• هادی ها
• دی الکتریک (با خواص عایق)؛
• نیمه هادی ها

الکترون و جریان

مفهوم مدرن جریان الکتریکی بر این فرض استوار است که از ذرات ماده - بارها تشکیل شده است. اما آزمایش‌های فیزیکی و شیمیایی مختلف، زمینه‌ای را برای اثبات این ادعا فراهم می‌کند که این حامل‌های بار می‌توانند از انواع مختلفی در یک رسانا باشند. و این ناهمگونی ذرات بر چگالی جریان تأثیر می گذارد. برای محاسبات مربوط به پارامترهای جریان الکتریکی از کمیت های فیزیکی خاصی استفاده می شود. در این میان رسانایی و مقاومت جایگاه مهمی را به خود اختصاص داده است.

• رسانایی با مقاومت متقابل مرتبط است رابطه معکوس.

مشخص است که وقتی ولتاژ خاصی به مدار الکتریکی اعمال می شود، جریان الکتریکی در آن ظاهر می شود که بزرگی آن مربوط به رسانایی این مدار است. این کشف اساسی زمانی توسط فیزیکدان آلمانی گئورگ اهم انجام شد. از آن زمان، قانونی به نام قانون اهم مورد استفاده قرار گرفت. وجود دارد برای گزینه های مختلفزنجیر. بنابراین، فرمول های آنها ممکن است با یکدیگر متفاوت باشد، زیرا آنها با شرایط کاملا متفاوت مطابقت دارند.

هر مدار الکتریکی یک هادی دارد. اگر یک نوع ذره حامل بار در آن وجود داشته باشد، جریان در هادی مشابه جریان مایع است که چگالی مشخصی دارد. با فرمول زیر تعیین می شود:

بیشتر فلزات مربوط به همان نوع ذرات باردار هستند که به لطف آنها جریان الکتریکی وجود دارد. برای فلزات، محاسبه خاص رسانایی الکتریکیطبق فرمول زیر تولید می شود:

از آنجایی که می توان رسانایی را محاسبه کرد، اکنون تعیین مقاومت الکتریکی آسان است. قبلاً در بالا ذکر شد که مقاومت یک هادی برابر رسانایی متقابل است. از این رو،

در این فرمول، از حرف الفبای یونانی ρ (rho) برای نشان دادن مقاومت الکتریکی استفاده می شود. این نام اغلب در ادبیات فنی استفاده می شود. با این حال، شما همچنین می توانید فرمول های کمی متفاوت را پیدا کنید که برای محاسبه مقاومت رساناها استفاده می شود. اگر از تئوری کلاسیک فلزات و رسانایی الکترونیکی در آنها برای محاسبات استفاده شود، مقاومت با استفاده از فرمول زیر محاسبه می شود:

با این حال، یک "اما" وجود دارد. وضعیت اتم ها در یک هادی فلزی تحت تأثیر مدت زمان فرآیند یونیزاسیون است که توسط یک میدان الکتریکی انجام می شود. با یک اثر یونیزه کننده بر روی یک هادی، اتم های موجود در آن یک یونیزاسیون واحد دریافت می کنند که تعادلی بین غلظت اتم ها و الکترون های آزاد ایجاد می کند. و مقادیر این غلظت ها برابر خواهد بود. در این حالت وابستگی ها و فرمول های زیر صورت می گیرد:

انحراف رسانایی و مقاومت

در مرحله بعد، ما در نظر خواهیم گرفت که رسانایی خاص، که رابطه معکوس با مقاومت دارد، به چه چیزی بستگی دارد. مقاومت یک ماده یک کمیت فیزیکی نسبتاً انتزاعی است. هر هادی در قالب یک نمونه خاص وجود دارد. با وجود ناخالصی ها و نقص های مختلف در ساختار داخلی مشخص می شود. آنها به عنوان عبارت جداگانه ای از عبارت در نظر گرفته می شوند که مقاومت را مطابق با قانون ماتیسن تعیین می کند. این قانون همچنین پراکندگی یک جریان متحرک الکترون ها را در گره های شبکه بلوری نمونه که بسته به دما در نوسان هستند، در نظر می گیرد.

وجود عیوب داخلی مانند ادغام ناخالصی های مختلف و حفره های میکروسکوپی نیز باعث افزایش مقاومت می شود. برای تعیین میزان ناخالصی در نمونه ها، مقاومت مواد برای دو درجه حرارت از ماده نمونه اندازه گیری می شود. یک مقدار دما دمای اتاق است و دیگری مربوط به هلیوم مایع است. با ربط دادن نتیجه اندازه گیری در دمای اتاق به نتیجه در دمای هلیوم مایع، ضریبی به دست می آید که کمال ساختاری ماده و خلوص شیمیایی آن را نشان می دهد. ضریب با حرف β نشان داده می شود.

اگر یک آلیاژ فلزی با ساختار محلول جامد که بی نظم است به عنوان رسانای جریان الکتریکی در نظر گرفته شود، مقدار مقاومت باقیمانده می تواند به طور قابل توجهی بیشتر از مقاومت باشد. این ویژگی آلیاژهای فلزی دو جزء غیر مرتبط با عناصر خاکی کمیاب و همچنین عناصر انتقالی مشمول قانون خاصی است. به آن قانون نوردهیم می گویند.

فن آوری های مدرن در الکترونیک به طور فزاینده ای به سمت کوچک سازی حرکت می کنند. و به قدری که کلمه نانو مدار به زودی به جای ریز مدار ظاهر می شود. هادی ها در چنین دستگاه هایی به قدری نازک هستند که درست است آنها را فیلم فلزی بنامیم. کاملاً واضح است که نمونه فیلم از نظر مقاومت به میزان بیشتری با هادی بزرگتر متفاوت است. ضخامت کم فلز در فیلم منجر به ظاهر شدن خواص نیمه هادی در آن می شود.

تناسب بین ضخامت فلز و مسیر آزاد الکترون ها در این ماده ظاهر می شود. فضای کمی برای حرکت الکترون ها باقی مانده است. بنابراین، آنها شروع به دخالت منظم در حرکت یکدیگر می کنند که منجر به افزایش مقاومت می شود. برای فیلم‌های فلزی، مقاومت با استفاده از فرمول خاصی که بر اساس آزمایش‌ها به دست می‌آید محاسبه می‌شود. این فرمول به نام فوکس، دانشمندی که مقاومت فیلم ها را مورد مطالعه قرار داد، نامگذاری شده است.

