Удельное сопротивление металлов, электролитов и веществ (Таблица)

Удельное сопротивление металлов и изоляторов

В справочной таблице даны значения удельного сопротивления р некоторых металлов и изоляторов при температуре 18—20° С, выраженные в ом·см. Величина р для металлов в сильной степени зависит от примесей, в таблице даны значения р для химически чистых металлов, для изоляторов даны приближенно. Металлы и изоляторы расположены в таблице в порядке возрастающих значений р.

Таблица удельное сопротивление металлов

Таблица удельное сопротивление изоляторов

Удельное сопротивление чистых металлов при низких температурах

В таблице даны значения удельного сопротивления (в ом·см) некоторых чистых металлов при низких температурах (0°С).

Отношение сопротивлении Rt/Rq чистых металлов при температуре Т °К и 273° К.

В справочной таблице дано отношение Rt/Rq сопротивлений чистых металлов при температуре Т °К и 273° К.

Удельное сопротивление электролитов

В таблице даны значения удельного сопротивления электролитов в ом·см при температуре 18° С. Концентрация растворов с дана в процентах, которые определяют число граммов безводной соли или кислоты в 100 г раствора.

_______________

Источник информации: КРАТКИЙ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК/ Том 1, — М. : 1960.

таблица удельного сопротивления меди, алюминия и других металлов

Как нам известно из закона Ома, ток на участке цепи находится в следующей зависимости: I=U/R. Закон был выведен в результате серии экспериментов немецким физиком Георгом Омом в XIX веке. Он заметил закономерность: сила тока на каком-либо участке цепи прямо зависит от напряжения, которое к этому участку приложено, и обратно — от его сопротивления.

• Проводимость и сопротивление
  • Проводники и диэлектрики
  • Зависимость от факторов внешней среды
• Удельное сопротивление различных проводников

Позже было установлено, что сопротивление участка зависит от его геометрических характеристик следующим образом: R=ρl/S,

где l- длина проводника, S — площадь его поперечного сечения, а ρ — некий коэффициент пропорциональности.

Таким образом, сопротивление определяется геометрией проводника, а также таким параметром, как удельное сопротивление (далее — у. с.) — так назвали этот коэффициент. Если взять два проводника с одинаковым сечением и длиной и поставить их в цепь по очереди, то, измеряя силу тока и сопротивление, можно увидеть, что в двух случаях эти показатели будут разными. Таким образом, удельное электрическое сопротивление — это характеристика материала, из которого сделан проводник, а если быть еще более точным, то вещества.

Проводимость и сопротивление

У.с. показывает способность вещества препятствовать прохождению тока. Но в физике есть и обратная величина — проводимость. Она показывает способность проводить электрический ток. Выглядит она так:

σ=1/ρ, где ρ — это и есть удельное сопротивление вещества.

Если говорить о проводимости, то она определяется характеристиками носителей зарядов в этом веществе. Так, в металлах есть свободные электроны. На внешней оболочке их не больше трех, и атому выгоднее их «отдать», что и происходит при химических реакциях с веществами из правой части таблицы Менделеева. В ситуации же, когда мы располагаем чистым металлом, он имеет кристаллическую структуру, в которой эти наружные электроны общие. Они-то и переносят заряд, если приложить к металлу электрическое поле.

В растворах носителями заряда являются ионы.

Если говорить о таких веществах, как кремний, то по своим свойствам он является полупроводником и работает несколько по иному принципу, но об этом позже. А пока разберемся, чем же отличаются такие классы веществ, как:

1. Проводники;
2. Полупроводники;
3. Диэлектрики.

Проводники и диэлектрики

Есть вещества, которые ток почти не проводят. Они называются диэлектриками. Такие вещества способны поляризоваться в электрическом поле, то есть их молекулы могут поворачиваться в этом поле в зависимости от того, как распределены в них электроны. Но поскольку электроны эти не являются свободными, а служат для связи между атомами, ток они не проводят. 8 Ом.

Между этими двумя классами существуют вещества, называемые полупроводниками. Но выделение их в отдельную группу веществ связано не столько с их промежуточным состоянием в линейке «проводимость — сопротивление», сколько с особенностями этой проводимости в различных условиях.

Зависимость от факторов внешней среды

Проводимость — не совсем постоянная величина. Данные в таблицах, откуда берут ρ для расчетов, существуют для нормальных условий среды, то есть для температуры 20 градусов. В реальности для работы цепи сложно подобрать такие идеальные условия; фактически у.с. (а стало быть, и проводимость) зависят от следующих факторов:

1. температура;
2. давление;
3. наличие магнитных полей;
4. свет;
5. агрегатное состояние.

