Удельное сопротивление (при 20° C)

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. 13 Ом_* мм²/м
• 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 = ?L/А       (26. 4)

где коэффициент ? 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 ? 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 ?,Ом·м	ТКС ?,°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	5,6·10-8	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: 

? = 1/?       (26.5)

 ? 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. В узких диапазонах изменения температуры удельное сопротивление металла увеличивается с  температурой практически линейно: 

 где ?_T — удельное сопротивление при температуре Т, ?₀ — удельное сопротивление при стандартной  температуре Т₀, а ? — 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:

?_T = ?₀(1+?Т+ + ?Т ² + ?Т ³),

где коэффициенты ? и ? 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!

Удельное сопротивление (ρ) и проводимость (σ) металлов, сплавов, горных пород и почв

Удельное сопротивление, также упоминается как удельное сопротивление, зависит от природы материала, а также его объема определение (форма и размер). Удельное сопротивление выражается в единицах, которые являются произведением сопротивление и длина; например, Ом·см. Символ, наиболее часто используемый для удельного сопротивления есть ро (ρ). Электропроводность обратная величина сопротивления. Электропроводность выражается в единицах, которые являются частными проводимость (Сименс) и длина; например, См/см. Символ, наиболее часто используемый для удельное сопротивление — сигма (σ). В качестве примера расчета сопротивления объема рассмотрим рисунок слева. Предположим, что медный провод 12 AWG с удельным сопротивлением (из таблицы) 1,72×10 -6 Ом·см, площадь поперечного сечения (А) 0,03309 см 2 и длиной 1 метр. По данной формуле его сопротивление равно: , , что хорошо согласуется с типичными указанными значениями Ом/км, опубликованными производителями проводов. Alpha заявляет 1,59 Ом/1000 футов или 5,22 Ом/км. Стол Приведенные ниже значения удельного сопротивления взяты из Reference Data for Radio. Инженеры , 1995, Издательство Самс. Пожалуйста, проверьте точность со вторым источником. Видеть стол камней и почв внизу. Интересное примечание: нейзильбер соединение на самом деле вообще не содержит серебра; его название происходит от серебристого внешнего вида.   Алумель твердый 33,3 0 0,0012 Алюминий жидкий твердый 20,3 2,62 670 20 .0039 Сурьма жидкий твердый 123 39,2 800 20 0,0036 Мышьяк твердый 35 0 0,0042 Бериллий твердый 4,57 20   Висмут жидкий твердый 128,9 115 300 20 0,004 Бор твердый 1,8×10 12 0   Латунь (66 Cu, 34 Zn) твердый 3,9 20 0,002 Кадмий жидкий твердый 34 7,5 400 20 0,0038 Углерод алмаз графит графен 5×10 20 1400 15 20 -0,0005 Церий твердый 78 20   Цезий жидкий твердый 36,6 20 30 20   Chromax (15 Cr, 35 Ni, остальное Fe) твердый 100 20 0,00031 Хромель твердый 70-110 0 0,00011-0,000054 Хром твердый 2,6 0   Кобальт твердый 9,7 20 0,0033 Константан (55 Cu, 45 Ni) твердый 44,2 20 0,0002 Медь (отожженная) жидкий твердый 21,3 1,7241 1083 20 0,0039 Галлий твердый жидкий 27 53 30 0   Золото жидкий твердый 30,8 2,44 1063 20 0,0034 Гранит твердый 1×10 13 — 1×10 15     Гафний твердый 32,1 20 Индий жидкий твердый 29 9 157 20 0,00498 Иридиум твердый 5,3 20 0,0039 Железо твердый 9,71 20 0,0052-0,0062 Ковар А (29, Ni, 17 Co, 0,3 Mn, остальное Fe) твердый 45-84 20   Лавовый поток (базовый) Свежая лава жидкость 1×10 12 — 1×10 13     Свинец жидкий твердый 98 21,9 400 20 0,004 PbO 2 твердый 92     Литий жидкий твердый 45 9,3 230 20 0,003 0,005 Магний твердый 4,46 20 0,004 Марганец твердый 5 20   MnO 2 твердый 6000000 20   Магнанин (84 Cu, 12 Mn, 4 Ni) твердый 44 20 ±0,0002 Меркурий жидкий твердый 95,8 21,3 20 -50 0,00089 Молибден твердый 5,17 4,77 0 20 0,0033 Металлический монель (67 Ni, 30 Cu, 1,4 Fe) твердый 42 20 0,002 Неодим твердый 79 18   Нихром (65 Ni, 12 Cr, 23 Fe) твердый 100 20 0,00017 Никель твердый 6,9 20 0,0047 Никель-серебро (64 Cu, 18 Zn, 18 Ni) твердый 28 20 0,00026 Ниобий твердый 12,4 20   Осмий твердый 9 20 0,0042 Палладий твердый 10,8 20 0,0033 Фосфористая бронза (4 Sn, 0,5 P, остальное Cu) твердый 9,4 20 0,003 Платина твердый 10,5 20 0,003 Плутоний твердый 150 20   Калий жидкий твердый 13 7 62 20 0,006 Празеодим твердый 68 25   Рений твердый 19,8 20   Родий твердый 5. 1 20 0,0046 Рубидий твердый 12,5 20   Рутений твердый 10 20   Селен твердый 1,2 20   Серебро твердый 1,62 20 0,0038 Натрий жидкий твердый 9,7 4,6 100 20   Сталь (0,4-0,5 C, остальное Fe) твердый 13-22 20 0,003 Сталь, марганец (13 Mn, 1 C, 86 Fe) твердый 70 20 0,001 Сталь нержавеющая (0,1 C, 18 Cr, 8 Ni, остальное Fe) твердый 90 20   Стронций твердый 23 20   Сера твердый 2×10 23 20   Тантал твердый 13. 1 20 0,003 Таллий твердый 18,1 20 0,004 Торий твердый 18 20 0,0021 Олово твердый 11,4 20 0,0042 Титан твердый 47,8 25   Тофет A (80 Ni, 20 Cr) твердый 108 20 0,00014 Вольфрам твердый 5,48 20 0,0045 Ш 2 О 5 твердый 450 20   WO 3 твердый 2×10 11 20   Уран твердый 29 0 0,0021 Цинк жидкий твердый 35,3 6 420 20 0,0037 Цирконий твердый 40 20 0,0044   Гранит 10 7 — 10 9 Лавовый поток (базовый) Свежая лава 10 6 — 10 7 3×10 5 — 10 6 Мрамор Мрамор, белый Мрамор, желтый 4×10 8 10 10 10 10 Кварц, прожилковый, массивный >10 6 Сланец, слюда 10 7 Сланец пластовый Сланец не такой 10 5 10 4 Известняк Известняк кембрийский 10 4 10 4 — 10 5 Песчаник Песчаник восточный 10 5 3×10 3 — 10 4 Глина синяя Глина огнеупорная 2×10 4 2×10 5 Земля глинистая 10 4 — 4×10 4 Гравий 10 5 Песок сухой Песок влажный 10 5 — 10 6 10 6 — 10 5   Связанные страницы в RF Cafe — Резисторы и расчет сопротивления — Резистор и конденсатор Таблицы цветовых кодов — Маркировка резисторов — Mil-55342 Маркировка — Преобразование сопротивления — Поставщики резисторов — Удельное сопротивление металлов и сплавов — Параллельные фильтры для воды Как параллельные резисторы — Сверхпроводимость     Опубликовано 13 июля 2018 г.