فیلم‌ها سازندهای بسیار خاصی هستند که تکثیر آن‌ها دشوار است، به طوری که خواص چندین نمونه یکسان است. برای دقت قابل قبول در ارزیابی فیلم ها، از پارامتر خاصی استفاده می شود - مقاومت سطحی خاص.

مقاومت ها از لایه های فلزی روی بستر ریز مدارها تشکیل می شوند. به همین دلیل، محاسبات مقاومت یک کار بسیار مورد توجه در میکروالکترونیک است. مقدار مقاومت به وضوح تحت تأثیر دما است و با تناسب مستقیم با آن مرتبط است. برای اکثر فلزات، این وابستگی دارای قسمتی خطی در یک محدوده دمایی خاص است. در این مورد، مقاومت با فرمول تعیین می شود:

در فلزات، جریان الکتریکی به دلیل تعداد زیادی الکترون آزاد که غلظت آنها نسبتاً زیاد است، رخ می دهد. علاوه بر این، الکترون ها هدایت حرارتی بیشتر فلزات را نیز تعیین می کنند. به همین دلیل با قانون خاصی ارتباطی بین هدایت الکتریکی و هدایت حرارتی برقرار شده است که به صورت تجربی توجیه شد. این قانون Wiedemann-Franz با فرمول های زیر مشخص می شود:

چشم اندازهای وسوسه انگیز ابررسانایی

با این حال، شگفت انگیزترین فرآیندها در حداقل دمای فنی قابل دستیابی هلیوم مایع رخ می دهد. در چنین شرایط خنک کننده، تمام فلزات عملا مقاومت خود را از دست می دهند. سیم های مسی که تا دمای هلیوم مایع خنک می شوند، می توانند جریان هایی را چندین برابر بیشتر از شرایط عادی هدایت کنند. اگر این امر در عمل امکان پذیر می شد، تأثیر اقتصادی آن بسیار ارزشمند خواهد بود.

حتی شگفت‌انگیزتر از آن، کشف هادی‌های با دمای بالا بود. در شرایط عادی، این نوع سرامیک ها از نظر مقاومت بسیار با فلزات فاصله داشتند. اما در دمایی حدود سه ده درجه بالاتر از هلیوم مایع، به ابررسانا تبدیل شدند. کشف این رفتار مواد غیرفلزی به محرکی قدرتمند برای تحقیق تبدیل شده است. با توجه به بزرگترین پیامدهای اقتصادی کاربرد عملی ابررسانایی، منابع مالی بسیار قابل توجهی به این سمت ریخته شد و تحقیقات در مقیاس بزرگ آغاز شد.

اما در حال حاضر، همانطور که می گویند، "چیزها هنوز وجود دارند" ... معلوم شد که مواد سرامیکی برای استفاده عملی نامناسب هستند. شرایط برای حفظ حالت ابررسانایی مستلزم هزینه های زیادی بود که تمام مزایای استفاده از آن از بین رفت. اما آزمایشات با ابررسانایی ادامه دارد. پیشرفت وجود دارد. ابررسانایی قبلاً در دمای 165 درجه کلوین به دست آمده است، اما این نیاز دارد فشار بالا. ایجاد و حفظ چنین شرایط ویژه ای دوباره استفاده تجاری از این راه حل فنی را رد می کند.

عوامل تأثیرگذار اضافی

در حال حاضر، همه چیز به مسیر خود ادامه می دهد و برای مس، آلومینیوم و برخی فلزات دیگر، مقاومت همچنان ادامه دارد تا استفاده صنعتی آنها برای ساخت سیم و کابل تضمین شود. در نتیجه، ارزش کمی اطلاعات بیشتر را دارد که نه تنها مقاومت ماده هادی و دمای محیط بر تلفات موجود در آن در طول عبور جریان الکتریکی تأثیر می گذارد. هندسه هادی هنگام استفاده در فرکانس های ولتاژ بالا و جریان های بالا بسیار مهم است.

در این شرایط، الکترون ها تمایل دارند در نزدیکی سطح سیم متمرکز شوند و ضخامت آن به عنوان رسانا معنای خود را از دست می دهد. بنابراین می توان با ساختن تنها قسمت بیرونی هادی از سیم، مقدار مس موجود در سیم را به طور موجهی کاهش داد. یکی دیگر از عوامل افزایش مقاومت رسانا تغییر شکل است. بنابراین، با وجود عملکرد بالای برخی از مواد رسانای الکتریکی، در شرایط خاصی ممکن است ظاهر نشوند. هادی های صحیح باید برای کارهای خاص انتخاب شوند. جداول زیر به این امر کمک می کند.

مقاومتفلزات معیاری برای سنجش توانایی آنها در مقاومت در برابر عبور جریان الکتریکی است. این مقدار بر حسب اهم متر (Ohm⋅m) بیان می شود. نماد مقاومت، حرف یونانی ρ (rho) است. مقاومت بالا به این معنی است که ماده رسانای ضعیف بار الکتریکی است.

مقاومت

مقاومت الکتریکی به عنوان نسبت بین ولتاژ تعریف می شود میدان الکتریکیداخل فلز به چگالی جریان در آن:

جایی که:
ρ-مقاومت فلز (اهم⋅m)،
E - قدرت میدان الکتریکی (V/m)
J مقدار چگالی جریان الکتریکی در فلز است (A/m2)

اگر شدت میدان الکتریکی (E) در یک فلز بسیار زیاد و چگالی جریان (J) بسیار کم باشد، به این معنی است که فلز مقاومت بالایی دارد.

مقاومت متقابل رسانایی الکتریکی است که نشان می دهد یک ماده چقدر جریان الکتریکی را به خوبی هدایت می کند:

σ رسانایی ماده است که بر حسب زیمنس بر متر (S/m) بیان می شود.

مقاومت الکتریکی

مقاومت الکتریکی، یکی از اجزاء، بر حسب اهم (اهم) بیان می شود. لازم به ذکر است که مقاومت الکتریکی و مقاومت یکسان نیستند. مقاومت ویژگی یک ماده است، در حالی که مقاومت الکتریکی ویژگی یک جسم است.

مقاومت الکتریکی یک مقاومت با ترکیبی از شکل آن و مقاومت ماده ای که از آن ساخته شده است تعیین می شود.

به عنوان مثال، مقاومت سیمی ساخته شده از سیم بلند و نازک، مقاومت بالاتری نسبت به مقاومتی که از سیم کوتاه و ضخیم همان فلز ساخته شده است، دارد.

در عین حال، یک مقاومت سیمی ساخته شده از ماده ای با مقاومت بالا، مقاومت الکتریکی بیشتری نسبت به مقاومتی که از ماده ای با مقاومت کم ساخته شده است، دارد. و همه اینها با وجود این واقعیت که هر دو مقاومت از سیم با طول و قطر یکسان ساخته شده اند.

