• الموصلات.
• العوازل (مع خصائص العزل) ؛
• أشباه الموصلات.

الإلكترونات والتيار

في قلب المفهوم الحديث للتيار الكهربائي هو افتراض أنه يتكون من جسيمات مادية - شحنات. لكن التجارب الفيزيائية والكيميائية المختلفة تعطي أسبابًا لتأكيد أن حاملات الشحنة هذه يمكن أن تكون من أنواع مختلفة في نفس الموصل. ويؤثر عدم تجانس الجزيئات هذا على كثافة التيار. بالنسبة للحسابات المتعلقة بمعلمات التيار الكهربائي ، يتم استخدام كميات فيزيائية معينة. من بينها ، يحتل الموصلية مع المقاومة مكانًا مهمًا.

• ترتبط الموصلية الكهربائية بالمقاومة بعلاقة عكسية متبادلة.

من المعروف أنه عندما يكون هناك جهد معين مطبق على دائرة كهربائية ، يظهر فيها تيار كهربائي ، ترتبط قيمته بموصلية هذه الدائرة. تم هذا الاكتشاف الأساسي في ذلك الوقت بواسطة الفيزيائي الألماني جورج أوم. منذ ذلك الحين ، تم استخدام قانون يسمى قانون أوم. إنه موجود لخيارات الدوائر المختلفة. لذلك ، قد تختلف الصيغ الخاصة بهم عن بعضها البعض ، لأنها تتوافق مع شروط مختلفة تمامًا.

كل دائرة كهربائية لها موصل. إذا كان يحتوي على نوع واحد من جسيمات حامل الشحنة ، فإن التيار في الموصل يشبه تدفق مائع له كثافة معينة. يتم تحديده بالصيغة التالية:

تتوافق معظم المعادن مع نفس النوع من الجسيمات المشحونة ، بسبب وجود تيار كهربائي. بالنسبة للمعادن ، يتم حساب التوصيل الكهربائي وفقًا للصيغة التالية:

نظرًا لأنه يمكن حساب الموصلية ، فمن السهل الآن تحديد المقاومة الكهربائية. لقد سبق ذكره أعلاه أن مقاومة الموصل هي متبادلة للموصلية. لذلك،

في هذه الصيغة ، يتم استخدام الحرف اليوناني ρ (rho) للإشارة إلى المقاومة الكهربائية. غالبًا ما يستخدم هذا التعيين في الأدبيات الفنية. ومع ذلك ، يمكنك أيضًا العثور على صيغ مختلفة قليلاً بمساعدة حساب مقاومة الموصلات. إذا تم استخدام النظرية الكلاسيكية للمعادن والتوصيل الإلكتروني فيها للحسابات ، يتم حساب المقاومة بالمعادلة التالية:

ومع ذلك ، هناك واحد "لكن". تتأثر حالة الذرات في الموصل المعدني بمدة عملية التأين التي تتم بواسطة مجال كهربائي. مع تأثير مؤين واحد على الموصل ، ستتلقى الذرات الموجودة فيه تأينًا واحدًا ، مما سيخلق توازنًا بين تركيز الذرات والإلكترونات الحرة. وستكون قيم هذه التركيزات متساوية. في هذه الحالة ، تحدث التبعيات والصيغ التالية:

الموصلية ومقاومة الانحرافات

بعد ذلك ، نفكر في ما يحدد الموصلية المحددة ، والتي ترتبط عكسياً بالمقاومة. إن مقاومة المادة هي كمية فيزيائية مجردة إلى حد ما. كل موصل موجود في شكل عينة محددة. يتميز بوجود العديد من الشوائب والعيوب في الهيكل الداخلي. يتم أخذها في الاعتبار كمصطلحات منفصلة في التعبير الذي يحدد المقاومة وفقًا لقاعدة Matthiessen. تأخذ هذه القاعدة أيضًا في الاعتبار تشتت تيار الإلكترون المتحرك على عقد الشبكة البلورية للعينة التي تتقلب اعتمادًا على درجة الحرارة.

كما أن وجود عيوب داخلية ، مثل شوائب مختلفة وفراغات مجهرية ، يزيد أيضًا من المقاومة. لتحديد كمية الشوائب في العينات ، يتم قياس مقاومة المواد لقيمتين لدرجة حرارة مادة العينة. إحدى قيم درجة الحرارة هي درجة حرارة الغرفة ، والأخرى تتوافق مع الهيليوم السائل. من نسبة نتيجة القياس في درجة حرارة الغرفة إلى النتيجة عند درجة حرارة الهيليوم السائل ، يتم الحصول على معامل يوضح الكمال الهيكلي للمادة ونقاوتها الكيميائية. يُشار إلى المعامل بالحرف β.

إذا تم اعتبار سبيكة معدنية ذات بنية محلول صلب غير منظم كموصل تيار كهربائي ، يمكن أن تكون قيمة المقاومة المتبقية أكبر بكثير من المقاومة. ويغطي قانون خاص هذه الميزة الخاصة بالسبائك المعدنية المكونة من عنصرين والتي لا تتعلق بالعناصر الأرضية النادرة ، وكذلك بالعناصر الانتقالية. يطلق عليه قانون نوردهايم.

تتجه التقنيات الحديثة في مجال الإلكترونيات بشكل متزايد نحو التصغير. لدرجة أن كلمة "nanocircuit" ستظهر قريبًا بدلاً من الدائرة المصغرة. الموصلات في مثل هذه الأجهزة رقيقة جدًا لدرجة أنه سيكون من الصحيح تسميتها بأفلام معدنية. من الواضح تمامًا أن عينة الفيلم بمقاومتها ستختلف لأعلى عن الموصل الأكبر. يؤدي السمك الصغير للمعدن في الفيلم إلى ظهور خصائص أشباه الموصلات فيه.

يبدأ التناسب بين سمك المعدن والمسار الحر للإلكترونات في هذه المادة في الظهور. هناك مساحة صغيرة لتحرك الإلكترونات. لذلك ، يبدأون في منع بعضهم البعض من التحرك بطريقة منظمة ، مما يؤدي إلى زيادة المقاومة. بالنسبة للأفلام المعدنية ، يتم حساب المقاومة باستخدام صيغة خاصة تم الحصول عليها من التجارب. تمت تسمية الصيغة على اسم Fuchs ، العالم الذي درس مقاومة الأفلام.

الأفلام هي تشكيلات محددة للغاية يصعب تكرارها بحيث تكون خصائص العديد من العينات متشابهة. للحصول على دقة مقبولة في تقييم الأفلام ، يتم استخدام معلمة خاصة - مقاومة السطح المحددة.

تتكون المقاومات من أغشية معدنية على ركيزة الدائرة الدقيقة. لهذا السبب ، تعتبر حسابات المقاومة مهمة مطلوبة بشدة في مجال الإلكترونيات الدقيقة. من الواضح أن قيمة المقاومة تتأثر بدرجة الحرارة وترتبط بها من خلال اعتماد التناسب المباشر. بالنسبة لمعظم المعادن ، يحتوي هذا الاعتماد على قسم خطي معين في نطاق درجة حرارة معينة. في هذه الحالة ، يتم تحديد المقاومة من خلال الصيغة:

في المعادن ، ينشأ التيار الكهربائي بسبب العدد الكبير من الإلكترونات الحرة ، والتي يكون تركيزها مرتفعًا نسبيًا. علاوة على ذلك ، تحدد الإلكترونات أيضًا الموصلية الحرارية العالية للمعادن. لهذا السبب ، تم إنشاء اتصال بين التوصيل الكهربائي والتوصيل الحراري بواسطة قانون خاص ، والذي تم إثباته تجريبياً. يتميز قانون Wiedemann-Franz هذا بالصيغ التالية:

آفاق مغرية للموصلية الفائقة

ومع ذلك ، فإن أكثر العمليات المدهشة تحدث عند أدنى درجة حرارة يمكن تحقيقها تقنيًا للهيليوم السائل. في ظل ظروف التبريد هذه ، تفقد جميع المعادن مقاومتها عمليًا. الأسلاك النحاسية المبردة لدرجة حرارة الهيليوم السائل قادرة على إجراء تيارات أكبر بعدة مرات من الظروف العادية. إذا أصبح هذا ممكنًا في الممارسة العملية ، فسيكون التأثير الاقتصادي لا يقدر بثمن.