Разные вещества имеют свой график изменения этого параметра в разных условиях. Так, ферромагнетики (железо и никель) увеличивают его при совпадении направления тока с направлением силовых линий магнитного поля. Что касается температуры, то зависимость здесь почти линейная (существует даже понятие температурного коэффициента сопротивления, и это тоже табличная величина). Но направление этой зависимости различно: у металлов оно повышается с повышением температуры, а у редкоземельных элементов и растворов электролитов увеличивается — и это в пределах одного агрегатного состояния.

У полупроводников зависимость от температуры не линейная, а гиперболическая и обратная: при повышении температуры их проводимость увеличивается. Это качественно отличает проводники от полупроводников. Вот так выглядит зависимость ρ от температуры у проводников:

Здесь представлены удельное сопротивление меди, платины и железа. Немного другой график у некоторых металлов, например, ртути — при понижении температуры до 4 К она теряет его почти полностью (такое явление называется сверхпроводимостью).

А для полупроводников эта зависимость будет примерно такая:

При переходе в жидкое состояние ρ металла увеличивается, а вот дальше все они ведут себя по-разному. Например, у расплавленного висмута оно ниже, чем при комнатной температуре, а у меди — в 10 раз выше нормального. Никель выходит из линейного графика еще при 400 градусах, после чего ρ падает.

Зато у вольфрама температурная зависимость настолько высока, что это становится причиной перегорания ламп накаливания. При включении ток нагревает спираль, и ее сопротивление увеличивается в несколько раз.

Также у. с. сплавов зависит от технологии их производства. Так, если мы имеем дело с простой механической смесью, то сопротивление такого вещества можно посчитать по среднему, а вот оно же у сплава замещения (это когда два и более элемента складываются в одну кристаллическую решетку) будет иным, как правило, куда большим. Например, нихром, из которого делают спирали для электроплиток, имеет такую цифру этого параметра, что этот проводник при включении в цепь греется до красноты (из-за чего, собственно, и используется).

Вот характеристика ρ углеродистых сталей:

Как видно, при приближении к температуре плавления оно стабилизируется. -83,7

Как видно из таблицы, лучший проводник — это серебро. И только его стоимость мешает массово применять его в производстве кабеля. У.с. алюминия тоже небольшое, но меньше, чем у золота. Из таблицы становится понятно, почему проводка в домах либо медная, либо алюминиевая.

В таблицу не включен никель, у которого, как мы уже сказали, немного необычный график зависимости у. с. от температуры. Удельное сопротивление никеля после повышения температуры до 400 градусов начинает не расти, а падать. Интересно он ведет себя и в других сплавах замещения. Вот так ведет себя сплав меди и никеля в зависимости от процентного соотношения того и другого:

А этот интересный график показывает сопротивление сплавов Цинк — магний:

В качестве материалов для изготовления реостатов используют высокоомные сплавы, вот их характеристики:

Это сложные сплавы, состоящие из железа, алюминия, хрома, марганца, никеля. -7 Ом · м.

Разница между у. с. различных проводников определяет и их применение. Так, медь и алюминий массово применяются при производстве кабеля, а золото и серебро — в качестве контактов в ряде радиотехнических изделий. Высокоомные проводники нашли свое место среди производителей электроприборов (точнее, они и создавались для этого).

Изменчивость этого параметра в зависимости от условий внешней среды легла в основу таких приборов, как датчики магнитного поля, терморезисторы, тензодатчики, фоторезисторы.

Объемное удельное сопротивление и проводимость металлов

Выпуск 020, 9 ноября 2021 г.

Меган К. Пуглиа, доктор философии, старший химик-исследователь

Удельное сопротивление (ρ) определяет способность материала препятствовать электрическому току (уравнение 1) . Уравнение 1 определяет удельное сопротивление математически, где R — сопротивление, A — площадь поперечного сечения материала, а l — длина материала.[1] Единицей СИ, используемой для выражения удельного сопротивления, является омметр (Ом∙м).

Уравнение 1:

Удельное сопротивление — это величина, обратная проводимости (σ), которая определяет способность материала пропускать через себя электроны на определенную единицу размера (уравнение 2).[1] Единицей проводимости в системе СИ является сименс на метр (См/м).