برای نشان دادن این موضوع، می‌توانیم قیاسی با یک سیستم هیدرولیک، جایی که آب از طریق لوله‌ها پمپ می‌شود، ترسیم کنیم.

• هر چه لوله بلندتر و نازک تر باشد، مقاومت آن در برابر آب بیشتر می شود.
• یک لوله پر از ماسه نسبت به لوله بدون ماسه در برابر آب مقاومت بیشتری دارد.

مقاومت سیم

میزان مقاومت سیم به سه پارامتر بستگی دارد: مقاومت فلز، طول و قطر خود سیم. فرمول محاسبه مقاومت سیم:

جایی که:
R - مقاومت سیم (اهم)
ρ - مقاومت فلزی (Ohm.m)
L - طول سیم (متر)
الف - سطح مقطع سیم (m2)

به عنوان مثال، یک مقاومت سیمی نیکروم با مقاومت 1.10×10-6 Ohm.m را در نظر بگیرید. طول سیم 1500 میلی متر و قطر 0.5 میلی متر است. بر اساس این سه پارامتر، مقاومت سیم نیکروم را محاسبه می کنیم:

R=1.1*10 -6 *(1.5/0.000000196) = 8.4 اهم

نیکروم و کنستانتان اغلب به عنوان مواد مقاومتی استفاده می شوند. در جدول زیر می توانید مقاومت برخی از متداول ترین فلزات را مشاهده کنید.

مقاومت سطحی

مقدار مقاومت سطح به همان روشی که مقاومت سیم محاسبه می شود. در این مورد، سطح مقطع را می توان به عنوان حاصل ضرب w و t نشان داد:

برای برخی از مواد، مانند لایه های نازک، رابطه بین مقاومت و ضخامت لایه، مقاومت ورق RS نامیده می شود:

که در آن RS بر حسب اهم اندازه گیری می شود. برای این محاسبه، ضخامت فیلم باید ثابت باشد.

اغلب، سازندگان مقاومت برای افزایش مقاومت برای افزایش مسیر جریان الکتریکی، مسیرهایی را در فیلم برش می دهند.

خواص مواد مقاوم

مقاومت فلز به دما بستگی دارد. مقادیر آنها معمولاً برای دمای اتاق (20 درجه سانتیگراد) داده می شود. تغییر در مقاومت در نتیجه تغییر دما با یک ضریب دما مشخص می شود.

برای مثال ترمیستورها (ترمیستورها) از این خاصیت برای اندازه گیری دما استفاده می کنند. از سوی دیگر، در الکترونیک دقیق، این یک اثر نسبتا نامطلوب است.
مقاومت های فیلم فلزی خواص پایداری دمایی عالی دارند. این نه تنها به دلیل مقاومت کم ماده، بلکه به دلیل طراحی مکانیکی خود مقاومت نیز حاصل می شود.

در ساخت مقاومت ها از مواد و آلیاژهای مختلفی استفاده می شود. نیکروم (آلیاژی از نیکل و کروم)، به دلیل مقاومت بالا و مقاومت در برابر اکسیداسیون در دماهای بالا، اغلب به عنوان ماده ای برای ساخت مقاومت های سیمی استفاده می شود. عیب آن این است که نمی توان آن را لحیم کرد. Constantan، یکی دیگر از مواد محبوب، لحیم کاری آسان است و ضریب دمای پایین تری دارد.

بسیاری از مردم در مورد قانون اهم شنیده اند، اما همه نمی دانند که چیست. مطالعه با یک دوره فیزیک مدرسه آغاز می شود. آنها با جزئیات بیشتری در دانشکده فیزیک و الکترودینامیک تدریس می شوند. بعید است که این دانش برای افراد عادی مفید باشد، اما برای آن ضروری است توسعه عمومیو برای برخی برای حرفه آینده. از سوی دیگر، دانش اولیه در مورد الکتریسیته، ساختار و ویژگی های آن در خانه به محافظت از خود در برابر آسیب کمک می کند. بیخود نیست که قانون اهم را قانون اساسی الکتریسیته می نامند. یک صنعتگر خانگی برای جلوگیری از اضافه ولتاژ که می تواند منجر به افزایش بار و آتش سوزی شود، نیاز به دانش در زمینه برق دارد.

مفهوم مقاومت الکتریکی

رابطه بین مقادیر فیزیکی پایه یک مدار الکتریکی - مقاومت، ولتاژ، قدرت جریان - توسط فیزیکدان آلمانی گئورگ سیمون اهم کشف شد.

مقاومت الکتریکی یک هادی مقداری است که مقاومت آن در برابر جریان الکتریکی را مشخص می کند.به عبارت دیگر برخی از الکترون ها تحت تأثیر جریان الکتریکی روی هادی جای خود را در شبکه کریستالی ترک کرده و به سمت قطب مثبت هادی هدایت می شوند. برخی از الکترون ها در شبکه باقی می مانند و به چرخش در اطراف اتم هسته ای ادامه می دهند. این الکترون ها و اتم ها مقاومت الکتریکی ایجاد می کنند که از حرکت ذرات آزاد شده جلوگیری می کند.

فرآیند فوق در مورد تمام فلزات اعمال می شود، اما مقاومت در آنها متفاوت است. این به دلیل تفاوت در اندازه، شکل و موادی است که هادی از آن ساخته شده است. بر این اساس، ابعاد شبکه کریستالی برای مواد مختلف اشکال متفاوتی دارد، بنابراین مقاومت الکتریکی در برابر حرکت جریان از طریق آنها یکسان نیست.

از این مفهوم به دنبال تعریف مقاومت یک ماده است که یک شاخص جداگانه برای هر فلز به طور جداگانه است. مقاومت الکتریکی (SER) یک کمیت فیزیکی است که با حرف یونانی ρ نشان داده می شود و با توانایی یک فلز در جلوگیری از عبور الکتریسیته از آن مشخص می شود.

مس ماده اصلی برای هادی ها است

مقاومت یک ماده با استفاده از فرمول محاسبه می شود که یکی از شاخص های مهم ضریب دمایی مقاومت الکتریکی است. جدول حاوی مقادیر مقاومت سه فلز شناخته شده در محدوده دمایی 0 تا 100 درجه سانتیگراد است.