والأكثر إثارة للدهشة هو اكتشاف موصلات عالية الحرارة. كانت هذه الأنواع من السيراميك في ظل الظروف العادية بعيدة جدًا في مقاومتها عن المعادن. ولكن عند درجة حرارة تزيد عن ثلاثين درجة فوق الهيليوم السائل ، أصبحوا موصلات فائقة. أصبح اكتشاف هذا السلوك للمواد غير المعدنية حافزًا قويًا للبحث. نظرًا للعواقب الاقتصادية الهائلة للتطبيق العملي للموصلية الفائقة ، تم إلقاء موارد مالية كبيرة جدًا في هذا الاتجاه ، وبدأت الأبحاث على نطاق واسع.

ولكن في الوقت الحالي ، كما يقولون ، "لا تزال الأشياء موجودة" ... تبين أن مواد السيراميك غير مناسبة للاستخدام العملي. تطلبت شروط الحفاظ على حالة الموصلية الفائقة نفقات كبيرة بحيث تم تدمير جميع الفوائد الناتجة عن استخدامها. لكن التجارب مع الموصلية الفائقة مستمرة. هناك تقدم. تم الحصول على الموصلية الفائقة بالفعل عند درجة حرارة 165 درجة كلفن ، لكن هذا يتطلب ضغطًا مرتفعًا. إنشاء وصيانة مثل هذه الشروط الخاصة مرة أخرى تنفي الاستخدام التجاري لهذا الحل التقني.

عوامل مؤثرة إضافية

في الوقت الحاضر ، يستمر كل شيء في السير على طريقته الخاصة ، وبالنسبة للنحاس والألمنيوم وبعض المعادن الأخرى ، تستمر المقاومة في ضمان استخدامها الصناعي في صناعة الأسلاك والكابلات. في الختام ، يجدر إضافة بعض المعلومات التي تفيد بأن مقاومة مادة الموصل ودرجة الحرارة المحيطة لا تؤثر فقط على الخسائر الموجودة فيها أثناء مرور التيار الكهربائي. تعتبر هندسة الموصل مهمة جدًا عند استخدامه بتردد جهد متزايد وقوة تيار عالية.

في ظل هذه الظروف ، تميل الإلكترونات إلى التركيز بالقرب من سطح السلك ، ويفقد سمكها كموصل معناها. لذلك ، من الممكن تقليل كمية النحاس في السلك بشكل مبرر عن طريق صنع الجزء الخارجي للموصل منه فقط. عامل آخر في زيادة مقاومة الموصل هو التشوه. لذلك ، على الرغم من الأداء العالي لبعض المواد الموصلة للكهرباء ، إلا أنها قد لا تظهر في ظل ظروف معينة. من الضروري اختيار الموصلات المناسبة لمهام محددة. سوف تساعدك الجداول أدناه في هذا.

المقاومة النوعيةالمعادن هي مقياس لخصائصها لمقاومة مرور التيار الكهربائي. يتم التعبير عن هذه القيمة بوحدة أوم متر (أوم أوم). رمز المقاومة هو الحرف اليوناني ρ (rho). تعني المقاومة العالية أن المادة لا توصل الشحنات الكهربائية بشكل جيد.

المقاومة النوعية

تُعرّف المقاومة الكهربائية بأنها النسبة بين شدة المجال الكهربائي داخل المعدن وكثافة التيار فيه:

أين:
ρ هي مقاومة المعدن (أوم⋅م) ،
E هي شدة المجال الكهربائي (V / m) ،
J هي قيمة كثافة التيار الكهربائي في المعدن (A / m2)

إذا كانت شدة المجال الكهربائي (E) في المعدن كبيرة جدًا ، وكانت كثافة التيار (J) صغيرة جدًا ، فهذا يعني أن المعدن يتمتع بمقاومة عالية.

مقلوب المقاومة هو التوصيل الكهربائي ، مما يشير إلى مدى جودة توصيل المادة للتيار الكهربائي:

σ هي موصلية المادة ، معبراً عنها بالسيمنز لكل متر (S / m).

المقاومة الكهربائية

يتم التعبير عن المقاومة الكهربائية ، وهي أحد المكونات ، بالأوم (أوم). وتجدر الإشارة إلى أن المقاومة الكهربائية والمقاومة ليسا نفس الشيء. المقاومة هي خاصية للمادة ، في حين أن المقاومة الكهربائية هي خاصية للجسم.

يتم تحديد المقاومة الكهربائية للمقاوم من خلال الجمع بين شكل ومقاومة المادة المصنوعة منه.

على سبيل المثال ، المقاوم السلكي المصنوع من سلك طويل ورفيع يتمتع بمقاومة أكبر من المقاوم المصنوع من سلك قصير وسميك من نفس المعدن.

في الوقت نفسه ، فإن المقاوم الملفوف السلكي المصنوع من مادة عالية المقاومة يتمتع بمقاومة كهربائية أعلى من المقاوم المصنوع من مادة منخفضة المقاومة. وكل هذا على الرغم من حقيقة أن كلا المقاومتين مصنوعان من سلك بنفس الطول والقطر.

كتوضيح ، يمكننا رسم تشبيه مع نظام هيدروليكي ، حيث يتم ضخ المياه عبر الأنابيب.

• كلما كان الأنبوب أطول وأرق ، زادت مقاومة الماء.
• الأنبوب المملوء بالرمل يقاوم الماء أكثر من الأنبوب بدون الرمل.

مقاومة الأسلاك

تعتمد قيمة مقاومة السلك على ثلاثة معايير: مقاومة المعدن ، وطول وقطر السلك نفسه. معادلة حساب مقاومة السلك:

أين:
R - مقاومة السلك (أوم)
ρ - المقاومة النوعية للمعدن (أوم م)
L - طول السلك (م)
أ - مساحة المقطع العرضي للسلك (م 2)

على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك المقاوم سلك نيتشروم بمقاومة 1.10 × 10-6 أوم. يبلغ طول السلك 1500 مم وقطره 0.5 مم. بناءً على هذه المعلمات الثلاثة ، نحسب مقاومة سلك نيتشروم:

R \ u003d 1.1 * 10 -6 * (1.5 / 0.000000196) = 8.4 أوم

غالبًا ما يتم استخدام Nichrome و Constantan كمواد مقاومة. يمكنك أن ترى في الجدول أدناه مقاومة بعض المعادن الأكثر استخدامًا.

مقاومة السطح

يتم حساب قيمة مقاومة السطح بنفس طريقة حساب مقاومة السلك. في هذه الحالة ، يمكن تمثيل مساحة المقطع العرضي على أنها حاصل ضرب w و t:

بالنسبة لبعض المواد ، مثل الأغشية الرقيقة ، يُشار إلى العلاقة بين المقاومة وسماكة الفيلم على أنها مقاومة صفيحة الطبقة RS:

حيث يتم قياس RS بالأوم. في هذا الحساب ، يجب أن تكون سماكة الفيلم ثابتة.

في كثير من الأحيان ، يقوم مصنعو المقاومات بقطع المسارات في الفيلم لزيادة المقاومة لزيادة مسار التيار الكهربائي.

خصائص المواد المقاومة

تعتمد مقاومة المعدن على درجة الحرارة. يتم إعطاء قيمها ، كقاعدة عامة ، لدرجة حرارة الغرفة (20 درجة مئوية). يتميز التغير في المقاومة نتيجة للتغير في درجة الحرارة بمعامل درجة الحرارة.