Уравнение 2:

Важно отметить, что удельное сопротивление и проводимость — это свойства материала, которые номинально не зависят от размера и формы. Сопротивление, с другой стороны, является характеристикой компонента и может быть изменено путем изменения размеров детали.

Удельное сопротивление в металле сильно зависит от длины свободного пробега свободно движущегося (валентного) электрона в его кристаллической решетке. Средняя длина свободного пробега — это среднее расстояние, которое электрон может пройти между событиями рассеяния или столкновениями, которые сбивают электрон с его первоначального пути через материал. События рассеяния увеличивают удельное сопротивление и вызываются неоднородностями в кристаллической структуре металлов. Примеры включают поля деформации вокруг атомов растворенных веществ, границ зерен и частиц и дислокаций. Обычно механизмы упрочнения материала увеличивают количество случаев рассеяния и, следовательно, снижают проводимость металла. Следовательно, проводимость металлов, подвергшихся холодной обработке с внесением дислокаций, ниже, чем у отожженных материалов того же состава.[2] Однако интересно то, что удельное сопротивление сплава обычно снижается при дисперсионном твердении; растворенные атомы изолируются в осадках, перестраиваются путем дальнего упорядочения и т. д., тем самым уменьшая их участие в рассеянии электронов.

На удельное сопротивление и проводимость также влияет температура материала. Повышение температуры вызывает усиление колебаний решетки (фононов), которые вызывают больший структурный беспорядок и точки столкновения электронов, пытающихся двигаться через материал. Собственная проводимость чистых элементов связана со многими другими аспектами; среди них валентные электроны, кристаллическая структура и плотность электронов вблизи энергетического уровня Ферми. [2]

Удельное сопротивление металлов и других материалов, которые являются хорошими проводниками, часто указывается в единицах микроом∙см, тогда как у изоляционных материалов высокие значения удельного сопротивления указываются в ом∙см. Некоторые справочники и руководства ранжируют материалы по их процентной проводимости по отношению к международному стандарту отожженной меди (IACS), известному как %IACS. IACS представляет собой эталон отожженной меди, выдерживаемый при 20°C, с принятым значением проводимости 58×10⁶ См/м [1,72 мкОм-см]. Следовательно, сообщаемая проводимость 50% IACS означает, что материал имеет половину проводимости стандарта отожженной меди, или 27,5 x 10⁶ См/м [3,45 мкОм-см].

Сообщается, что серебро, медь и золото обладают самой высокой электропроводностью среди всех металлов, отчасти благодаря тому, что каждый из их одиночных валентных электронов легко возбуждается, чтобы свободно двигаться через их кристаллическую решетку.[2] Обратите внимание, что чистое серебро и медь с большей вероятностью потускнеют по сравнению с золотом и другими благородными металлами в определенных условиях, что увеличивает контактное сопротивление. [3] Кроме того, более высокая проводимость обычно указывает на снижение прочности материала, как упоминалось ранее. По этим причинам важно выбирать контактные материалы, которые уравновешивают проводимость, прочность, благородство и стоимость, соответствующие предполагаемому применению, и избегать узкого внимания только к объемной проводимости.

Deringer-Ney, Inc. производит ряд сплавов с различными комбинациями удельного сопротивления, твердости, благородства и стоимости для соответствия широкому спектру различных применений и сред, как показано в таблице 1.[1]

Таблица 1: Оценочные значения удельного сопротивления, проводимости и %IACS для различных металлических сплавов. Для получения информации о других сплавах DNI или альтернативных сплавах посетите сайт deringerney.com. Все значения являются оценочными. Значения удельного сопротивления и твердости чистого металла из ссылок 4 и 5 соответственно. Значения, соответствующие измерениям твердости по Кнупу, обозначены HK, а значения, соответствующие измерениям твердости по Виккерсу, обозначены HV.

Ссылки:
[1] Pitney, Kenneth E. Ney Contact Manual: Electric Contacts for Low Energy Uses. 1-е изд., The JM Ney Company, 1973.
[2] Картер, Джайлз Ф. Принципы физической и химической металлургии. ASM International, 1979
[3] Боуэн, П. К. «Основы теории контактного сопротивления», технические сводки Дерингера-Ней, 2 декабря 2020 г. https://www.deringerney.com/resource-library/.
[4] Haynes, William M., et al. «Свойства твердых тел». Справочник CRC по химии и физике: готовый справочник химических и физических данных: 2012–2013 гг., CRC Press, Бока-Ратон, Флорида, 2012 г., стр. 12–41-12–42.
[5] Брандес, Эрик А. и Колин Джеймс Смителлс. Справочник Smithells Metals. 6-е изд., Butterworths, 1983.

