Resistividad

La resistencia

es una propiedad de un material que caracteriza su capacidad para evitar el paso de la corriente eléctrica. Características de los materiales eléctricos de

La principal característica en ingeniería eléctrica es la conductividad eléctrica específica, medida en cm / m. Sirve como un coeficiente de proporcionalidad entre el vector de intensidad de campo y la densidad de corriente. A menudo se denota con la letra griega gamma γ.La resistividad es reconocida como el recíproco de la conductividad eléctrica. Como resultado, la fórmula mencionada anteriormente se convierte en: la densidad de corriente es directamente proporcional a la intensidad de campo e inversamente proporcional a la resistencia específica del medio. La unidad se convierte en Om m.

El concepto en consideración es relevante no solo para medios sólidos. Por ejemplo, la corriente es llevada a cabo por electrolitos líquidos y gases ionizados. Por lo tanto, en cada caso, es permisible introducir el concepto de resistividad, porque una carga eléctrica pasa a través del medio. Es difícil encontrar los valores en los libros de referencia, por ejemplo, para el arco de soldadura por una simple razón: no están suficientemente involucrados en tales tareas. Esto no se reclama. Desde el descubrimiento del resplandor de Davy de la placa de platino por la corriente eléctrica, pasó un siglo antes de la introducción de las bombillas incandescentes en uso común, por una razón similar, la importancia y el significado del descubrimiento no se reconocieron de inmediato.

Según el valor de resistividad, los materiales se dividen:

1. Para conductores: menos de 1/10000 Ohm m
2. Para dieléctricos: más de 100 millones de Ohm m
3. Según los valores de resistencia específica, hay entre dieléctricos y conductores.

Estos valores caracterizan exclusivamente la capacidad del cuerpo para resistir el paso de la corriente eléctrica y no afectan otros aspectos( elasticidad, resistencia al calor).Por ejemplo, los materiales magnéticos son conductores, dieléctricos y semiconductores.

Cómo se forma la conductividad en un material

En la física moderna, la resistencia y la conductividad generalmente se explican mediante la teoría de la zona. Es aplicable a cuerpos sólidos cristalinos cuyos átomos de celosía se hacen estacionarios. Según este concepto, la energía de los electrones y otros tipos de portadores de carga está determinada por las reglas establecidas. Hay tres zonas principales inherentes al material:

• La zona de valencia contiene electrones asociados con los átomos. En esta región, la energía electrónica se clasifica por pasos, y el número de niveles es limitado. El exterior de las capas del átomo.
• Zona Prohibida. En esta área, los transportistas de carga no tienen derecho. Sirve como el límite entre las otras dos zonas. Los metales a menudo están ausentes.
• La zona franca se encuentra por encima de las dos anteriores. Aquí los electrones participan libremente en la creación de corriente eléctrica, y cualquier energía. No hay niveles. Los dieléctricos

se caracterizan por la ubicación más alta de la zona libre. Con cualquier condición natural imaginable en la Tierra, los materiales no conducen la corriente eléctrica. Gran ancho y ancho de banda. Los metales tienen una masa de electrones libres. Y la banda de valencia se considera simultáneamente la región de conducción, no hay estados prohibidos. Como resultado, estos materiales tienen baja resistividad. Latidos de cálculo

En la interfaz de los contactos atómicos, se forman niveles de energía intermedios, se producen efectos inusuales, utilizados por la física de semiconductores. Las heterogeneidades se crean intencionalmente mediante la introducción de impurezas( aceptores y donantes).Como resultado, se forman nuevos estados de energía, que se manifiestan en el proceso de flujo de corriente eléctrica con nuevas propiedades que el material de origen no poseía. Los semiconductores

tienen un ancho de banda prohibido. Bajo la acción de fuerzas externas, los electrones pueden abandonar la región de valencia. La causa es la tensión eléctrica, el calor, la radiación, otros tipos de efectos. En dieléctricos y semiconductores, a medida que la temperatura disminuye, los electrones pasan a niveles más bajos, como resultado, la banda de valencia se llena y la banda de conducción permanece libre. La corriente eléctrica no fluye. De acuerdo con la teoría cuántica, la clase de semiconductores se caracteriza como materiales con un intervalo de banda de menos de 3 eV.