اگر مقاومت آهن را به عنوان یکی از مواد موجود برابر با 0.1 اهم در نظر بگیریم، برای 1 اهم به 10 متر نیاز خواهید داشت. نقره کمترین مقاومت الکتریکی را دارد و برای مقدار 1 اهم آن 66.7 متر خواهد بود. تفاوت قابل توجهی است، اما نقره یک فلز گران قیمت است که استفاده از آن در همه جا عملی نیست. بهترین شاخص بعدی مس است که 57.14 متر در هر 1 اهم مورد نیاز است. مس به دلیل در دسترس بودن و هزینه آن در مقایسه با نقره، یکی از مواد پرطرفدار برای استفاده در شبکه های الکتریکی است. مقاومت کم سیم مسی یا مقاومت سیم مسی امکان استفاده از هادی مسی را در بسیاری از شاخه های علم، فناوری و همچنین برای مصارف صنعتی و خانگی فراهم می کند.

مقدار مقاومت

مقدار مقاومت ثابت نیست، بسته به عوامل زیر متفاوت است:

• اندازه. هر چه قطر هادی بزرگتر باشد، الکترون های بیشتری را از خود عبور می دهد. بنابراین، هر چه اندازه آن کوچکتر باشد، مقاومت آن بیشتر است.
• طول. الکترون ها از میان اتم ها عبور می کنند، بنابراین هر چه سیم طولانی تر باشد، الکترون های بیشتری باید از میان آنها عبور کنند. هنگام انجام محاسبات، باید طول و اندازه سیم را در نظر گرفت، زیرا هر چه سیم بلندتر یا نازک تر باشد، مقاومت آن بیشتر است و بالعکس. عدم محاسبه بار تجهیزات مورد استفاده می تواند منجر به گرم شدن بیش از حد سیم و آتش سوزی شود.
• درجه حرارت. مشخص است که دما به طرق مختلف تأثیر زیادی بر رفتار مواد دارد. فلز، مانند هیچ چیز دیگری، خواص خود را در دماهای مختلف تغییر می دهد. مقاومت مس به طور مستقیم به ضریب دمایی مقاومت مس بستگی دارد و هنگام گرم شدن افزایش می یابد.
• خوردگی. تشکیل خوردگی بار را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. این به دلیل تأثیرات محیطی، رطوبت، نمک، کثیفی و غیره رخ می دهد. عایق بندی و محافظت از تمام اتصالات، پایانه ها، پیچ و تاب ها، نصب محافظ برای تجهیزات واقع در خیابان، و تعویض سریع سیم ها، قطعات و مجموعه های آسیب دیده توصیه می شود.

محاسبه مقاومت

محاسبات هنگام طراحی اشیاء برای اهداف و مصارف مختلف انجام می شود، زیرا پشتیبانی زندگی همه توسط برق تامین می شود. همه چیز در نظر گرفته شده است، از وسایل روشنایی گرفته تا تجهیزات پیچیده فنی. در خانه، محاسبه نیز مفید خواهد بود، به خصوص اگر قرار است سیم کشی برق را جایگزین کنید. برای ساخت و ساز مسکن خصوصی، محاسبه بار ضروری است، در غیر این صورت مونتاژ "به صورت موقت" سیم کشی برق می تواند منجر به آتش سوزی شود.

هدف از محاسبه تعیین مقاومت کل هادی های تمام دستگاه های مورد استفاده با در نظر گرفتن پارامترهای فنی آنها است. با استفاده از فرمول R=p*l/S محاسبه می شود که در آن:

R - نتیجه محاسبه شده؛

p - نشانگر مقاومت از جدول؛

l - طول سیم (رسانا)؛

S – قطر مقطع.

واحدها

در سیستم بین المللی واحدهای مقادیر فیزیکی (SI)، مقاومت الکتریکی بر حسب اهم (اهم) اندازه گیری می شود. واحد اندازه گیری مقاومت بر اساس سیستم SI برابر است با مقاومت ماده ای که در آن رسانایی از یک ماده به طول 1 متر با سطح مقطع 1 متر مربع ساخته شده است. متر دارای مقاومت 1 اهم است. استفاده از 1 اهم بر متر برای فلزات مختلف به وضوح در جدول نشان داده شده است.

اهمیت مقاومت

رابطه بین مقاومت و رسانایی را می توان به عنوان کمیت های متقابل در نظر گرفت. چگونه نشانگر بیشتریک هادی، نشانگر دیگری کمتر است و بالعکس. بنابراین هنگام محاسبه هدایت الکتریکی از محاسبه 1/r استفاده می شود، زیرا معکوس X برابر 1/X است و بالعکس. نشانگر خاص با حرف g نشان داده می شود.

مزایای مس الکترولیتی

مس به عنوان یک مزیت به شاخص مقاومت پایین آن (بعد از نقره) محدود نمی شود. دارای ویژگی های منحصر به فرد در ویژگی های خود، یعنی انعطاف پذیری و چکش خواری بالا است. به لطف این ویژگی ها، مس الکترولیتی با درجه خلوص بالایی برای تولید کابل هایی تولید می شود که در لوازم برقی، تجهیزات کامپیوتری، صنعت برق و صنعت خودروسازی استفاده می شود.

وابستگی شاخص مقاومت به دما

ضریب دما مقداری است که برابر است با تغییر ولتاژ قسمتی از مدار و مقاومت فلز در اثر تغییرات دما. اغلب فلزات به دلیل ارتعاشات حرارتی شبکه کریستالی، مقاومت را با افزایش دما افزایش می دهند. ضریب دمایی مقاومت مس بر مقاومت سیم مسی تأثیر می گذارد و در دماهای 0 تا 100 درجه سانتیگراد 4.1 10-3 (1/Kelvin) است. برای نقره، این شاخص در شرایط مشابه 3.8 و برای آهن 6.0 است. این یک بار دیگر کارایی استفاده از مس را به عنوان هادی ثابت می کند.

مواد و موادی که قادر به رسانش جریان الکتریکی هستند رسانا نامیده می شوند. بقیه به عنوان دی الکتریک طبقه بندی می شوند. اما دی الکتریک خالص وجود ندارد، همه آنها جریان را نیز هدایت می کنند، اما بزرگی آن بسیار کم است.

اما هادی ها نیز جریان متفاوتی را هدایت می کنند. بر اساس فرمول گئورگ اهم، جریانی که از یک هادی می گذرد با مقدار ولتاژ اعمال شده به آن نسبت خطی و با کمیتی به نام مقاومت نسبت معکوس دارد.

واحد اندازه گیری مقاومت به افتخار دانشمندی که این رابطه را کشف کرد، اهم نامگذاری شد. اما معلوم شد که هادی های ساخته شده از مواد مختلف و دارای ابعاد هندسی یکسان، مقاومت الکتریکی متفاوتی دارند. برای تعیین مقاومت یک هادی با طول و مقطع شناخته شده، مفهوم مقاومت معرفی شد - ضریب بستگی به ماده.