على سبيل المثال ، في الثرمستورات (الثرمستورات) ، تُستخدم هذه الخاصية لقياس درجة الحرارة. من ناحية أخرى ، في الإلكترونيات الدقيقة ، يعد هذا تأثيرًا غير مرغوب فيه إلى حد ما.
تتميز مقاومات الأفلام المعدنية بخصائص ممتازة لاستقرار درجة الحرارة. يتم تحقيق ذلك ليس فقط بسبب المقاومة المنخفضة للمادة ، ولكن أيضًا بسبب التصميم الميكانيكي للمقاوم نفسه.

يتم استخدام العديد من المواد والسبائك المختلفة في صناعة المقاومات. نيتشروم (سبيكة من النيكل والكروم) ، نظرًا لمقاومته العالية ومقاومته للأكسدة في درجات الحرارة العالية ، غالبًا ما يستخدم كمواد لصنع المقاومات السلكية. عيبه هو أنه لا يمكن لحامه. من السهل لحام مادة قسطنطين ، وهي مادة شائعة أخرى ، ولها معامل درجة حرارة أقل.

لقد سمع الكثير عن قانون أوم ، لكن لا يعرف الجميع ما هو. تبدأ الدراسة بدورة مدرسية في الفيزياء. بمزيد من التفصيل قم بتمرير الكلية الفيزيائية والديناميكا الكهربية. من غير المحتمل أن تكون هذه المعرفة مفيدة للشخص العادي العادي ، لكنها ضرورية للتطوير العام وللمهنة المستقبلية. من ناحية أخرى ، فإن المعرفة الأساسية بالكهرباء وهيكلها وميزاتها في المنزل ستساعد في تحذير نفسك من المتاعب. لا عجب أن قانون أوم يسمى القانون الأساسي للكهرباء. يحتاج رب المنزل إلى المعرفة في مجال الكهرباء من أجل منع الجهد الزائد ، والذي يمكن أن يؤدي إلى زيادة الحمل والحريق.

مفهوم المقاومة الكهربائية

اكتشف الفيزيائي الألماني جورج سيمون أوم العلاقة بين الكميات الفيزيائية الأساسية لدائرة كهربائية - المقاومة والجهد وقوة التيار.

المقاومة الكهربائية للموصل هي القيمة التي تميز مقاومته للتيار الكهربائي.بمعنى آخر ، يترك جزء من الإلكترونات تحت تأثير تيار كهربائي على الموصل مكانه في الشبكة البلورية ويذهب إلى القطب الموجب للموصل. تبقى بعض الإلكترونات في الشبكة ، وتستمر في الدوران حول ذرة النواة. تشكل هذه الإلكترونات والذرات مقاومة كهربائية تمنع حركة الجسيمات المنبعثة.

العملية المذكورة أعلاه قابلة للتطبيق على جميع المعادن ، ولكن المقاومة فيها تحدث بطرق مختلفة. هذا بسبب الاختلاف في الحجم والشكل والمواد التي يتكون منها الموصل. وفقًا لذلك ، فإن أبعاد الشبكة البلورية لها شكل غير متساوٍ بالنسبة للمواد المختلفة ، وبالتالي فإن المقاومة الكهربائية لحركة التيار من خلالها ليست هي نفسها.

من هذا المفهوم يتبع تعريف مقاومة المادة ، وهو مؤشر فردي لكل معدن على حدة. المقاومة الكهربائية (ER) هي كمية مادية يُشار إليها بالحرف اليوناني ρ وتتميز بقدرة المعدن على منع مرور الكهرباء من خلاله.

النحاس هو المادة الرئيسية للموصلات

يتم حساب مقاومة المادة بواسطة الصيغة ، حيث يكون أحد المؤشرات المهمة هو معامل درجة الحرارة للمقاومة الكهربائية. يحتوي الجدول على قيم المقاومة لثلاثة معادن معروفة في نطاق درجة الحرارة من 0 إلى 100 درجة مئوية.

إذا أخذنا معامل مقاومة الحديد ، كأحد المواد المتاحة ، يساوي 0.1 أوم ، فسنحتاج إلى 10 أمتار لـ 1 أوم. تمتلك الفضة أدنى مقاومة كهربائية ؛ أما بالنسبة لمؤشرها البالغ 1 أوم ، فيخرج 66.7 مترًا. فرق كبير ، لكن الفضة معدن باهظ الثمن ولا يستخدم على نطاق واسع. التالي من حيث الأداء هو النحاس ، حيث يتطلب 1 أوم مترًا. نظرًا لتوفره وتكلفته مقارنة بالفضة ، يعد النحاس أحد أكثر المواد شيوعًا للاستخدام في الشبكات الكهربائية. تجعل المقاومة المنخفضة للأسلاك النحاسية أو مقاومة الأسلاك النحاسية من الممكن استخدام موصل نحاسي في العديد من فروع العلم والتكنولوجيا ، وكذلك في الأغراض الصناعية والمنزلية.

قيمة المقاومة

قيمة المقاومة ليست ثابتة ، فهي تتغير حسب العوامل التالية:

• الحجم. كلما زاد قطر الموصل ، زاد عدد الإلكترونات التي يمر بها عبر نفسه. لذلك ، كلما كان حجمها أصغر ، زادت المقاومة.
• طول. تمر الإلكترونات عبر الذرات ، لذا فكلما زاد طول السلك ، زاد عدد الإلكترونات التي تنتقل من خلالها. عند الحساب ، من الضروري مراعاة طول السلك وحجمه ، لأنه كلما كان السلك أطول وأرق ، زادت مقاومته والعكس صحيح. يمكن أن يؤدي عدم حساب حمولة المعدات المستخدمة إلى ارتفاع درجة حرارة السلك والحريق.
• درجة حرارة. من المعروف أن نظام درجة الحرارة له أهمية كبيرة في سلوك المواد بطرق مختلفة. المعدن ، مثله مثل أي شيء آخر ، يغير خصائصه عند درجات حرارة مختلفة. تعتمد مقاومة النحاس بشكل مباشر على معامل درجة الحرارة لمقاومة النحاس وتزداد عند تسخينها.
• تآكل. يؤدي تكوين التآكل إلى زيادة الحمل بشكل كبير. يحدث هذا بسبب التأثيرات البيئية ، دخول الرطوبة ، الملح ، الأوساخ ، إلخ. المظاهر. يوصى بعزل وحماية جميع التوصيلات والمحطات والالتواءات وتثبيت الحماية للمعدات الموجودة في الشارع واستبدال الأسلاك والتجمعات والتجمعات التالفة في الوقت المناسب.

حساب المقاومة

يتم إجراء الحسابات عند تصميم الأشياء لأغراض واستخدامات مختلفة ، لأن دعم الحياة لكل منها يأتي من الكهرباء. يتم أخذ كل شيء في الاعتبار ، من تركيبات الإضاءة إلى المعدات المعقدة تقنيًا. في المنزل ، سيكون من المفيد أيضًا إجراء عملية حسابية ، خاصةً إذا كان من المخطط استبدال الأسلاك. بالنسبة لبناء المساكن الخاصة ، من الضروري حساب الحمل ، وإلا فإن التجميع "اليدوي" للأسلاك الكهربائية يمكن أن يؤدي إلى نشوب حريق.

الغرض من الحساب هو تحديد المقاومة الكلية للموصلات لجميع الأجهزة المستخدمة ، مع مراعاة معاييرها التقنية. يتم حسابه بواسطة الصيغة R = p * l / S ، حيث:

R هي النتيجة المحسوبة ؛

p هو مؤشر المقاومة من الجدول ؛

l طول السلك (الموصل) ؛

S هو قطر القسم.

الوحدات

في النظام الدولي لوحدات الكميات الفيزيائية (SI) ، تقاس المقاومة الكهربائية بالأوم (أوم). وحدة قياس المقاومة وفقًا لنظام SI تساوي هذه المقاومة لمادة يكون فيها الموصل مصنوعًا من مادة واحدة بطول متر واحد مع مقطع عرضي 1 متر مربع. م لديه مقاومة 1 أوم. يظهر في الجدول بوضوح استخدام 1 أوم / م فيما يتعلق بالمعادن المختلفة.

