ellenállás

Az ellenállás olyan anyag tulajdonsága, amely jellemzi annak képességét, hogy megakadályozza az elektromos áram áthaladását.

Az elektromos anyagok jellemzői

Az elektromos technika fő jellemzője a fajlagos elektromos vezetőképesség, m / m-ben mérve. Az arányossági tényező a térerősség-vektor és az áramsűrűség között működik. Ezt gyakran a gamma γ görög betű jelöli. Az ellenállást az elektromos vezetőképesség reciprokként ismerjük fel. Ennek eredményeképpen a fenti képlet válik: az áram sűrűsége közvetlenül arányos a térerősséggel, és fordítottan arányos a közeg fajlagos ellenállásával. Az egység Omm

lesz. A vizsgált koncepció nemcsak a szilárd médiumokra vonatkozik. Például az áramot folyadék-elektrolitok és ionizált gázok hajtják végre. Ezért minden esetben megengedhető az ellenállás fogalmának bevezetése, mert az elektromos töltés áthalad a közegen. Nehéz megtalálni a referenciakönyvekben szereplő értékeket, például a hegesztési ív egyszerű okokból - ezek nincsenek megfelelően bevonva az ilyen feladatokba. Ezt nem állítják be. Davy izzó villanyáramú ragyogásának felfedezése óta egy évszázad, ami a izzó izzók közös használatba vétele előtt történt - hasonló oknál fogva a felfedezés fontosságát és jelentőségét nem ismerte fel azonnal.

Az ellenállási értéktől függően az anyagok megoszlanak:

1. Az 1/10000 Ohm-nál kisebb
2. vezetők esetében a dielektrikumokhoz - több mint 100 millió Ohm m.

Ezek az értékek kizárólag a test azon képességét jellemzik, hogy ellenálljanak az elektromos áram áthaladásának, és nem befolyásolják más szempontokat( rugalmasság, hőállóság).Például a mágneses anyagok vezetők, dielektrikumok és félvezetők.

Hogyan alakul ki a vezetőképesség egy anyagban

A modern fizikában az ellenállást és a vezetőképességet általában a zónaelmélet magyarázza. Alkalmazható olyan szilárd kristályos testekre, amelyek rácsatomjai helyhez kötöttek. E fogalom szerint az elektronok és más töltéshordozók energiáját a megállapított szabályok határozzák meg. Az anyagnak három fő zónája van:

• A valenciazóna atomokkal társított elektronokat tartalmaz. Ebben a régióban az elektron-energiát lépésenként sorolják, és a szintek száma korlátozott. Az atom rétegének külső része.
• tiltott zóna. Ezen a területen a díjköteles fuvarozók nem jogosultak. Ez a két másik zóna közötti határ. A fémek gyakran hiányoznak.
• A szabad zóna az előző kettő felett helyezkedik el. Itt az elektronok szabadon részt vesznek az elektromos áram és minden energia létrehozásában. Nincs szint. Az

dielektrikákat a szabad zóna legmagasabb elhelyezkedése jellemzi. Bármilyen természetes körülmények között elképzelhető a Földön, az anyagok nem vezetnek áramot. Nagy szélesség és bandgap. A fémeknek szabad elektronok tömege van.És a valencia zenekar egyidejűleg a vezetési térségnek tekinthető - nincsenek tiltott állapotok. Ennek eredményeként ezek az anyagok kis ellenállással rendelkeznek.

ellenállások Az atomi érintkezők felületén közbenső energiaszintek keletkeznek, szokatlan hatások fordulnak elő, amelyeket a félvezető fizika használ. A heterogenitásokat szándékosan hozzák létre a szennyeződések( akceptorok és donorok) bevezetésével. Ennek eredményeként új energiaállapotok alakulnak ki, amelyek az áramáramlás folyamatában új tulajdonságokat mutatnak be, amelyeket a forrásanyag nem rendelkezett. Az

félvezetők tiltott sávszélességgel rendelkeznek. Külső erők hatására az elektronok képesek elhagyni a valencia régiót. Ennek oka az elektromos feszültség, a hő, a sugárzás, egyéb hatások. A dielektrikumokban és a félvezetőkben a hőmérséklet csökkenése esetén az elektronok alacsonyabb szintre jutnak, így a valencia sáv kitöltődik, és a vezetési sáv szabadon marad. Az áram nem áramlik. A kvantumelmélet szerint a félvezetők osztálya 3 eV-nál kisebb sávszélességű anyagként jellemezhető.