در نتیجه مقاومت هادی با طول و مقطع مشخص برابر خواهد بود

مقاومت نه تنها برای مواد جامد، بلکه برای مایعات نیز اعمال می شود. اما ارزش آن به ناخالصی ها یا سایر اجزای موجود در ماده اولیه نیز بستگی دارد. آب خالص جریان الکتریکی را هدایت نمی کند، زیرا یک دی الکتریک است. اما آب مقطر در طبیعت وجود ندارد، همیشه حاوی نمک، باکتری و سایر ناخالصی ها است. این کوکتل رسانای جریان الکتریکی با مقاومت است.

با وارد کردن مواد افزودنی مختلف به فلزات، مواد جدیدی به دست می آید - آلیاژهاکه مقاومت آن با ماده اصلی متفاوت است، حتی اگر درصد اضافه به آن ناچیز باشد.

وابستگی مقاومت به دما

مقاومت مواد در کتب مرجع برای دماهای نزدیک به دمای اتاق (20 درجه سانتیگراد) آورده شده است. با افزایش دما، مقاومت مواد افزایش می یابد. چرا این اتفاق می افتد؟

جریان الکتریکی در داخل ماده انجام می شود الکترون های آزاد. تحت تأثیر میدان الکتریکی از اتم های خود جدا شده و در جهتی که این میدان مشخص می کند بین آنها حرکت می کنند. اتم‌های یک ماده یک شبکه کریستالی تشکیل می‌دهند که بین گره‌های آن جریانی از الکترون که «گاز الکترون» نیز نامیده می‌شود، حرکت می‌کند. تحت تأثیر دما، گره های شبکه (اتم ها) به ارتعاش در می آیند. خود الکترون ها نیز در یک خط مستقیم حرکت نمی کنند، بلکه در یک مسیر پیچیده حرکت می کنند. در همان زمان، آنها اغلب با اتم ها برخورد می کنند و مسیر حرکت آنها را تغییر می دهند. در برخی از زمان‌ها، الکترون‌ها می‌توانند در جهت مخالف جهت جریان الکتریکی حرکت کنند.

با افزایش دما، دامنه ارتعاشات اتمی افزایش می یابد. برخورد الکترون ها با آنها بیشتر اتفاق می افتد، حرکت جریان الکترون ها کند می شود. از نظر فیزیکی، این با افزایش مقاومت بیان می شود.

نمونه ای از استفاده از وابستگی مقاومت به دما، عملکرد یک لامپ رشته ای است. مارپیچ تنگستن که رشته از آن ساخته شده است در لحظه روشن شدن مقاومت کمی دارد. هجوم جریان در لحظه روشن شدن به سرعت آن را گرم می کند، مقاومت آن افزایش می یابد و جریان کاهش می یابد و اسمی می شود.

همین فرآیند با عناصر گرمایش نیکروم اتفاق می افتد. بنابراین، محاسبه حالت عملکرد آنها با تعیین طول سیم نیکروم یک مقطع مشخص برای ایجاد مقاومت مورد نیاز غیرممکن است. برای محاسبات، به مقاومت سیم گرم شده نیاز دارید، و کتاب های مرجع مقادیر دمای اتاق را ارائه می دهند. بنابراین، طول نهایی مارپیچ نیکروم به صورت تجربی تنظیم می شود. محاسبات طول تقریبی را تعیین می کند و هنگام تنظیم، به تدریج قسمت به بخش نخ را کوتاه کنید.

ضریب مقاومت دمایی

اما نه در همه دستگاه ها، وجود وابستگی مقاومت رساناها به دما مفید است. در فناوری اندازه گیری، تغییر مقاومت عناصر مدار منجر به خطا می شود.

برای تعیین کمیت وابستگی مقاومت مواد به دما، مفهوم ضریب مقاومت دمایی (TCR). این نشان می دهد که مقاومت یک ماده با تغییر درجه حرارت 1 درجه سانتی گراد چقدر تغییر می کند.

برای ساخت قطعات الکترونیکی - مقاومت های مورد استفاده در مدارهای تجهیزات اندازه گیری، از مواد با TCR کم استفاده می شود. آنها گران تر هستند، اما پارامترهای دستگاه در طیف گسترده ای از دمای محیط تغییر نمی کند.

اما از خواص مواد با TCS بالا نیز استفاده می شود. عملکرد برخی از سنسورهای دما بر اساس تغییر در مقاومت ماده ای است که عنصر اندازه گیری از آن ساخته شده است. برای انجام این کار، شما باید یک ولتاژ تغذیه پایدار را حفظ کرده و جریان عبوری از عنصر را اندازه گیری کنید. با کالیبره کردن مقیاس دستگاهی که جریان را با دماسنج استاندارد اندازه گیری می کند، دماسنج الکترونیکی بدست می آید. این اصل نه تنها برای اندازه گیری، بلکه برای سنسورهای گرمای بیش از حد نیز استفاده می شود. غیرفعال کردن دستگاه در صورت وقوع شرایط عملیاتی غیرعادی که منجر به گرم شدن بیش از حد سیم پیچ ترانسفورماتورها یا عناصر نیمه هادی قدرت می شود.

در مهندسی برق نیز از عناصری استفاده می شود که مقاومت خود را نه از دمای محیط، بلکه از جریان عبوری از آنها تغییر می دهند - ترمیستورها. نمونه ای از کاربرد آنها سیستم های مغناطیس زدایی برای لوله های اشعه کاتدی تلویزیون ها و نمایشگرها است. هنگامی که ولتاژ اعمال می شود، مقاومت مقاومت حداقل است و جریان از طریق آن به سیم پیچ مغناطیس زدایی می گذرد. اما همین جریان مواد ترمیستور را گرم می کند. مقاومت آن افزایش می یابد و جریان و ولتاژ در سراسر سیم پیچ کاهش می یابد. و به همین ترتیب تا زمانی که کاملا ناپدید شود. در نتیجه، یک ولتاژ سینوسی با دامنه کاهش هموار به سیم پیچ اعمال می شود و همان میدان مغناطیسی را در فضای آن ایجاد می کند. نتیجه این است که تا زمانی که فیلامنت لوله گرم می شود، از قبل مغناطیس زدایی شده است. و مدار کنترل تا زمانی که دستگاه خاموش نشود قفل می ماند. سپس ترمیستورها خنک می شوند و دوباره آماده کار می شوند.