أهمية المقاومة

يمكن النظر إلى العلاقة بين المقاومة والموصلية على أنها علاقة متبادلة. كلما ارتفع مؤشر أحد الموصلات ، انخفض مؤشر الموصل الآخر والعكس صحيح. لذلك ، عند حساب التوصيل الكهربائي ، يتم استخدام الحساب 1 / r ، لأن الرقم المقلوب لـ X هو 1 / X والعكس صحيح. يشار إلى المؤشر المحدد بالحرف g.

فوائد النحاس الالكتروليتى

المقاومة المنخفضة (بعد الفضة) كميزة ، النحاس غير محدود. لها خصائص فريدة من نوعها في خصائصها ، وهي اللدونة ، عالية المرونة. بفضل هذه الصفات ، يتم إنتاج النحاس الإلكتروليتي عالي النقاء لإنتاج الكابلات المستخدمة في الأجهزة الكهربائية وتكنولوجيا الكمبيوتر والصناعة الكهربائية وصناعة السيارات.

اعتماد مؤشر المقاومة على درجة الحرارة

معامل درجة الحرارة هو قيمة تساوي التغير في جهد جزء من الدائرة ومقاومة المعدن نتيجة للتغيرات في درجة الحرارة. تميل معظم المعادن إلى زيادة المقاومة مع زيادة درجة الحرارة بسبب الاهتزازات الحرارية للشبكة البلورية. يؤثر معامل درجة الحرارة لمقاومة النحاس على المقاومة المحددة للسلك النحاسي وعند درجات حرارة من 0 إلى 100 درجة مئوية يكون 4.1 10−3 (1 / كلفن). بالنسبة للفضة ، تبلغ قيمة هذا المؤشر في ظل نفس الظروف 3.8 ، وللحديد 6.0. هذا يثبت مرة أخرى فعالية استخدام النحاس كموصل.

تسمى المواد والمواد القادرة على توصيل التيار الكهربائي بالموصلات. يتم تصنيف الباقي على أنه عازل. لكن لا توجد عوازل نقية ، فهي جميعها تعمل أيضًا بالتيار ، لكن قيمتها صغيرة جدًا.

لكن الموصلات تجري التيار بشكل مختلف. وفقًا لصيغة جورج أوم ، يتناسب التيار المتدفق عبر موصل خطيًا مع مقدار الجهد المطبق عليه ، ويتناسب عكسياً مع كمية تسمى المقاومة.

سميت وحدة قياس المقاومة أوم تكريما للعالم الذي اكتشف هذه العلاقة. لكن اتضح أن الموصلات المصنوعة من مواد مختلفة ولها نفس الأبعاد الهندسية لها مقاومة كهربائية مختلفة. لتحديد مقاومة موصل بطول ومقطع عرضي معروفين ، تم تقديم مفهوم المقاومة - وهو معامل يعتمد على المادة.

نتيجة لذلك ، فإن مقاومة الموصل ذي الطول والمقطع العرضي المعروفين ستكون مساوية لـ

لا تنطبق المقاومة على المواد الصلبة فحسب ، بل على السوائل أيضًا. لكن قيمتها تعتمد أيضًا على الشوائب أو المكونات الأخرى في مادة المصدر. لا توصل المياه النقية الكهرباء لكونها عازلة للكهرباء. لكن في الطبيعة لا يوجد ماء مقطر ، فهو يحتوي دائمًا على أملاح وبكتيريا وشوائب أخرى. هذا الكوكتيل هو موصل للتيار الكهربائي بمقاومة محددة.

من خلال إدخال إضافات مختلفة في المعادن ، يتم الحصول على مواد جديدة - سبائكالتي تختلف مقاومتها عن تلك الموجودة في المادة الأصلية ، حتى لو كانت نسبة الإضافة إليها ضئيلة.

المقاومة مقابل درجة الحرارة

يتم إعطاء مقاومات محددة للمواد في الكتب المرجعية لدرجات حرارة قريبة من درجة حرارة الغرفة (20 درجة مئوية). مع زيادة درجة الحرارة ، تزداد مقاومة المادة. لماذا يحدث هذا؟

يجري التيار الكهربائي داخل المادة الإلكترونات الحرة. تحت تأثير المجال الكهربائي ، ينفصلون عن ذراتهم ويتنقلون بينهم في الاتجاه الذي يحدده هذا المجال. تشكل ذرات المادة شبكة بلورية ، بين العقد التي يتحرك فيها تيار من الإلكترونات ، تسمى أيضًا "غاز الإلكترون". تحت تأثير درجة الحرارة ، تتأرجح العقد الشبكية (الذرات). كما أن الإلكترونات نفسها لا تتحرك في خط مستقيم ، ولكن على طول مسار معقد. في الوقت نفسه ، غالبًا ما تصطدم بالذرات ، مما يغير مسار الحركة. في بعض اللحظات الزمنية ، يمكن للإلكترونات أن تتحرك في الاتجاه المعاكس لاتجاه التيار الكهربائي.

مع زيادة درجة الحرارة ، يزداد اتساع الاهتزازات الذرية. يحدث تصادم الإلكترونات معها في كثير من الأحيان ، وتتباطأ حركة تدفق الإلكترون. جسديًا ، يتم التعبير عن هذا في زيادة المقاومة.

مثال على استخدام اعتماد المقاومة على درجة الحرارة هو تشغيل المصباح المتوهج. تتميز خيوط التنغستن ، التي يتكون منها الفتيل ، بمقاومة منخفضة في لحظة التبديل. يؤدي اندفاع التيار في لحظة التبديل إلى تسخينه بسرعة ، وتزداد المقاومة ، وينخفض ​​التيار ليصبح اسميًا.

تحدث نفس العملية مع عناصر تسخين نيتشروم. لذلك ، من المستحيل حساب وضع التشغيل الخاص بهم عن طريق تحديد طول سلك نيتشروم لمقطع عرضي معروف لإنشاء المقاومة المطلوبة. لإجراء العمليات الحسابية ، تحتاج إلى المقاومة المحددة للسلك الساخن ، وتعطي الكتب المرجعية قيمًا لدرجة حرارة الغرفة. لذلك ، يتم تعديل الطول النهائي لولب نيتشروم بشكل تجريبي. تحدد الحسابات الطول التقريبي ، وعند التركيب ، يتم تقصير الخيط تدريجيًا قسمًا تلو الآخر.

معامل درجة حرارة المقاومة

ولكن ليس في جميع الأجهزة ، فإن اعتماد مقاومة الموصلات على درجة الحرارة مفيد. في تقنية القياس ، يؤدي التغيير في مقاومة عناصر الدائرة إلى خطأ.

لتحديد اعتماد مقاومة مادة ما على درجة الحرارة كميًا ، يتم تقديم المفهوم معامل درجة الحرارة للمقاومة (TCR). يوضح مدى تغير مقاومة المادة عندما تتغير درجة الحرارة بمقدار 1 درجة مئوية.

لتصنيع المكونات الإلكترونية - المقاومات المستخدمة في دوائر معدات القياس ، يتم استخدام المواد ذات TCR المنخفض. إنها أغلى ثمناً ، لكن معلمات الجهاز لا تتغير في نطاق واسع من درجات الحرارة المحيطة.

ولكن يتم أيضًا استخدام خصائص المواد ذات TCR العالية. يعتمد تشغيل بعض مستشعرات درجة الحرارة على تغيير في مقاومة المادة التي يتكون منها عنصر القياس. للقيام بذلك ، تحتاج إلى الحفاظ على جهد إمداد ثابت وقياس التيار الذي يمر عبر العنصر. من خلال معايرة مقياس الجهاز الذي يقيس التيار ، وفقًا لمقياس حرارة مرجعي ، يتم الحصول على مقياس درجة حرارة إلكتروني. يستخدم هذا المبدأ ليس فقط للقياسات ، ولكن أيضًا لأجهزة الاستشعار المحمومة. فصل الجهاز في حالة وجود أوضاع تشغيل غير طبيعية ، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة لفات المحولات أو عناصر أشباه الموصلات الكهربائية.