Fermi Energy

La energía de Fermi ocupa un lugar importante en la teoría de la conductividad, explicaciones de los fenómenos que ocurren en los semiconductores. Las sutilezas agregan definiciones vagas del término en la literatura. La literatura extranjera dice que el nivel de Fermi es un cierto valor en eV, y la energía de Fermi es la diferencia entre este y el más bajo en un cristal. Estas son las frases generales y comprensibles seleccionadas:

1. El nivel de Fermi es el máximo de todo lo que es inherente a un electrón en metales a una temperatura de 0 K. Por lo tanto, la energía de Fermi es la diferencia entre esta cifra y el nivel mínimo en cero absoluto.
2. El nivel de energía de Fermi: la probabilidad de encontrar electrones es del 50% en todas las temperaturas, excepto en el cero absoluto.

La energía Fermi se determina únicamente para una temperatura de 0 K, mientras que el nivel existe en todas las condiciones. En termodinámica, el concepto describe el potencial químico completo de todos los electrones. El nivel de Fermi se define como el trabajo realizado en la adición de un objeto por un solo electrón. El parámetro determina la conductividad del material, ayuda a comprender la física de los semiconductores.

El nivel de Fermi no necesariamente existe físicamente. Hay casos en que el lugar de paso estaba en el centro de la zona prohibida. Físicamente, el nivel no existe, no hay electrones allí.Sin embargo, el parámetro es notable con un voltímetro: la diferencia de potencial entre dos puntos del circuito( lecturas en la pantalla) es proporcional a la diferencia entre los niveles de Fermi de estos puntos e inversamente proporcional a la carga de electrones. Adicción simple. Se permite vincular estos parámetros con la conductividad y la resistividad, utilizando la ley de Ohm para la sección de la cadena.

Materiales con baja resistencia específica

Los conductores incluyen la mayoría de los metales, grafito y electrolitos. Tales materiales tienen baja resistividad. En los metales, los iones cargados positivamente forman sitios de red cristalina rodeados por una nube de electrones. Por lo general, se les llama comunes para la entrada en la banda de conducción.

Aunque no se comprende completamente lo que es un electrón, se describe habitualmente como una partícula que se mueve dentro de un cristal con una velocidad térmica de cientos de km / s. Esto es mucho más de lo que se necesita para lanzar una nave espacial en órbita. Al mismo tiempo, la velocidad de deriva, que forma una corriente eléctrica bajo la acción de un vector de intensidad, apenas alcanza un centímetro por minuto. El campo se distribuye en un entorno con la velocidad de la luz( 100 mil km / s).

Como resultado de estas relaciones, es posible expresar la conductividad en términos de cantidades físicas( ver figura): Fórmula

• Carga electrónica, e.
• Concentración de portador libre, n.
• Masa de electrones, yo.
• Velocidad térmica de las portadoras,
• Electron, recorrido libre medio, l.

El nivel de Fermi para metales se encuentra en el rango de 3 a 15 eV, y la concentración de portadores libres es casi independiente de la temperatura. Por lo tanto, la conductividad específica, y por lo tanto la resistencia, está determinada por la estructura de la red molecular y su proximidad al ideal, libre de defectos. Los parámetros determinan la longitud del recorrido libre de los electrones, es fácil de encontrar en los libros de referencia, si es necesario hacer cálculos( por ejemplo, para determinar la resistencia específica).