پدیده ابررسانایی

اگر دمای مواد کاهش یابد چه اتفاقی می افتد؟ مقاومت کاهش خواهد یافت. حدی وجود دارد که دما به آن کاهش می یابد، به نام صفر مطلق. این - 273 درجه سانتی گراد. دمایی کمتر از این حد وجود ندارد. در این مقدار، مقاومت هر هادی صفر است.

در صفر مطلق، اتم های شبکه کریستالی از ارتعاش باز می مانند. در نتیجه، ابر الکترونی بین گره های شبکه بدون برخورد با آنها حرکت می کند. مقاومت ماده به صفر می رسد، که امکان به دست آوردن جریان های بی نهایت بزرگ را در هادی های مقطع کوچک باز می کند.

پدیده ابررسانایی افق های جدیدی را برای توسعه مهندسی برق می گشاید. اما هنوز مشکلاتی در ارتباط با به دست آوردن دمای فوق العاده پایین لازم برای ایجاد این اثر در شرایط خانگی وجود دارد. هنگامی که مشکلات حل شوند، مهندسی برق به سطح جدیدی از توسعه حرکت خواهد کرد.

نمونه هایی از استفاده از مقادیر مقاومت در محاسبات

قبلاً با اصول محاسبه طول سیم نیکروم برای ساخت المنت گرمایشی آشنا شده ایم. اما شرایط دیگری نیز وجود دارد که آگاهی از مقاومت مواد ضروری است.

برای محاسبه خطوط خطوط دستگاه های اتصال به زمینضرایب مربوط به خاک های معمولی استفاده می شود. اگر نوع خاک در محل حلقه زمین نامشخص باشد، برای محاسبات صحیح ابتدا مقاومت آن اندازه گیری می شود. به این ترتیب، نتایج محاسبات دقیق تر است، که نیاز به تنظیم پارامترهای مدار در طول ساخت را حذف می کند: اضافه کردن تعداد الکترودها، منجر به افزایش ابعاد هندسی دستگاه زمین می شود.

مقاومت موادی که خطوط کابل و شینه ها از آنها ساخته شده اند برای محاسبه مقاومت فعال آنها استفاده می شود. پس از آن، در جریان بار نامی، از آن استفاده کنید مقدار ولتاژ در انتهای خط محاسبه می شود. اگر مقدار آن ناکافی باشد، سطح مقطع هادی ها از قبل افزایش می یابد.

مبدل طول و مسافت مبدل جرمی مبدل حجمی و حجم غذا مبدل مساحت مبدل حجم و واحد در دستور العمل های آشپزیمبدل دما فشار، تنش مکانیکی، مبدل مدول یانگ مبدل انرژی و کار مبدل نیرو مبدل نیرو مبدل زمان مبدل خطی سرعت مبدل مسطح مبدل بازده حرارتی و راندمان سوخت مبدل اعداد در سیستم های اعداد مختلف مبدل واحدهای اندازه گیری کمیت اطلاعات نرخ ارز اندازه لباس و کفش زنانه سایز لباس و کفش مردانه مبدل سرعت زاویه ای و فرکانس چرخش مبدل شتاب شتاب زاویه ایمبدل چگالی مبدل حجم ویژه مبدل لحظه ای اینرسی مبدل لحظه نیرو مبدل گشتاور مبدل گرمای ویژهاحتراق (بر حسب جرم) مبدل چگالی انرژی و گرمای ویژه احتراق (بر حسب حجم) مبدل اختلاف دما ضریب مبدل انبساط حرارتی مبدل مقاومت حرارتی مبدل رسانایی حرارتی مبدل ظرفیت گرمایی ویژه مبدل توان قرار گرفتن در معرض انرژی و تابش حرارتی مبدل چگالی جریان دمامبدل ضریب انتقال حرارت مبدل سرعت جریان حجم مبدل دبی جرم مبدل دبی مولار مبدل تراکم جریان جرم مبدل غلظت مولی مبدل غلظت جرم در مبدل محلول مبدل ویسکوزیته دینامیک (مطلق) مبدل ویسکوزیته سینماتیک مبدل تنش سطحی مبدل نفوذپذیری بخار مبدل تراوای بخار سطح جریان بخار مبدل مبدل حساسیت میکروفون مبدل سطح فشار صدا (SPL) مبدل سطح فشار صدا با مبدل فشار مرجع قابل انتخاب مبدل درخشندگی مبدل شدت نور مبدل روشنایی مبدل گرافیک کامپیوتر مبدل فرکانس و طول موج مبدل دیوپتر قدرت و توان فاصله کانونی و بار الکتریکی × مبدل برق مبدل چگالی شارژ خطی مبدل چگالی شارژ سطحی مبدل چگالی شارژ حجمی مبدل جریان الکتریکی مبدل خطی چگالی جریان مبدل تراکم جریان سطحی مبدل شدت جریان الکتریکی مبدل قدرت میدان الکتریکی مبدل پتانسیل و ولتاژ الکترواستاتیک مبدل مقاومت الکتریکی مبدل مقاومت الکتریکی مبدل مقاومت الکتریکی Converter رسانایی الکتریکی آمریکایی مبدل گیج سطوح بر حسب dBm (dBm یا dBmW)، dBV (dBV)، وات و واحدهای دیگر مبدل نیروی حرکتی مغناطیسی مبدل قدرت میدان مغناطیسی مبدل شار مغناطیسی مبدل القایی مغناطیسی تابش. مبدل نرخ دوز جذب شده پرتو یونیزه کننده رادیواکتیویته. مبدل واپاشی رادیواکتیو تشعشع. مبدل دوز نوردهی تابش. مبدل دز جذبی مبدل پیشوند اعشاری انتقال داده تایپوگرافی و واحدهای پردازش تصویر مبدل الوار محاسبات مبدل واحدهای حجم جرم مولیجدول تناوبی عناصر شیمیایی D. I. مندلیف

1 اهم سانتی متر [اهم سانتی متر] = 0.01 اهم متر [اهم متر]

مقدار اولیه

ارزش تبدیل شده

اهم متر اهم سانتی متر اهم اینچ میکرو اهم سانتی متر میکرواهم اینچ آبوم سانتی متر استاتوم بر سانتی متر دایره ای میلی اهم در فوت اهم مربع. میلی متر بر متر

اطلاعات بیشتر در مورد مقاومت الکتریکی

اطلاعات کلی

به محض اینکه الکتریسیته از آزمایشگاه های دانشمندان خارج شد و به طور گسترده در عمل معرفی شد زندگی روزمره، این سؤال در مورد جستجوی موادی مطرح شد که دارای ویژگی های معین و گاه کاملاً متضاد در رابطه با جریان الکتریکی از طریق آنها هستند.