تستخدم في الهندسة الكهربائية والعناصر التي تغير مقاومتها ليس من درجة الحرارة المحيطة ولكن من التيار من خلالها - الثرمستورات. مثال على استخدامها هو أنظمة إزالة مغناطيسية أنابيب أشعة الكاثود من أجهزة التلفزيون والشاشات. عند تطبيق الجهد ، تكون مقاومة المقاوم في حدها الأدنى ، ويمر التيار من خلاله إلى ملف إزالة المغناطيسية. لكن نفس التيار يسخن مادة الثرمستور. تزداد مقاومته ، مما يقلل من التيار والجهد عبر الملف. وهكذا - حتى اختفائها التام. نتيجة لذلك ، يتم تطبيق جهد جيبي ذو سعة متناقصة بسلاسة على الملف ، مما يؤدي إلى إنشاء نفس المجال المغناطيسي في مساحته. والنتيجة هي أنه بحلول الوقت الذي يتم فيه تسخين خيوط الأنبوب ، تكون قد تمت إزالتها بالفعل. وتبقى دائرة التحكم في حالة القفل حتى يتم إيقاف تشغيل الجهاز. ثم تبرد الثرمستورات وتكون جاهزة للعمل مرة أخرى.

ظاهرة الموصلية الفائقة

ماذا يحدث إذا انخفضت درجة حرارة المادة؟ المقاومة سوف تنخفض. هناك حد تنخفض فيه درجة الحرارة ، يسمى الصفر المطلق. هذا هو - 273 درجة مئوية. لا يحدث تحت هذا الحد من درجة الحرارة. عند هذه القيمة ، فإن مقاومة أي موصل تساوي صفرًا.

عند الصفر المطلق ، تتوقف ذرات الشبكة البلورية عن الاهتزاز. نتيجة لذلك ، تتحرك سحابة الإلكترون بين العقد الشبكية دون الاصطدام بها. تصبح مقاومة المادة مساوية للصفر ، مما يفتح إمكانية الحصول على تيارات كبيرة بشكل لا نهائي في الموصلات ذات المقاطع العرضية الصغيرة.

تفتح ظاهرة الموصلية الفائقة آفاقًا جديدة لتطوير الهندسة الكهربائية. ولكن لا تزال هناك صعوبات مرتبطة بالحصول على درجات حرارة شديدة الانخفاض في المنزل ضرورية لإحداث هذا التأثير. عندما يتم حل المشكلات ، ستنتقل الهندسة الكهربائية إلى مستوى جديد من التطور.

أمثلة على استخدام قيم المقاومة في الحسابات

لقد تعرفنا بالفعل على مبادئ حساب طول سلك نيتشروم لتصنيع عنصر التسخين. ولكن هناك حالات أخرى عند الحاجة إلى معرفة مقاومة المواد.

للحساب دوائر جهاز التأريضيتم استخدام المعاملات المقابلة للتربة النموذجية. إذا كان نوع التربة في موقع الحلقة الأرضية غير معروف ، عندئذٍ للحسابات الصحيحة ، يتم قياس مقاومتها بشكل أولي. وبالتالي تكون نتائج الحساب أكثر دقة ، مما يلغي ضبط معلمات الدائرة أثناء التصنيع: إضافة عدد الأقطاب الكهربائية ، مما يؤدي إلى زيادة الأبعاد الهندسية لجهاز التأريض.

تُستخدم المقاومة المحددة للمواد التي تُصنع منها خطوط الكابلات وأشرطة التوصيل لحساب مقاومتها النشطة. في المستقبل ، مع تصنيف الحمل الحالي يتم حساب قيمة الجهد في نهاية الخط. إذا تبين أن قيمتها غير كافية ، فسيتم زيادة المقاطع العرضية للموصلات مسبقًا.

محول الطول والمسافة محول الكتلة للطعام السائب ومحول حجم الطعام محول المساحة وحدات الصوت والوصفات محول درجة الحرارة محول الضغط والإجهاد ومحول معامل يونغ محول الطاقة والعمل محول الطاقة محول الوقت محول السرعة الخطية محول الزاوية المسطحة الكفاءة الحرارية ومحول كفاءة استهلاك الوقود الأعداد في أنظمة الأرقام المختلفة محول وحدات قياس كمية المعلومات أسعار العملات أبعاد الملابس والأحذية النسائية أبعاد ملابس وأحذية الرجال السرعة الزاوية ومحول التردد الدوراني محول التسارع محول التسارع الزاوي محول الكثافة محول الحجم المحدد لحظة المحول القصور الذاتي لحظة من محول القوة محول عزم الدوران محول القيمة الحرارية المحدد (بالكتلة) كثافة الطاقة ومحول القيمة الحرارية المحددة (بالحجم) محول فرق درجة الحرارة محول المعامل معامل التمدد الحراري محول المقاومة الحرارية محول التوصيل الحراري محول السعة الحرارية المحددة التعرض للطاقة ومحول الطاقة المشعة محول كثافة التدفق الحراري محول معامل نقل الحرارة محول التدفق الحجمي محول التدفق الشامل محول التدفق المولي محول كثافة التدفق الشامل محول التركيز المولي تركيز الكتلة في محول الحل ديناميكي ( محول اللزوجة الحركية محول التوتر السطحي محول نفاذية بخار الماء محول كثافة تدفق بخار الماء محول مستوى الصوت محول حساسية الميكروفون محول مستوى ضغط الصوت مع محول سطوع الضغط المرجعي القابل للتحديد محول الإضاءة محول دقة رسومات الكمبيوتر التردد ومحول طول الموجة القوة في الديوبتر والبعد البؤري المسافة القوة في الديوبتر وتضخيم العدسة (×) محول الشحن الكهربائي محول كثافة الشحنة الخطية محول كثافة الشحن السطحي محول كثافة الشحن الحجمي محول التيار الكهربائي محول كثافة التيار الخطي محول كثافة التيار السطحي محول قوة المجال الكهربائي الجهد الكهروستاتيكي ومحول الجهد الكهربائي محول المقاومة الكهربائية محول التوصيل الكهربائي للمقاومة محول التوصيل الكهربائي محول الحث السعة بالولايات المتحدة مستويات محول مقياس الأسلاك الأمريكية في ديسيبل (ديسيبل أو ديسيبل) ، ديسيبل (ديسيبل) ، واط ، إلخ. وحدات محول القوة الدافعة المغناطيسية محول شدة المجال المغناطيسي محول التدفق المغناطيسي محول الحث المغناطيسي إشعاع. الإشعاع المؤين الممتص معدل الجرعة الإشعاعية. إشعاع محول الاضمحلال المشع. إشعاع محول جرعة التعرض. محول الجرعات الممتصة محول البادئة العشرية طباعة نقل البيانات ومحول وحدة معالجة الصور محول وحدة حجم الأخشاب حساب الجدول الدوري للكتلة المولية للعناصر الكيميائية بقلم دي آي مينديليف

1 أوم سم [أوم سم] = 0.01 أوم متر [أوم م]

القيمة البدائية

القيمة المحولة

أوم متر أوم سنتيمتر أوم بوصة ميكرو أوم سنتيمتر ميكرو أوم بوصة أبوهم سنتيمتر stat لكل سنتيمتر دائري ميل أوم لكل قدم أوم مربع. ملليمتر لكل متر

المزيد عن المقاومة الكهربائية

معلومات عامة

بمجرد أن غادرت الكهرباء مختبرات العلماء وبدأ إدخالها على نطاق واسع في ممارسة الحياة اليومية ، نشأ السؤال حول العثور على مواد لها خصائص معينة ، وأحيانًا معاكسة تمامًا ، فيما يتعلق بتدفق التيار الكهربائي من خلالها.

