Электрическое сопротивление и проводимость
Введение
Электросопротивление и электропроводность - фундаментальные свойства, определяющие реакцию материалов на электрический ток. Эти свойства имеют решающее значение при проектировании электрических систем, выборе материалов для конкретных применений и повышении энергоэффективности различных технологий.
Факторы, влияющие на удельное электрическое сопротивление и проводимость
На удельное электрическое сопротивление и проводимость материалов влияют несколько факторов:
Температура
При повышении температуры удельное сопротивление большинства проводников также увеличивается из-за усиления колебаний решетки, которые препятствуют потоку электронов. И наоборот, в полупроводниках удельное сопротивление обычно уменьшается с повышением температуры.
Состав материала
Различные материалы имеют собственное удельное сопротивление. Металлыобычно имеют низкое удельное сопротивление, что делает их отличными проводниками, в то время как неметаллы и изоляторы имеют более высокое удельное сопротивление.
Примеси и дефекты
Наличие примесей и структурных дефектов в материале может нарушить поток электронов, увеличивая удельное сопротивление. Материалы с высокой чистотой обычно имеют более низкое удельное сопротивление.
Физические размеры
Удельное сопротивление материала не зависит от его формы и размера. Однако общее сопротивление материала зависит от его длины и площади поперечного сечения.
Электропроводность металлов
Металлы славятся своей высокой электропроводностью, которая объясняется наличием свободных электронов, способствующих легкому перемещению электрического заряда. Электропроводность металлов может быть изменена с помощью легирования и методов обработки для удовлетворения конкретных электрических требований.
Таблица удельного электрического сопротивления и проводимости
Вот таблица, в которой приведены данные об удельном электрическом сопротивлении ипроводимости распространенных материалов. Удельное сопротивление обычно измеряется в ом-м (Ω-м), а проводимость - в сименсах на метр (S/m).
|
Материал |
Удельное сопротивление (Ω-м) |
Проводимость (S/m) |
|
Серебро |
1.59 × 10-⁸ |
6.30 × 10⁷ |
|
Медь |
1.68 × 10-⁸ |
5.96 × 10⁷ |
|
Золото |
2.44 × 10-⁸ |
4.10 × 10⁷ |
|
2.82 × 10-⁸ |
3.55 × 10⁷ |
|
|
Железо |
9.71 × 10-⁸ |
1.03 × 10⁷ |
|
Никель |
6.99 × 10-⁸ |
1.43 × 10⁷ |
|
5.60 × 10-⁷ |
1.79 × 10⁶ |
|
|
Свинец |
2.20 × 10-⁷ |
4.55 × 10⁶ |
|
1.06 × 10-⁷ |
9.43 × 10⁶ |
|
|
Углерод (графит) |
3.5 × 10-⁵ |
2.86 × 10⁴ |
|
6.40 × 10³ |
1.56 × 10-⁴ |
|
|
Резина |
10¹⁴- 10¹⁶ |
10-¹⁶ - 10-¹⁴ |
|
Стекло |
10¹³ - 10¹⁶ |
10-¹³ - 10-¹⁶ |
|
Дерево (сухое) |
10-¹ - 10¹² |
10¹⁰- 10-⁹ |
|
Вода (дистиллированная) |
18.2 × 10³ |
5.49 × 10-⁵ |
|
Бетон |
10¹⁴- 10¹⁶ |
10-¹⁶ - 10-¹⁴ |
Примечания:
- Металлы(такие как серебро, медь и алюминий) имеют низкое удельное сопротивление, что означает, что они являются отличными проводниками.
- Полупроводники, такие как кремний, имеют умеренное удельное сопротивление и используются в электронных устройствах.
- Изоляционные материалы, такие как резина, стекло и дерево, имеют очень высокое удельное сопротивление и плохую проводимость.
- Водав чистом виде (дистиллированная) имеет относительно высокое удельное сопротивление, но примеси (например, соли) значительно увеличивают ее проводимость.
Часто задаваемые вопросы
В чем разница между удельным электрическим сопротивлением и проводимостью?
Удельное электрическое сопротивление определяет, насколько сильно материал сопротивляется прохождению электрического тока, а проводимость - насколько легко электрический ток проходит через материал.
Как температура влияет на электропроводность металлов?
В металлах с повышением температуры электропроводность обычно уменьшается, поскольку усиленные колебания решетки более эффективно рассеивают электроны.
Почему металлы являются лучшими проводниками, чем неметаллы?
В металлах есть свободные электроны, которые легко перемещаются через структуру решетки, способствуя протеканию электрического тока, в то время как в неметаллах эти свободные носители заряда отсутствуют.
Могут ли примеси улучшить проводимость металла?
Как правило, примеси увеличивают удельное сопротивление металла, нарушая регулярную структуру решетки, что затрудняет прохождение электронов.
Для каких применений требуются материалы с высокой электропроводностью?
Материалы с высокой электропроводностью необходимы для электропроводки, передачи энергии, электронных устройств и таких компонентов, как разъемы и переключатели.