Температурная зависимость удельного сопротивления полупроводников | Блог системного анализа

Ключевые выводы

• При повышении температуры удельное сопротивление металла увеличивается, что придает ему положительный температурный коэффициент сопротивления.

• Полупроводники имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления.

• Удельное сопротивление внешних полупроводников больше, чем собственных полупроводников.

Температурная зависимость удельного сопротивления полупроводников играет важную роль в их применении в электронике

Электропроводность описывает легкость прохождения электрического тока через материал и является важным параметром материала . Проводники – это материалы, пропускающие через себя ток. Те, которые блокируют ток, называются изоляторами. Есть материалы, которые попадают между проводниками и изоляторами, когда ток, протекающий по ним, принимается за относительный параметр. Такие материалы известны как полупроводники.

Во всех этих материалах протекание тока может быть напрямую связано с проводимостью материала, которая является обратной величиной удельного сопротивления. Удельное сопротивление является свойством материала и зависит от температуры. Температурная зависимость удельного сопротивления полупроводников играет существенную роль в их применении в электронике. В этой статье мы рассмотрим, почему это так.

Что такое удельное сопротивление?

Удельное сопротивление является неотъемлемым свойством материала. Это константа для материала при данной температуре. Удельное сопротивление материала можно определить как сопротивление материала единицы площади поперечного сечения и единицы длины. Удельное сопротивление материала не зависит от его длины и площади.

Соотношение между сопротивлением материала и удельным сопротивлением: материал. Единицей удельного сопротивления является ом-метр.

Электропроводность обратна удельному сопротивлению. Когда удельное сопротивление материала высокое, его проводимость очень низкая, и наоборот. Учитывая это соотношение, можно сказать, что удельное сопротивление металлов или проводников очень низкое. Располагая материалы в порядке возрастания удельного сопротивления, порядок: проводники, полупроводники и изоляторы.

Далее мы рассмотрим, как температура влияет на удельное сопротивление.

Температурная зависимость удельного сопротивления

Удельное сопротивление материала зависит от температуры. Температурная зависимость удельного сопротивления различна для проводников, полупроводников и диэлектриков. Давайте обсудим, как изменяется удельное сопротивление в проводниках и изоляторах, прежде чем обсуждать полупроводники.

Проводники

В проводниках при повышении температуры атомы начинают сильно вибрировать, что приводит к столкновению свободных электронов и других электронов. Это столкновение вызывает потерю энергии свободными электронами, которые ответственны за ток. Уменьшение движения или скорости дрейфа электронов из-за утечки энергии увеличивает удельное сопротивление проводников, особенно металлов. С повышением температуры удельное сопротивление металла также увеличивается, что придает ему положительный температурный коэффициент сопротивления. При высоких температурах удельное сопротивление проводника увеличивается, а проводимость уменьшается.

Изоляторы

Изоляторы смещаются в зону проводимости при повышении температуры. Удельное сопротивление изолятора уменьшается с температурой, что приводит к увеличению проводимости. Изоляторы имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления.

Далее мы исследуем температурную зависимость удельного сопротивления полупроводников.

Температурная зависимость удельного сопротивления полупроводников

В полупроводниках энергетическая щель между зоной проводимости и валентной зоной уменьшается с повышением температуры. Валентные электроны в полупроводниковом материале получают энергию, чтобы разорвать ковалентную связь и перейти в зону проводимости при высоких температурах. Это создает больше носителей заряда в полупроводнике при высоких температурах. Более высокая концентрация носителей заряда снижает удельное сопротивление полупроводника. Поскольку удельное сопротивление полупроводника уменьшается с повышением температуры, он становится более проводящим. Полупроводник обладает отличной проводимостью при высоких температурах.

На приведенном ниже графике показана зависимость между удельным сопротивлением и температурой в полупроводнике. Полупроводники имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления. Это свойство используется для применения полупроводников в электронике. При приложении внешнего напряжения температура полупроводникового кристалла увеличивается, что, в свою очередь, увеличивает плотность в нем термически генерируемых носителей. Генерируется больше электронно-дырочных пар, что позволяет легко протекать току через полупроводник.

Удельное сопротивление в зависимости от температуры в полупроводниках

Характеристики полупроводника улучшаются путем легирования его донорными или акцепторными примесями.