على سبيل المثال ، عند نقل الطاقة الكهربائية لمسافات طويلة ، تم فرض متطلبات على مادة الأسلاك لتقليل الخسائر الناتجة عن تسخين جول مع خصائص الوزن المنخفض. مثال على ذلك هو خطوط الطاقة المألوفة عالية الجهد المصنوعة من أسلاك الألمنيوم مع قلب فولاذي.

أو ، على العكس من ذلك ، لإنشاء سخانات كهربائية أنبوبية مدمجة ، كانت هناك حاجة إلى مواد ذات مقاومة كهربائية عالية نسبيًا وثبات حراري مرتفع. أبسط مثال على جهاز يستخدم مواد ذات خصائص مماثلة هو الموقد الكهربائي للمطبخ العادي.

تتطلب الموصلات المستخدمة في علم الأحياء والطب مثل الأقطاب الكهربية والتحقيقات والمجسات مقاومة كيميائية عالية وتوافقًا مع المواد الحيوية ، جنبًا إلى جنب مع مقاومة تلامس منخفضة.

مجرة كاملة من المخترعين من بلدان مختلفة: إنكلترا وروسيا وألمانيا والمجر والولايات المتحدة الأمريكية بذلوا جهودهم في تطوير مثل هذا الجهاز المألوف للجميع الآن كمصباح متوهج. قام توماس إديسون ، بعد أن أجرى أكثر من ألف تجربة لاختبار خصائص المواد المناسبة لدور الخيوط ، بإنشاء مصباح به دوامة بلاتينية. مصابيح إديسون ، على الرغم من أن لها عمر خدمة طويل ، إلا أنها لم تكن عملية بسبب التكلفة العالية للمواد المصدر.

وجد العمل اللاحق للمخترع الروسي Lodygin ، الذي اقترح استخدام التنجستن والموليبدينوم المقاوم للصهر رخيصًا نسبيًا مع مقاومة أعلى كمواد خيطية ، تطبيقًا عمليًا. بالإضافة إلى ذلك ، اقترح Lodygin ضخ الهواء من المصابيح المتوهجة ، واستبدالها بغازات خاملة أو نبيلة ، مما أدى إلى إنشاء مصابيح متوهجة حديثة. كانت شركة جنرال إلكتريك هي الرائدة في الإنتاج الضخم للمصابيح الكهربائية ذات الأسعار المعقولة والمتينة ، والتي منحها Lodygin حقوق براءات الاختراع الخاصة به ثم عمل بنجاح في مختبرات الشركة لفترة طويلة.

يمكن متابعة هذه القائمة ، لأن عقل الإنسان الفضولي مبتكر للغاية لدرجة أنه في بعض الأحيان ، من أجل حل مشكلة تقنية معينة ، يحتاج إلى مواد ذات خصائص غير معروفة حتى الآن أو مع مجموعات رائعة من هذه الخصائص. لم تعد الطبيعة تواكب شهيتنا ، وانضم علماء من جميع أنحاء العالم إلى السباق لإنشاء مواد ليس لها نظائر طبيعية.

تعتبر المقاومة الكهربائية من أهم خصائص كل من المواد الطبيعية والاصطناعية. مثال على الجهاز الكهربائي الذي تستخدم فيه هذه الخاصية في أنقى صورها هو المصهر الذي يحمي أجهزتنا الكهربائية والإلكترونية من تأثيرات التيار الذي يتجاوز القيم المسموح بها.

في الوقت نفسه ، تجدر الإشارة إلى أنها بدائل محلية الصنع للصمامات القياسية ، المصنوعة دون معرفة مقاومة المادة ، والتي في بعض الأحيان لا تسبب فقط نضوبًا لعناصر مختلفة من الدوائر الكهربائية ، ولكن أيضًا حرائق في المنازل والاشتعال الأسلاك في السيارات.

الأمر نفسه ينطبق على استبدال الصمامات في شبكات الطاقة ، عندما يتم تثبيت فتيل ذو تصنيف تيار تشغيل أعلى بدلاً من فتيل ذو تصنيف أصغر. وهذا يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الأسلاك الكهربائية ، بل ويؤدي نتيجة لذلك إلى نشوب حرائق ذات عواقب وخيمة. هذا ينطبق بشكل خاص على منازل الإطار.

مرجع التاريخ

ظهر مفهوم المقاومة الكهربائية بفضل أعمال الفيزيائي الألماني الشهير جورج أوم ، الذي أثبت نظريًا في سياق العديد من التجارب التي أثبتت العلاقة بين القوة الحالية والقوة الدافعة الكهربائية للبطارية ومقاومة جميع أجزاء الدائرة الكهربية ، وبالتالي اكتشاف قانون الدائرة الكهربائية الأولية ، ثم سميت باسمه. قام أوم بالتحقيق في اعتماد حجم التيار المتدفق على حجم الجهد المطبق ، وعلى طول وشكل مادة الموصل ، وكذلك على نوع المادة المستخدمة كوسيط موصل.

في الوقت نفسه ، يجب أن نشيد بعمل السير همفري ديفي ، الكيميائي والفيزيائي والجيولوجي الإنجليزي ، والذي كان أول من أثبت اعتماد المقاومة الكهربائية للموصل على طوله ومنطقة المقطع العرضي ، و كما أشار إلى اعتماد التوصيل الكهربائي على درجة الحرارة.

عند التحقيق في اعتماد تدفق التيار الكهربائي على نوع المواد ، وجد أوم أن كل مادة موصلة متاحة له لها بعض الخصائص الملازمة لمقاومة تدفق التيار.

تجدر الإشارة إلى أنه في زمن أوم ، كان أحد أكثر الموصلات شيوعًا اليوم - الألمنيوم - يتمتع بمكانة معدن ثمين بشكل خاص ، لذلك اقتصر أوم على تجارب النحاس والفضة والذهب والبلاتين والزنك والقصدير والرصاص والحديد.

في النهاية ، قدم أوم مفهوم المقاومة الكهربائية لمادة ما كخاصية أساسية ، ولا يعرف شيئًا على الإطلاق عن طبيعة تدفق التيار في المعادن ، أو عن اعتماد مقاومتها على درجة الحرارة.

مقاومة كهربائية محددة. تعريف

المقاومة الكهربائية أو المقاومة ببساطة هي خاصية فيزيائية أساسية لمادة موصلة تميز قدرة المادة على منع مرور تيار كهربائي. يُشار إليه بالحرف اليوناني ρ (يُنطق rho) ويُحسب من الصيغة التجريبية لحساب المقاومة التي حصل عليها جورج أوم.

او من هنا

حيث R هي المقاومة بالأوم ، S هي المساحة بالمتر المربع / ، L الطول بالمتر

يتم التعبير عن وحدة المقاومة الكهربائية في النظام الدولي للوحدات SI بوحدة أوم م.

هذه هي مقاومة موصل بطول 1 متر ومساحة المقطع العرضي 1 متر مربع / قيمة 1 أوم.

في الهندسة الكهربائية ، لتسهيل الحسابات ، من المعتاد استخدام مشتق المقاومة الكهربائية ، معبرًا عنه بالأوم مم² / م. يمكن العثور على قيم المقاومة للمعادن الأكثر شيوعًا وسبائكها في الكتب المرجعية ذات الصلة.

يوضح الجدولان 1 و 2 قيم المقاومة لمختلف المواد الأكثر شيوعًا.

الجدول 1. المقاومة لبعض المعادن

الجدول 2. مقاومة السبائك الشائعة

مقاومة كهربائية محددة لوسائط مختلفة. فيزياء الظواهر

المقاومات الكهربائية المحددة للمعادن وسبائكها وأشباه الموصلات والعوازل الكهربائية

اليوم ، مسلحين بالمعرفة ، يمكننا أن نحسب مسبقًا المقاومة الكهربائية لأي مادة ، سواء كانت طبيعية أو مركبة ، بناءً على تركيبها الكيميائي وحالتها الفيزيائية المفترضة.

