Vastupidavus

Vastupanu on materjali omadus, mis iseloomustab selle võimet takistada elektrivoolu möödumist.

Elektriliste materjalide omadused

Elektrotehnika põhiomaduseks on spetsiifiline elektrijuhtivus, mõõdetuna cm / m. See on proportsionaalsuse koefitsient põllutugevuse vektori ja voolutiheduse vahel. Seda tähistab sageli kreeka täht gamma γ.Vastupanuvõime on tunnustatud elektrijuhtivuse vastastikusena. Selle tulemusena saab ülalmainitud valem: voolutihedus on otseselt võrdeline väljatugevusega ja pöördvõrdeline söötme spetsiifilise resistentsusega. Seade muutub omm.

.Näiteks voolu teostavad vedel-elektrolüüdid ja ioniseeritud gaasid. Seetõttu on igal juhul lubatav sisse viia vastupanu mõiste, sest elektrivool läbib keskkonda. Võrdlusraamatute väärtusi on raske leida näiteks keevituskaare jaoks lihtsal põhjusel - nad ei ole sellistesse ülesannetesse piisavalt kaasatud. Seda ei nõuta. Alates Davy plaatina plaadi hõõgumise avastamisest elektrivooluga, möödunud sajand möödas enne hõõglampide ühist kasutusele võtmist - sarnasel põhjusel ei avastatud kohe avastamise tähtsust ja tähtsust.

Sõltuvalt takistuse väärtusest jagatakse materjalid:

1. Juhtmetele - vähem kui 1/10000 Ohm.

Need väärtused iseloomustavad ainult keha võimet vastu seista elektrivoolule ja ei mõjuta teisi aspekte( elastsus, kuumakindlus).Näiteks magnetilised materjalid on juhid, dielektrikud ja pooljuhtid.

Kuidas juhtivus moodustub materjalist

Kaasaegses füüsikas selgitatakse resistentsust ja juhtivust tavaliselt tsooni teooriaga. Seda saab kasutada tahkete kristalliliste kehade puhul, mille võre aatomid on paigutatud statsionaarseks. Vastavalt sellele kontseptsioonile määratakse elektronide ja muude laadimiskandjate energia kindlaksmääratud eeskirjadega. Materjalile on iseloomulikud kolm peamist tsooni:

• Valentsivöönd sisaldab aatomitega seotud elektrone. Selles piirkonnas liigitatakse elektronide energia sammude kaupa ja tasemete arv on piiratud. Aatomi kihtide välimine osa.
• keelatud tsoon. Selles valdkonnas ei ole tasulistel vedajatel õigust. See on kahe teise tsooni vaheline piir. Sageli puuduvad metallid.
• Vaba tsoon asub kahe eelneva kohal. Siin osalevad elektronid vabalt elektrivoolu ja mis tahes energia loomisel. Tase pole.

dielektrikat iseloomustab vabatsooni kõrgeim asukoht. Mis tahes looduslikel tingimustel, mida Maa peal võib ette kujutada, ei viida materjalid elektrivoolu. Suur laius ja bandgap. Metallidel on vaba elektronide mass. Ja valentsiriba peetakse samaaegselt juhtivuse piirkonnaks - keelatud olekuid ei ole. Selle tulemusena on need materjalid madala resistentsusega.

takistused Aatomikontaktide liidesel tekivad vaheenergiatasemed, esinevad ebatavalised efektid, mida kasutavad pooljuhtfüüsika. Heterogeensust tekitab tahtlikult lisandite( aktseptorite ja doonorite) sissetoomine. Selle tulemusena tekivad uued energia olekud, mis ilmutavad uusi omadusi elektrivoolu voolu protsessis, mida algmaterjalil ei olnud.

pooljuhtidel on keelatud ribalaius. Väliste jõudude toimel saavad elektronid valentsipiirkonnast lahkuda. Põhjuseks on elektriline pinge, soojus, kiirgus, muud tüüpi efektid. Dielektrikutes ja pooljuhtides, kui temperatuur langeb, liiguvad elektronid madalamatele tasemetele, mistõttu valentsiriba täidetakse ja juhtivusruum jääb vabaks. Elektrivool ei voola. Kvantteooria kohaselt iseloomustab pooljuhtide klassi materjale, mille ribalaius on väiksem kui 3 eV.

