|---|---|
| Материал | Удельное электрическое сопротивление при 20°C Ом-метры | |
| Алюминий | 2,8 х 10 -8 | |
| Сурьма | 3,9 x 10 -7 | |
| Висмут | 1,3 х 10 -6 | |
| Латунь | ~0,6 — 0,9 x 10 -7 | |
| Кадмий | 6 х 10 -8 | |
| Кобальт | 5,6 х 10 -8 | |
| Медь | 1,7 x 10 -8 | |
| Золото | 2,4 х 10 -8 | |
| Углерод (графит) | 1 x 10 -5 | |
| Германий | 4,6 x 10 -1 | |
| Железо | 1,0 x 10 -7 | |
| Свинец | 1,9 x 10 -7 | |
| Манганин | 4,2 х 10 -7 | |
| Нихром | 1,1 x 10 -6 | |
| Никель | 7 х 10 -8 | |
| Палладий | 1,0 x 10 -7 | |
| Платина | 0,98 х 10 -7 | |
| Кварц | 7 х 10 17 | |
| Кремний | 6,4 x 10 2 | |
| Серебро | 1,6 x 10 -8 | |
| Тантал | 1,3 x 10 -7 | |
| Олово | 1,1 x 10 -7 | |
| Вольфрам | 4,9 х 10 -8 | |
| Цинк | 5,5 х 10 -8 | |
Удельное сопротивление материалов – что лучше
Можно видеть, что удельное сопротивление меди и удельное сопротивление латуни, как низкое, так и с учетом их стоимости по сравнению с серебром и золотом, делают их экономически выгодными материалами для многих проводов.
Удельное сопротивление меди и простота ее использования означают, что она также используется почти исключительно для изготовления проводников на печатных платах.
Иногда используется алюминийи особенно медь из-за их низкого удельного сопротивления. Большинство проводов, используемых в наши дни для межсоединений, изготовлены из меди, поскольку она обеспечивает низкий уровень удельного сопротивления по приемлемой цене.
Удельное сопротивление золота также важно, потому что золото используется в некоторых критических областях, несмотря на его стоимость. Часто золотое покрытие встречается на высококачественных слаботочных разъемах, где оно обеспечивает наименьшее контактное сопротивление.
Позолота очень тонкая, но даже в этом случае она способна обеспечить требуемые характеристики разъемов. Кроме того, поскольку он не окисляется, как многие другие металлы, это также является значительным дополнительным преимуществом.
Серебро имеет очень низкий уровень удельного сопротивления, но оно не так широко используется из-за своей стоимости и из-за того, что оно тускнеет, что может привести к более высокому контактному сопротивлению.
Оксид может действовать как выпрямитель при некоторых обстоятельствах, что может вызвать некоторые неприятные проблемы в радиочастотных цепях, создавая так называемые продукты пассивной интермодуляции.
Однако он использовался в некоторых катушках для радиопередатчиков, где низкое удельное электрическое сопротивление серебра уменьшало потери.
Когда в этом приложении использовалось серебро, оно обычно напылялось только на существующий медный провод — скин-эффект, влияющий на высокочастотные сигналы, означал, что только поверхность провода использовалась для проведения высокочастотных электрических токов. Благодаря покрытию проволоки серебром это значительно снизило затраты по сравнению с цельной серебряной проволокой без какого-либо существенного влияния на производительность.
Другие материалы в таблице удельного электрического сопротивления могут не иметь таких очевидных применений. Тантал указан в таблице, потому что он используется в конденсаторах — никель и палладий используются в концевых соединениях для многих компонентов поверхностного монтажа, таких как конденсаторы.
Кварц находит свое основное применение в качестве пьезоэлектрического резонансного элемента. Кристаллы кварца используются в качестве элементов, определяющих частоту, во многих генераторах, где их высокое значение добротности позволяет создавать схемы с очень стабильной частотой.
Они также используются в высокопроизводительных фильтрах. Кварц имеет очень высокий уровень удельного сопротивления и не является хорошим проводником электричества, будучи классифицированным как изолятор.
Классификация удельного сопротивления проводников, изоляторов, полупроводников
Существует три широких классификации материалов с точки зрения их удельного сопротивления: проводники, полупроводники и изоляторы.
| Сравнение удельного сопротивления проводников, полупроводников и изоляторов | ||
|---|---|---|
| Материал | Типовой диапазон сопротивления (Ом·м) | |
| Проводники | 10 -2 — 10 -8 | |
| Полупроводники | 10 -6 — 10 6 | |
| Изоляторы | 10 11 — 10 19 | |
Эти цифры являются ориентировочными.