به عنوان مثال، هنگام انتقال انرژی الکتریکی در فواصل طولانی، مواد سیم برای به حداقل رساندن تلفات ناشی از گرمایش ژول در ترکیب با ویژگی‌های وزن کم مورد نیاز بود. نمونه ای از این خطوط برق آشنا با ولتاژ بالا است که از سیم های آلومینیومی با هسته فولادی ساخته شده است.

یا برعکس، برای ایجاد بخاری های برقی لوله ای فشرده، به موادی با مقاومت الکتریکی نسبتاً بالا و پایداری حرارتی بالا نیاز بود. ساده ترین نمونه دستگاهی که از موادی با خواص مشابه استفاده می کند مشعل اجاق برقی آشپزخانه معمولی است.

رساناهایی که در زیست شناسی و پزشکی به عنوان الکترود، پروب و پروب استفاده می شوند، به مقاومت شیمیایی بالا و سازگاری با مواد زیستی همراه با مقاومت تماس کم نیاز دارند.

او تلاش های خود را در توسعه چنین دستگاهی که اکنون آشنا بود به عنوان یک لامپ رشته ای کمک کرد یک کهکشان کاملمخترعان از کشورهای مختلف: انگلستان، روسیه، آلمان، مجارستان و ایالات متحده آمریکا. توماس ادیسون با انجام بیش از هزار آزمایش برای آزمایش خواص مواد مناسب برای نقش رشته ها، لامپی با مارپیچ پلاتین ایجاد کرد. لامپ های ادیسون با اینکه عمر مفید بالایی داشتند اما به دلیل هزینه بالای مواد اولیه کاربردی نبودند.

کار بعدی توسط مخترع روسی Lodygin، که پیشنهاد استفاده از تنگستن و مولیبدن نسبتاً ارزان و نسوز با مقاومت بالاتر به عنوان مواد رشته ای را ارائه کرد، نشان داد. استفاده عملی. علاوه بر این، Lodygin پیشنهاد پمپاژ هوا از سیلندرهای لامپ رشته ای، جایگزینی آن با گازهای بی اثر یا نجیب را ارائه کرد که منجر به ایجاد لامپ های رشته ای مدرن شد. پیشگام تولید انبوه لامپ های برقی مقرون به صرفه و بادوام شرکت جنرال الکتریک بود که Lodygin حقوق ثبت اختراع خود را به آن واگذار کرد و سپس برای مدت طولانی در آزمایشگاه های شرکت با موفقیت کار کرد.

این فهرست را می‌توان ادامه داد، زیرا ذهن انسان کنجکاو آنقدر مبتکر است که گاهی برای حل یک مشکل فنی خاص، به موادی با خواص بی‌سابقه یا با ترکیبی باورنکردنی از این خواص نیاز دارد. طبیعت دیگر نمی تواند مطابق با اشتهای ما باشد و دانشمندان از سرتاسر جهان برای ایجاد موادی که مشابه طبیعی ندارند به مسابقه پیوسته اند.

یکی از مهمترین ویژگی های مواد طبیعی و سنتز شده مقاومت الکتریکی است. نمونه ای از دستگاه های الکتریکی که در آن از این خاصیت به شکل خالص استفاده می شود، فیوزی است که از تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی ما در برابر قرار گرفتن در معرض جریان بیش از حد مجاز محافظت می کند.

لازم به ذکر است که این جایگزین های خانگی برای فیوزهای استاندارد است که بدون آگاهی از مقاومت مواد ساخته شده است که گاهی اوقات نه تنها باعث سوختن عناصر مختلف مدارهای الکتریکی می شود، بلکه باعث آتش سوزی در خانه ها و آتش سوزی در سیم کشی در اتومبیل ها می شود.

همین امر در مورد تعویض فیوزها در شبکه های برق نیز صدق می کند، زمانی که به جای فیوز با درجه پایین تر، فیوز با درجه جریان عملیاتی بالاتر نصب شده است. این منجر به گرم شدن بیش از حد سیم کشی برق و حتی در نتیجه آتش سوزی با عواقب وخیم می شود. این به ویژه برای خانه های فریم صادق است.

مرجع تاریخی

مفهوم مقاومت الکتریکی خاص به لطف آثار فیزیکدان مشهور آلمانی، گئورگ اهم ظاهر شد، که از نظر تئوری اثبات کرد و از طریق آزمایش های متعدد، ارتباط بین قدرت فعلی، نیروی الکتروموتور باتری و مقاومت تمام قسمت های باتری را ثابت کرد. مدار، بنابراین قانون مدار الکتریکی ابتدایی را کشف کرد که پس از آن به نام او نامگذاری شد. اهم وابستگی بزرگی جریان جاری را به بزرگی ولتاژ اعمال شده، طول و شکل ماده رسانا و همچنین به نوع ماده مورد استفاده به عنوان یک رسانه رسانا مورد مطالعه قرار داد.

در عین حال، باید به کار سر همفری دیوی، شیمیدان، فیزیکدان و زمین شناس انگلیسی، که اولین کسی بود که وابستگی مقاومت الکتریکی یک هادی را به طول و سطح مقطع آن نشان داد، ادای احترام کرد. همچنین به وابستگی هدایت الکتریکی به دما اشاره کرد.

با مطالعه وابستگی جریان الکتریکی به نوع مواد، اهم کشف کرد که هر ماده رسانایی که در دسترس او بود، دارای ویژگی‌های مقاومت در برابر جریان جریان است که فقط ذاتی آن است.

لازم به ذکر است که در زمان اهم، یکی از رایج ترین هادی های امروزی - آلومینیوم - دارای جایگاه فلزی گرانبها بود، بنابراین اهم خود را به آزمایش هایی با مس، نقره، طلا، پلاتین، روی، قلع، سرب و آهن محدود کرد. .

در نهایت، اهم مفهوم مقاومت الکتریکی یک ماده را به عنوان یک مشخصه اساسی معرفی کرد و مطلقاً چیزی در مورد ماهیت جریان جریان در فلزات یا وابستگی مقاومت آنها به دما نمی دانست.

مقاومت الکتریکی خاص تعریف

مقاومت الکتریکی یا صرفاً مقاومت یک ویژگی فیزیکی اساسی یک ماده رسانا است که توانایی یک ماده برای جلوگیری از جریان الکتریکی را مشخص می کند. با حرف یونانی ρ (تلفظ rho) نشان داده می شود و بر اساس فرمول تجربی محاسبه مقاومت بدست آمده توسط Georg Ohm محاسبه می شود.