Fermi Energy

A Fermi energia fontos szerepet játszik a vezetőképesség elméletében, a félvezetőkben előforduló jelenségek magyarázataiban. A finomságok az irodalomban homályos fogalommeghatározásokat adnak. A külföldi irodalom azt mondja, hogy a Fermi szint az eV-ben bizonyos érték, és a Fermi energia a különbség és a legkisebb egy kristályban. Itt vannak a kiválasztott általános és érthető mondatok:

1. A Fermi-szint a legmagasabb, ami a fémekben egy 0 K hőmérsékleten rejlik. Ezért a Fermi-energia a különbség e szám és az abszolút nulla minimális szintje között.
2. A Fermi energiaszint - az elektronok megtalálásának valószínűsége 50% minden hőmérsékleten, kivéve az abszolút nullát.

A Fermi energiát kizárólag 0 K hőmérsékletre határozzuk meg, míg a szint minden körülmények között létezik. A termodinamikában a koncepció az összes elektron teljes kémiai potenciálját írja le. A Fermi-szintet úgy definiáljuk, mint egy objektum egyetlen elektronhoz való hozzáadására fordított munkát. A paraméter meghatározza az anyag vezetőképességét, segít megérteni a félvezetők fizikáját.

A Fermi szint nem feltétlenül létezik fizikailag. Vannak esetek, amikor az áthaladás helye a tiltott zóna közepén volt. Fizikailag a szint nem létezik, nincsenek elektronok. A paraméter azonban egy voltmérővel észlelhető: az áramkör két pontja közötti potenciálkülönbség( a kijelzőn látható értékek) arányos az e pontok Fermi szintjei közötti különbséggel és fordítottan arányos az elektron töltéssel. Egyszerű függőség. Ezeket a paramétereket a vezetőképességgel és az ellenállással lehet összekapcsolni, a Ohm törvényével a láncszakaszhoz.

Alacsony fajlagos ellenállással rendelkező anyagok

A vezetők a legtöbb fémből, grafitból és elektrolitból állnak. Az ilyen anyagok ellenállása alacsony. A fémekben a pozitív töltésű ionok kristályrácsos helyeket képeznek elektronok felhőjével körülvéve. Ezeket általában a vezetési sávba való belépéshez szokásnak nevezik.

Bár nem teljesen tisztában van azzal, hogy mi az elektron, az általában egy kristályban mozgó részecske, amely több száz km / s hősebességgel mozog. Ez sokkal több, mint amennyire szükséges egy űrhajó orbitához való elindításához. Ugyanakkor az intenzitásvektor hatására elektromos áramot képező drift sebessége alig éri el a centimétert percenként. A mező a fénysebességgel rendelkező környezetben( 100 ezer km / s) oszlik meg.

Ezeknek a kapcsolatoknak az eredményeként lehetővé válik a vezetőképesség fizikai mennyiségek szerinti kifejezése( lásd az ábrát):

• elektron töltés, pl.
• Szabad hordozó koncentráció, n.
• elektronmassza, én.
• A hordozók hősebessége,
• Electron szabad út, l.

A fémek Fermi szintje 3-15 eV tartományban van, és a szabad hordozók koncentrációja szinte független a hőmérséklettől. Ezért a fajlagos vezetőképességet, és ezáltal az ellenállást a molekuláris rács szerkezete és az ideálishoz való közelsége határozza meg, a hibáktól mentes. A paraméterek meghatározzák az elektronok szabad útjának hosszát, könnyen megtalálhatók a referenciakönyvekben, ha szükség van számításokra( például a fajlagos ellenállás meghatározására).

A köbös rácsos fémek a legjobb vezetőképességűek. Itt szerepel a réz. Az átmeneti fémek sokkal nagyobb ellenállást mutatnak. A vezetőképesség a hőmérséklet emelkedésével és a váltakozó áram magas frekvenciáival csökken. Az utóbbi esetben bőrhatás figyelhető meg. A holland fizikus Peter Debye nevű névleges határérték felett a hőmérséklet függősége lineáris.