تساعدنا هذه المعرفة على استخدام إمكانيات المواد بشكل أفضل ، وأحيانًا تكون غريبة وفريدة من نوعها.

في ضوء الأفكار السائدة ، من وجهة نظر الفيزياء ، تنقسم المواد الصلبة إلى مواد بلورية ، متعددة البلورات وغير متبلورة.

أسهل طريقة ، من حيث الحساب الفني للمقاومة أو قياسها ، هي حالة المواد غير المتبلورة. لا تحتوي على هيكل بلوري واضح (على الرغم من أنها قد تحتوي على شوائب مجهرية لهذه المواد) ، فهي متجانسة نسبيًا في التركيب الكيميائي وتظهر خصائص مميزة لمادة معينة.

بالنسبة للمواد متعددة البلورات التي تتكون من مجموعة من البلورات الصغيرة نسبيًا من نفس التركيب الكيميائي ، فإن سلوك الخصائص لا يختلف كثيرًا عن سلوك المواد غير المتبلورة ، حيث يتم تعريف المقاومة الكهربائية عادةً على أنها خاصية مجمعة متكاملة لعينة مادة معينة.

يكون الوضع أكثر تعقيدًا مع المواد البلورية ، خاصةً مع البلورات المفردة ، التي لها مقاومة كهربائية مختلفة وخصائص كهربائية أخرى فيما يتعلق بمحاور التماثل لبلوراتها. تسمى هذه الخاصية بالتباين البلوري وتستخدم على نطاق واسع في التكنولوجيا ، على وجه الخصوص ، في دوائر الهندسة الراديوية لمذبذبات الكوارتز ، حيث يتم تحديد استقرار التردد بدقة من خلال توليد الترددات المتأصلة في بلورة كوارتز معينة.

كل واحد منا ، لكونه صاحب جهاز كمبيوتر أو جهاز لوحي أو هاتف محمول أو هاتف ذكي ، بما في ذلك أصحاب الساعات الإلكترونية حتى iWatch ، هو أيضًا مالك بلورة كوارتز. بناءً على ذلك ، يمكن للمرء أن يحكم على حجم استخدام رنانات الكوارتز في الإلكترونيات ، والمقدر بعشرات المليارات.

من بين أشياء أخرى ، تعتمد مقاومة العديد من المواد ، وخاصة أشباه الموصلات ، على درجة الحرارة ، لذلك تُعطى البيانات المرجعية عادةً مع درجة حرارة القياس ، عادةً 20 درجة مئوية.

الخصائص الفريدة للبلاتينيوم ، التي لها اعتماد ثابت ومدروس جيدًا للمقاومة الكهربائية على درجة الحرارة ، فضلاً عن إمكانية الحصول على معدن عالي النقاء ، كانت بمثابة شرط أساسي لإنشاء أجهزة استشعار على أساسها في نطاق درجات حرارة واسع .

بالنسبة للمعادن ، يرجع انتشار القيم المرجعية للمقاومة إلى طرق تصنيع العينات والنقاء الكيميائي لمعدن هذه العينة.

بالنسبة للسبائك ، يرجع نطاق أوسع من القيم المرجعية للمقاومة إلى طرق تحضير العينة وتنوع تكوين السبيكة.

المقاومة الكهربائية للسوائل (الشوارد)

يعتمد فهم مقاومة السوائل على نظريات التفكك الحراري وتنقل الكاتيونات والأنيونات. على سبيل المثال ، في السائل الأكثر شيوعًا على الأرض ، الماء العادي ، تتحلل بعض جزيئاته إلى أيونات تحت تأثير درجة الحرارة: H + كاتيونات و OH- الأنيونات. عندما يتم تطبيق جهد خارجي على أقطاب كهربائية مغمورة في الماء في ظل الظروف العادية ، ينشأ تيار بسبب حركة الأيونات المذكورة أعلاه. كما اتضح ، تتشكل ارتباطات كاملة للجزيئات في الماء - عناقيد ، تتحد أحيانًا مع H + كاتيونات أو OH- الأنيونات. لذلك ، يحدث انتقال الأيونات عن طريق العناقيد تحت تأثير الجهد الكهربائي على النحو التالي: قبول أيون في اتجاه المجال الكهربائي المطبق على جانب واحد ، "يسقط" العنقود أيونًا مشابهًا على الجانب الآخر. يفسر وجود التجمعات في الماء بشكل مثالي الحقيقة العلمية القائلة بأنه عند درجة حرارة حوالي 4 درجات مئوية ، يكون للماء أعلى كثافة. توجد معظم جزيئات الماء في هذه الحالة في مجموعات بسبب عمل الهيدروجين والروابط التساهمية ، عمليًا في حالة شبه بلورية ؛ في هذه الحالة ، يكون التفكك الحراري ضئيلًا ، ولم يبدأ بعد تكوين بلورات الجليد ، التي لها كثافة أقل (يطفو الجليد في الماء).

بشكل عام ، تُظهر مقاومة السوائل اعتمادًا أقوى على درجة الحرارة ، لذلك تُقاس هذه الخاصية دائمًا عند درجة حرارة 293 كلفن ، والتي تتوافق مع درجة حرارة 20 درجة مئوية.

بالإضافة إلى الماء ، هناك عدد كبير من المذيبات الأخرى القادرة على تكوين الكاتيونات والأنيونات من المواد المذابة. معرفة وقياس المقاومة لمثل هذه الحلول هي أيضا ذات أهمية عملية كبيرة.

بالنسبة للمحاليل المائية للأملاح والأحماض والقلويات ، يلعب تركيز المادة المذابة دورًا مهمًا في تحديد مقاومة المحلول. مثال على ذلك هو الجدول التالي ، الذي يوضح قيم المقاومة لمختلف المواد المذابة في الماء عند درجة حرارة 18 درجة مئوية:

الجدول 3. قيم المقاومة لمختلف المواد المذابة في الماء عند درجة حرارة 18 درجة مئوية

بيانات الجداول مأخوذة من المرجع المادي والتقني الموجز ، المجلد 1 ، - م: 1960

مقاومة العوازل

من الأهمية بمكان في فروع الهندسة الكهربائية والإلكترونيات وهندسة الراديو والروبوتات فئة كاملة من المواد المختلفة التي تتمتع بمقاومة عالية نسبيًا. بغض النظر عن حالة تجمعها ، سواء كانت صلبة أو سائلة أو غازية ، فإن هذه المواد تسمى العوازل. تستخدم هذه المواد لعزل الأجزاء الفردية للدوائر الكهربائية عن بعضها البعض.

مثال على العوازل الصلبة هو الشريط الكهربائي المرن المألوف ، والذي بفضله نقوم باستعادة العزل عند توصيل الأسلاك المختلفة. كثيرون على دراية بالعوازل الخزفية لتعليق خطوط الطاقة العلوية ، وألواح النسيج ذات المكونات الإلكترونية التي تعد جزءًا من معظم المنتجات الإلكترونية ، والسيراميك ، والزجاج والعديد من المواد الأخرى. المواد العازلة الصلبة الحديثة القائمة على البلاستيك واللدائن تجعل من الآمن استخدام التيار الكهربائي بجهد مختلف في مجموعة متنوعة من الأجهزة والأجهزة.

بالإضافة إلى العوازل الصلبة ، فإن العوازل السائلة ذات المقاومة العالية تستخدم على نطاق واسع في الهندسة الكهربائية. في محولات الطاقة للشبكات الكهربائية ، يمنع زيت المحولات السائلة الأعطال المتداخلة بسبب EMF ذاتية الحث ، مما يؤدي إلى عزل لفات اللفات بشكل موثوق. في قواطع دارة الزيت ، يستخدم الزيت لإطفاء القوس الكهربائي الذي يحدث عند تبديل مصادر التيار. يستخدم زيت المكثفات لإنشاء مكثفات مدمجة ذات أداء كهربائي عالٍ ؛ بالإضافة إلى هذه الزيوت ، يتم استخدام زيت الخروع الطبيعي والزيوت الاصطناعية كعوازل سائلة.