Fermi Energy

Fermi energia on juhtivuse teoorias oluline, pooljuhtides esinevate nähtuste selgitused. Veidused lisavad kirjanduses terminile ebamääraseid määratlusi. Välis kirjanduses öeldakse, et Fermi tase on teatud väärtus eV-s ja Fermi energia on erinevus selle ja kõige madalama kristallide vahel. Siin on valitud üldised ja arusaadavad laused:

1. Fermi tase on maksimaalne kõik, mis on omane elektronide elektronile temperatuuril 0 K. Seetõttu on Fermi energia erinevus selle näitaja ja absoluutse nulli miinimumtaseme vahel.
2. Fermi energiatase - elektronide leidmise tõenäosus on kõigil temperatuuridel 50%, välja arvatud absoluutne null.

Fermi energia määratakse ainult temperatuurile 0 K, kusjuures tase on kõigis tingimustes. Termodünaamikas kirjeldab kontseptsioon kõigi elektronide täielikku keemilist potentsiaali. Fermi tase on defineeritud kui töö, mis kulub objekti lisamiseks ühele elektronile. Parameeter määrab materjali juhtivuse, aitab mõista pooljuhtide füüsikat.

Fermi tase ei pruugi olla füüsiliselt olemas. On juhtumeid, kus läbipääsukoht oli keelatud tsooni keskel. Füüsiliselt pole seda taset olemas, seal pole elektrone. Kuid parameeter on volüümimõõturiga märgatav: ahela kahe punkti potentsiaalne erinevus( näidud näit) on proportsionaalne nende punktide Fermi taseme ja elektroni laenguga pöördvõrdelise erinevusega. Lihtne sõltuvus. On lubatud ühendada need parameetrid juhtivuse ja takistusega, kasutades Omi seadust ahelasektsiooni jaoks.

Madala spetsiifilise vastupanu materjalid

Juhtmetes on enamik metalle, grafiiti ja elektrolüüte. Sellistel materjalidel on madal resistentsus. Metallides moodustavad positiivselt laetud ioonid kristallvõre, mida ümbritseb elektronide pilv. Tavaliselt nimetatakse neid juhtivusribasse sisenemiseks tavaliseks.

Kuigi ei ole täielikult teada, milline on elektron, kirjeldatakse seda tavaliselt kui osakest, mis liigub kristalli sees, mille soojuskiirus on sadu km / s. See on palju rohkem, kui on vaja kosmoselaeva orbiidile laskmiseks. Samal ajal jõuab triivikiirus, mis moodustab elektrivoolu intensiivsuse vektori toimel, vaevu sentimeetri minutis. Väli jagatakse valguse kiirusega keskkonnas( 100 tuhat km / s).

Nende seoste tõttu on võimalik väljendada juhtivust füüsikaliste koguste järgi( vt joonist):

• elektronide laengu arvutamise valem, nt.
• Vaba kandja kontsentratsioon, n.
• elektronmass, mina.
• Kandjate soojuskiirus,
• Electron tähendab vaba rada, l.

Metallide Fermi tase on vahemikus 3–15 eV ja vabade kandjate kontsentratsioon on peaaegu sõltumatu temperatuurist. Seetõttu määrab spetsiifiline juhtivus ja seega ka resistentsus molekulaarse võre struktuuri ja selle läheduse ideaalile, defektide vabadusele. Parameetrid määravad elektronide vaba tee pikkuse, on lihtne leida viitedokumentides, kui on vaja teha arvutusi( näiteks konkreetse resistentsuse määramiseks).

Kuubikujuliste metallidega on parim juhtivus. Siin on ka vask.Üleminekumetalle iseloomustab palju suurem resistentsus. Juhtivus väheneb temperatuuri tõusu ja vahelduvvoolu kõrgete sageduste korral. Viimasel juhul täheldatakse naha mõju. Madalmaade füüsiku Peter Debye nime all olev temperatuur on sõltuv teatud piirist.