Jelzett és nem egyenes vonalfüggőség. Például az acél hőmérsékletkezelése növeli a hibák számát, ami természetesen csökkenti az anyag vezetőképességét. A szabály alóli kivétel volt az izzítás. Az eljárás csökkenti a hibák sűrűségét, aminek következtében az ellenállás csökken. A deformáció fényes hatása van. Egyes ötvözeteknél a megmunkálás az ellenállás jelentős növekedését eredményezi.

Az

nagy ellenállással rendelkező anyagok

Néha szükséges az ellenállás kifejezett növelése. Hasonló helyzet fordul elő fűtőeszközökkel és elektronikus áramkör ellenállásokkal. Ezután jön a nagy fajlagos ellenállással rendelkező ötvözetek fordulata( több mint 0,3 µOm m).A mérőműszerek részeként a minimális potenciál követelményét a réz érintkezővel való érintkezésnél bemutatjuk.

A leghíresebb a nichrome. Gyakran előfordul, hogy a fűtőberendezések olcsó fehrle( törékeny, de olcsó).A céltól függően az ötvözetekbe a réz, a mangán és más fémek tartoznak. Drága öröm. Például egy manganin ellenállás 30 centet fizet az Aliexpress-nél, ahol az árak hagyományosan alacsonyabbak, mint a tárolási árak. Van még egy palládium ötvözet iridiummal. Az anyag árát nem szabad hangosan kimondani.

A nyomtatott áramkör ellenállások gyakran tiszta fémekből készülnek, szórófóliák formájában. A krómot, a tantalt, a volfrámot, az ötvözeteket széles körben használják, többek között a nichrome. Az

anyagok, amelyek nem viselkednek elektromos árammal Az

dielektrikákat lenyűgöző ellenállás jellemzi. Ez nem kulcsfontosságú jellemző.A dielektromos anyagok olyan anyagokat tartalmaznak, amelyek képesek a töltést egy elektromos mező hatására újra elosztani. Ennek eredményeként felhalmozódik, ami a kondenzátorokban használatos. A töltés újraelosztási fokát dielektromos állandó jellemzi. A paraméter megmutatja, hogy a kondenzátor kapacitása hányszor nő, ahol a levegő helyett egy specifikus anyag kerül felhasználásra. Az egyéni dielektrikumok képesek váltakozó áramok hatására ingadozásokat vezetni és kibocsátani. A hőmérséklet-változások miatt a ferroelektromosság ismert.

A terepi irányváltás folyamatában a veszteségek jelentkeznek. Ahogy a mágneses feszültséget részlegesen hővé alakítják át enyhe acél hatására. A dielektromos veszteség elsősorban a frekvenciától függ. Szükség esetén nem poláros szigetelőanyagokat alkalmaznak, amelyek molekulái szimmetrikusak, kifejezett elektromos pillanat nélkül. A polarizáció akkor következik be, amikor a töltések szilárdan kapcsolódnak a kristályrácshoz. A polarizáció típusai:

1. Az elektron polarizációja az atomok külső energiahéjainak alakváltozása következtében történik. Visszafordítható.A nem poláros dielektrikumok jellemzői az anyag bármely fázisában. Az alacsony elektron tömegének köszönhetően szinte azonnal megjelenik( fs egysége).Az
2. ion polarizációja két nagyságrenddel bővül, és ionos kristályrácsos anyagokra jellemző.Ennek megfelelően az anyagokat 10 GHz-ig terjedő frekvenciákon alkalmazzuk, és nagy dielektromos állandójuk van( legfeljebb 90 titán-dioxid esetében).Az
3. Dipol-relaxációs polarizáció sokkal lassabb. A végrehajtási idő másodperc század. A dipol-relaxációs polarizáció a gázokra és folyadékokra jellemző, és a viszkozitás( sűrűség) függvénye. A hőmérséklet hatása nyomon követhető: a hatás egy bizonyos értékű csúcsot képez.
4. Spontán polarizáció figyelhető meg a ferroelektródákban.