Los metales con una red cúbica tienen la mejor conductividad. El cobre también se incluye aquí.Los metales de transición se caracterizan por una resistividad mucho mayor. La conductividad disminuye al aumentar la temperatura y en altas frecuencias de corriente alterna. En este último caso, se observa un efecto de piel. Dependencia de la temperatura lineal por encima de un cierto límite, el nombre del físico holandés Peter Debye.

Dependencias marcadas y no tan en línea recta. Por ejemplo, el tratamiento de temperatura del acero aumenta el número de defectos, lo que naturalmente reduce la conductividad del material. Una excepción a la regla era el recocido. El proceso reduce la densidad de los defectos, debido a que la resistividad disminuye. La deformación tiene un efecto brillante. Para algunas aleaciones, el mecanizado da como resultado un aumento marcado en la resistividad.

Materiales con alta resistividad

A veces se requiere aumentar específicamente la resistividad. Una situación similar ocurre en los casos con dispositivos de calefacción y resistencias de circuitos electrónicos. Luego viene el turno de aleaciones con alta resistencia específica( más de 0.3 µOm m).Cuando se utiliza como parte de los instrumentos de medición, se presenta el requisito de un potencial mínimo en la interfaz con el contacto de cobre.

El más famoso fue el nicrom. A menudo, los dispositivos de calefacción están construidos con un sistema barato( frágil, pero barato).Dependiendo del propósito, el cobre, el manganeso y otros metales se incluyen en las aleaciones. Es un placer caro. Por ejemplo, una resistencia de manganina cuesta 30 centavos en Aliexpress, donde los precios son tradicionalmente más bajos que los precios de las tiendas. Incluso hay una aleación de paladio con iridio. El precio del material no debe ser expresado en voz alta.

Los resistores de circuito impreso a menudo están hechos de metales puros en forma de películas de sputter. El cromo, el tantalio, el tungsteno, las aleaciones son ampliamente utilizados, entre otros, el nicrom. Sustancias

que no conducen una corriente eléctrica Los dieléctricos

se caracterizan por su impresionante resistividad. Esta no es una característica clave. Los materiales dieléctricos incluyen materiales capaces de redistribuir la carga bajo la acción de un campo eléctrico. Como resultado, se produce la acumulación, que se utiliza en los condensadores. El grado de redistribución de la carga se caracteriza por la constante dieléctrica. El parámetro muestra cuántas veces aumenta la capacitancia del capacitor, donde se usa un material específico en lugar del aire. Los dieléctricos individuales pueden conducir y emitir oscilaciones bajo la acción de la corriente alterna. La ferroelectricidad es conocida, debido a los cambios de temperatura.

En el proceso de cambiar la dirección del campo se producen pérdidas. Así como la tensión magnética se convierte parcialmente en calor cuando se expone al acero suave. La pérdida dieléctrica depende principalmente de la frecuencia. Si es necesario, se utilizan aisladores no polares como materiales, cuyas moléculas son simétricas, sin un momento eléctrico pronunciado. La polarización se produce cuando las cargas están firmemente conectadas a la red cristalina. Tipos de polarización:

1. La polarización de electrones se produce como resultado de la deformación de las capas externas de energía de los átomos. ReversibleCaracterística de los dieléctricos no polares en cualquier fase de una sustancia. Debido al bajo peso de los electrones, se produce casi instantáneamente( unidades de fs).
2. La polarización de iones se extiende dos órdenes de magnitud más lenta y es característica de sustancias con una red cristalina iónica. En consecuencia, los materiales se aplican a frecuencias de hasta 10 GHz y tienen una constante dieléctrica grande( hasta 90 para el dióxido de titanio).
3. La polarización dipolo-relajación es mucho más lenta. El tiempo de ejecución es centésimas de segundo. La polarización dipolo-relajación es característica de los gases y líquidos y depende, respectivamente, de la viscosidad( densidad).Se rastrea el efecto de la temperatura: el efecto forma un pico en un determinado valor.
4. Se observa polarización espontánea en los ferroeléctricos.