Tähistatud ja mitte nii sirgjoonelised sõltuvused. Näiteks terase temperatuuri töötlemine suurendab defektide arvu, mis vähendab loomulikult materjali juhtivust. Erand reeglist oli lõõmutamine. Protsess vähendab defektide tihedust, mille tõttu väheneb takistus. Deformatsioonil on helge efekt. Mõnede sulamite puhul põhjustab mehaaniline töötlemine märkimisväärselt vastupidavuse suurenemist.

Kõrge takistusega materjalid

Mõnikord on vaja spetsiaalselt suurendada takistust. Sarnane olukord esineb ka kütteseadmete ja elektrooniliste voolu takistite korral. Siis jõuab suure spetsiifilise vastupanu( rohkem kui 0,3 µOm m) sulamite käik. Mõõtevahendite osana esitatakse nõue minimaalse potentsiaali kohta vaskkontaktiga liideses.

Kõige kuulsam oli nichrome. Sageli on kütteseadmed ehitatud odavatest kividest( rabedad, kuid odavad).Sõltuvalt eesmärgist on sulamites sisalduv vask, mangaan ja muud metallid. See on kallis rõõm. Näiteks maksab manganiini takisti Aliexpressile 30 senti, kus hinnad on traditsiooniliselt madalamad kui poe hinnad. On isegi pallaadiumi jaidiumiga sulam. Materjali hinda ei tohiks rääkida valjusti.

Trükkplaadi takistid on sageli valmistatud puhastest metallidest sputterfilmi kujul. Kroom, tantaal, volfram, sulamid on laialdaselt kasutatavad, muu hulgas nikroom.

ained, mis ei läbi elektrivoolu

dielektrikuid iseloomustab muljetavaldav takistus. See ei ole võtmefunktsioon. Dielektrilised materjalid hõlmavad materjale, mis on võimelised laengut ümber jaotama elektrivälja toimel. Selle tulemusena tekib kogunemine, mida kasutatakse kondensaatorites. Laengu ümberjaotamise astet iseloomustab dielektriline konstant. Parameeter näitab, mitu korda suureneb kondensaatori mahtuvus, kus kasutatakse õhu asemel konkreetset materjali. Individuaalsed dielektrikud on võimelised juhtima ja kiirgama vahelduvvoolu võnkumist. Ferroelektrilisus on teada temperatuuri muutuste tõttu.

Põllu suuna muutmise protsessis toimub kaotus. Nii nagu magnetiline pinge on osaliselt soojaks muundatud kerge terasega kokkupuutel. Dielektriline kadu sõltub peamiselt sagedusest. Vajadusel kasutatakse mittepolaarseid isolaatoreid materjalidena, mille molekulid on sümmeetrilised ilma väljendunud elektrilise momentita. Polariseerumine toimub siis, kui laengud on kindlalt kristallvõrguga ühendatud. Polariseerimise tüübid:

1. Elektronide polariseerumine toimub aatomite väliste energiakaartide deformeerumise tulemusena. Pöörduv. Mittepolaarsetele dielektrikutele iseloomulik aine mis tahes faasis. Madala elektronmassi tõttu esineb see peaaegu koheselt( fs ühikut).
2. ioonpolarisatsioon pikendab kahte järjestust aeglasemalt ja on iseloomulik ioonse kristallvõrguga ainetele. Seega rakendatakse materjale sagedustel kuni 10 GHz ja neil on suur dielektriline konstant( kuni 90 titaandioksiidi puhul).
3. Dipool-relaksatsioonipolarisatsioon on palju aeglasem. Täitmise aeg on sada sekundit. Dipool-lõõgastumise polarisatsioon on iseloomulik gaasidele ja vedelikele ning sõltub vastavalt viskoossusest( tihedusest).Temperatuuri mõju jälgitakse: efekt moodustab teatud väärtusega piigi.
4. Ferroelektrijaamades täheldatakse spontaanset polarisatsiooni.