Рабочая книга RF Cascade для Excel Символы РЧ и электроники для Visio Символы РЧ и электроники для Office Трафареты радиочастот и электроники для Visio RF Workbench (условно-бесплатное ПО) Футболки, кружки, чашки, бейсболки, коврики для мыши Калькулятор Рабочая тетрадь Диаграмма Смита™ для Excel   Авторское право: 1996 — 2024 Веб-мастер : Кирт Блаттен Бергер ,     BSEE — KB3UON RF Cafe начал свою жизнь в 1996 году как «RF Tools» в интернет-пространстве AOL. 2 МБ. Его основная цель состояла в том, чтобы предоставить мне быстрый доступ к обычно необходимым формулы и справочный материал при выполнении моей работы в качестве радиочастотной системы и схемы инженер-проектировщик. Всемирная паутина (Интернет) была в значительной степени неизвестной сущностью в то время. время и пропускная способность были дефицитным товаром. Модемы с коммутируемым доступом стремительно развивались со скоростью 14,4 кбит/с привязывая вашу телефонную линию, и приятный женский голос объявил: «У вас есть Mail», когда пришло новое сообщение… Все товарные знаки, авторские права, патенты и другие права собственности на изображения и текст, используемые на веб-сайте RF Cafe, настоящим признаются edged. Сайт моего хобби: Самолеты И Ракеты .com

Физика твердого тела — Почему серебро с большим количеством свободных электронов имеет меньшее сопротивление?

$\begingroup$

В моей книге (Краткая физика ICSE) упоминаются следующие сведения о зависимости сопротивления от материала проводника: —

Зависимость от материала проводника: Различные материалы имеют
различная концентрация свободных электронов и, следовательно, сопротивление
проводника зависит от его материала. Металлы, такие как серебро,
медь, алюминий, свинец и др. имеют концентрацию свободных
электронов в порядке убывания, поэтому их одинаковые провода предлагают
сопротивление в порядке возрастания .

Я сомневаюсь в следующем Заявлении:

Металлы, такие как серебро, медь, алюминий, свинец и т. д., имеют концентрацию свободного
электронов в порядке убывания, поэтому их одинаковые провода предлагают
сопротивление в порядке возрастания

Это означает, что, поскольку серебро имеет большое количество свободных электронов, оно обеспечивает низкое сопротивление. У меня возникают сомнения, что, поскольку серебро имеет большее количество свободных электронов, количество столкновений электронов с положительными ионами серебра также будет больше, что должно привести к более высокое сопротивление (поскольку большее количество свободных электронов означает большее количество столкновений), но происходит обратное (т. е. серебро предлагает более низкое, чем более высокое сопротивление). Итак, мой первый вопрос: почему серебро с большим количеством свободных электронов имеет низкое сопротивление?
Точно так же, как свинец с меньшим количеством свободных электронов имеет более высокое сопротивление?

• физика твердого тела
• электроны
• электрическое сопротивление
• проводники
• металлы

$\endgroup$

1

$\begingroup$

Количество электронов влияет на скорость рассеяния, но для этих металлов это несущественно. Скорее, в их рассеянии обычно преобладают фононы, а при более низких температурах — дефекты. Таким образом, в первом приближении скорость рассеяния можно считать фиксированной. Тогда проводимость (то есть обратное удельное сопротивление) пропорциональна числу электронов.

Ваша книга немного обманчива, поскольку удельное сопротивление этих металлов пропорционально скорости рассеяния, а кто сказал, что скорость у них одинакова? На самом деле скорости рассеяния немного отличаются, и различия между сопротивлениями не могут быть полностью объяснены числом электронов.