عند الضغط الجوي العادي ، تعتبر جميع الغازات ومخاليطها عوازل ممتازة من وجهة نظر الهندسة الكهربائية ، ولكن الغازات النبيلة (الزينون والأرجون والنيون والكريبتون) ، بسبب خمولها ، تتمتع بمقاومة أعلى ، والتي تستخدم على نطاق واسع في بعض مجالات التكنولوجيا.

لكن العازل الأكثر شيوعًا هو الهواء ، ويتكون أساسًا من النيتروجين الجزيئي (75٪ بالكتلة) ، والأكسجين الجزيئي (23.15٪ بالكتلة) ، والأرجون (1.3٪ بالكتلة) ، وثاني أكسيد الكربون ، والهيدروجين ، والماء ، وبعض الشوائب. غازات نبيلة مختلفة . إنه يعزل تدفق التيار في مفاتيح الإضاءة المنزلية التقليدية ، ومفاتيح التيار القائمة على الترحيل ، والمبدلات المغناطيسية وقواطع الدائرة الميكانيكية. وتجدر الإشارة إلى أن انخفاض ضغط الغازات أو مخاليطها تحت الضغط الجوي يؤدي إلى زيادة مقاومتها الكهربائية. العازل المثالي بهذا المعنى هو الفراغ.

المقاومة الكهربائية النوعية للتربة المختلفة

من أهم طرق حماية الإنسان من الآثار الضارة للتيار الكهربائي في حالة وقوع حوادث في التركيبات الكهربائية هو جهاز التأريض الوقائي.

هو التوصيل المتعمد لحاوية كهربائية أو مبيت بجهاز تأريض وقائي. عادة ، يتم إجراء التأريض على شكل شرائح فولاذية أو نحاسية أو أنابيب أو قضبان أو زوايا مدفونة في الأرض على عمق يزيد عن 2.5 متر ، مما يضمن ، في حالة وقوع حادث ، تدفق التيار على طول الدائرة الجهاز - الغلاف أو الغلاف - الأرضي - سلك محايد لمصدر التيار المتردد. يجب ألا تزيد مقاومة هذه الدائرة عن 4 أوم. في هذه الحالة ، يتم تقليل الجهد على جسم جهاز الطوارئ إلى قيم آمنة للإنسان ، وتقوم الأجهزة الأوتوماتيكية لحماية الدائرة الكهربائية بطريقة أو بأخرى بإيقاف تشغيل جهاز الطوارئ.

عند حساب عناصر التأريض الوقائي ، تلعب معرفة مقاومة التربة دورًا مهمًا يمكن أن يختلف على نطاق واسع.

وفقًا لبيانات الجداول المرجعية ، يتم تحديد مساحة جهاز التأريض ، ويتم حساب عدد عناصر التأريض والتصميم الفعلي للجهاز بأكمله منه. يتم توصيل العناصر الهيكلية لجهاز التأريض الواقي عن طريق اللحام.

تخطيط كهربية القلب

يدرس الاستكشاف الكهربائي البيئة الجيولوجية القريبة من السطح ، ويستخدم للبحث عن المعادن الخام وغير المعدنية وغيرها من الأشياء بناءً على دراسة مختلف المجالات الكهربائية والكهرومغناطيسية الاصطناعية. يعد التصوير المقطعي بالمقاومة الكهربائية حالة خاصة من الاستكشافات الكهربائية - وهي طريقة لتحديد خصائص الصخور من خلال مقاومتها.

يكمن جوهر الطريقة في حقيقة أنه في موضع معين من مصدر المجال الكهربائي ، يتم إجراء قياسات الجهد على مجسات مختلفة ، ثم يتم نقل مصدر المجال إلى مكان آخر أو التبديل إلى مصدر آخر وتكرار القياسات. توضع المصادر الميدانية والمجسات الميدانية على السطح وفي الآبار.

ثم تتم معالجة البيانات المستلمة وتفسيرها باستخدام طرق معالجة الكمبيوتر الحديثة التي تسمح بتصور المعلومات في شكل صور ثنائية الأبعاد وثلاثية الأبعاد.

نظرًا لكونه طريقة بحث دقيقة للغاية ، فإن التصوير الكهربائي يوفر مساعدة لا تقدر بثمن للجيولوجيين وعلماء الآثار وعلماء الحفريات القديمة.

إن تحديد شكل حدوث الرواسب المعدنية وحدود توزيعها (تحديد الخطوط العريضة) يجعل من الممكن تحديد حدوث رواسب معادن في الوريد ، مما يقلل بشكل كبير من تكلفة تطورها اللاحق.

بالنسبة لعلماء الآثار ، توفر طريقة البحث هذه معلومات قيمة حول موقع المدافن القديمة ووجود القطع الأثرية فيها ، مما يقلل من تكاليف التنقيب.

يستخدم علماء الحفريات القديمة التصوير الكهربائي للبحث عن بقايا متحجرة للحيوانات القديمة ؛ يمكن رؤية نتائج عملهم في متاحف العلوم الطبيعية في شكل عمليات إعادة بناء مذهلة لهياكل عظمية للحيوانات الضخمة التي تعود إلى عصور ما قبل التاريخ.

بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام التصوير المقطعي الكهربائي في إنشاء الهياكل الهندسية والتشغيل اللاحق لها: المباني الشاهقة والسدود والسدود والسدود وغيرها.

تعريفات المقاومة في الممارسة

في بعض الأحيان ، لحل المشكلات العملية ، قد نواجه مهمة تحديد تكوين مادة ، على سبيل المثال ، سلك لقطع رغوة البوليسترين. لدينا ملفان من الأسلاك بقطر مناسب من مواد مختلفة غير معروفة لنا. لحل المشكلة ، من الضروري إيجاد مقاومتهم الكهربائية ثم تحديد مادة السلك باستخدام الفرق بين القيم الموجودة أو باستخدام جدول مرجعي.

نقيس بشريط القياس ونقطع 2 متر من الأسلاك من كل عينة. لنحدد أقطار السلك d₁ و d₂ بالميكرومتر. عند تشغيل جهاز القياس المتعدد إلى الحد الأدنى لقياس المقاومة ، نقيس مقاومة العينة R₁. نكرر الإجراء لعينة أخرى ونقيس أيضًا مقاومتها R₂.

نأخذ في الاعتبار أن مساحة المقطع العرضي للأسلاك يتم حسابها بواسطة الصيغة

S = π د 2/4

الآن ستبدو صيغة حساب المقاومة الكهربائية كما يلي:

ρ = ص د 2/4 لتر

باستبدال القيم التي تم الحصول عليها من L و d₁ و R₁ في صيغة حساب المقاومة الواردة في المقالة أعلاه ، نحسب قيمة ρ₁ للعينة الأولى.

ρ 1 \ u003d 0.12 أوم مم 2 / م

باستبدال القيم التي تم الحصول عليها من L و d₂ و R₂ في الصيغة ، نحسب قيمة ρ₂ للعينة الثانية.

ρ 2 \ u003d 1.2 أوم مم 2 / م

من مقارنة قيم ρ₁ و بالبيانات المرجعية للجدول 2 أعلاه ، نستنتج أن مادة العينة الأولى عبارة عن فولاذ ، والعينة الثانية عبارة عن نيتشروم ، والتي سنصنع منها سلسلة القاطع.

هل تجد صعوبة في ترجمة وحدات القياس من لغة إلى أخرى؟ الزملاء على استعداد لمساعدتك. انشر سؤالاً في TCTermsوستتلقى إجابة في غضون بضع دقائق.