یا از اینجا

که در آن R مقاومت بر حسب اهم، S مساحت بر حسب m²/، L طول بر حسب متر است

ابعاد مقاومت الکتریکی در سیستم بین المللیواحدهای SI بر حسب اهم m بیان می شوند.

این مقاومت یک هادی به طول 1 متر و سطح مقطع 1 متر مربع / 1 اهم است.

در مهندسی برق، برای راحتی محاسبات، مرسوم است که از مشتق مقدار مقاومت الکتریکی، بیان شده در اهم mm²/m استفاده شود. مقادیر مقاومت برای رایج ترین فلزات و آلیاژهای آنها را می توان در کتاب های مرجع مربوطه یافت.

جداول 1 و 2 مقادیر مقاومت رایج ترین مواد مختلف را نشان می دهد.

جدول 1. مقاومت برخی از فلزات

جدول 2. مقاومت آلیاژهای رایج

مقاومت های الکتریکی خاص رسانه های مختلف. فیزیک پدیده ها

مقاومت الکتریکی فلزات و آلیاژهای آنها، نیمه هادی ها و دی الکتریک ها

امروزه، با استفاده از دانش، قادر به محاسبه پیشاپیش مقاومت الکتریکی هر ماده، اعم از طبیعی و سنتز شده، بر اساس ترکیب شیمیایی و وضعیت فیزیکی مورد انتظار آن هستیم.

این دانش به ما کمک می کند تا از قابلیت های مواد، گاهی کاملاً عجیب و غریب و منحصر به فرد، بهتر استفاده کنیم.

با توجه به ایده های غالب، از دیدگاه فیزیک مواد جامدبه مواد کریستالی، پلی کریستالی و آمورف تقسیم می شوند.

ساده ترین راه، به معنای محاسبه فنی مقاومت یا اندازه گیری آن، با مواد آمورف است. آنها ساختار بلوری مشخصی ندارند (اگرچه ممکن است دارای اجزای میکروسکوپی از چنین موادی باشند)، در ترکیب شیمیایی نسبتاً همگن هستند و خواص مشخصه یک ماده خاص را نشان می دهند.

برای مواد پلی کریستالی که توسط مجموعه ای از کریستال های نسبتا کوچک با ترکیب شیمیایی یکسان تشکیل می شوند، رفتار خواص تفاوت چندانی با رفتار مواد بی شکل ندارد، زیرا مقاومت الکتریکی، به عنوان یک قاعده، به عنوان یک خاصیت تجمعی یکپارچه تعریف می شود. نمونه مواد داده شده

وضعیت پیچیده تر است مواد کریستالیبه خصوص در مورد تک بلورهایی که مقاومت الکتریکی و سایر خصوصیات الکتریکی نسبت به محورهای تقارن بلورهایشان متفاوت است. این ویژگی ناهمسانگردی کریستالی نامیده می شود و به طور گسترده در فناوری، به ویژه، در مدارهای رادیویی نوسانگرهای کوارتز استفاده می شود، جایی که ثبات فرکانس دقیقاً با تولید فرکانس های ذاتی در یک کریستال کوارتز مشخص تعیین می شود.

هر یک از ما که صاحب رایانه، تبلت، تلفن همراه یا گوشی هوشمند هستیم، از جمله صاحب ساعت های الکترونیکی تا iWatch، صاحب کریستال کوارتز نیز هستیم. از این رو می‌توان در مورد مقیاس استفاده از تشدیدگرهای کوارتز در الکترونیک قضاوت کرد که بالغ بر ده‌ها میلیارد است.

علاوه بر این، مقاومت بسیاری از مواد، به ویژه نیمه هادی ها، وابسته به دما است، بنابراین داده های مرجع معمولاً در دمای اندازه گیری، معمولاً 20 درجه سانتیگراد ارائه می شوند.

خواص منحصر به فرد پلاتین که دارای وابستگی ثابت و کاملاً مطالعه شده مقاومت الکتریکی به دما و همچنین امکان به دست آوردن فلزی با خلوص بالا است، پیش نیازی برای ایجاد حسگرهای مبتنی بر آن در دمای وسیع است. دامنه.

برای فلزات، گسترش مقادیر مرجع مقاومت با روش های آماده سازی نمونه ها و خلوص شیمیایی فلز یک نمونه مشخص تعیین می شود.

برای آلیاژها، پراکندگی بیشتر در مقادیر مقاومت مرجع به دلیل روش های آماده سازی نمونه ها و تغییرپذیری ترکیب آلیاژ است.

مقاومت الکتریکی خاص مایعات (الکترولیت ها)

درک مقاومت مایعات بر اساس تئوری های تفکیک حرارتی و تحرک کاتیون ها و آنیون ها است. به عنوان مثال، در رایج ترین مایع روی زمین - آب معمولی، برخی از مولکول های آن، تحت تأثیر دما، به یون ها تجزیه می شوند: کاتیون های H + و آنیون های OH-. هنگامی که یک ولتاژ خارجی به الکترودهای غوطه ور در آب در شرایط عادی اعمال می شود، جریانی به دلیل حرکت یون های ذکر شده در بالا ایجاد می شود. همانطور که مشخص شد، کل پیوندهای مولکول ها در آب - خوشه هایی تشکیل می شوند که گاهی با کاتیون های H+ یا آنیون های OH- ترکیب می شوند. بنابراین، انتقال یون ها توسط خوشه های تحت تأثیر ولتاژ الکتریکیاتفاقی که می افتد این است: با پذیرش یک یون در جهت میدان الکتریکی اعمال شده در یک طرف، خوشه یک یون مشابه را از طرف دیگر "تخلیه" می کند. وجود خوشه ها در آب کاملاً این را توضیح می دهد واقعیت علمیکه در دمای حدود 4 درجه سانتیگراد آب بیشترین چگالی را دارد. بیشتر مولکول های آب به دلیل عملکرد هیدروژن به صورت خوشه ای و پیوندهای کووالانسی، عملاً در حالت شبه بلوری. تفکیک حرارتی حداقل است و تشکیل بلورهای یخ که چگالی کمتری دارند (یخ در آب شناور است) هنوز شروع نشده است.

به طور کلی، مقاومت مایعات بیشتر به دما بستگی دارد، بنابراین این مشخصه همیشه در دمای 293 کلوین که مربوط به دمای 20 درجه سانتیگراد است اندازه گیری می شود.

علاوه بر آب، تعداد زیادی حلال دیگر نیز وجود دارد که می توانند کاتیون ها و آنیون های مواد محلول را ایجاد کنند. آگاهی و اندازه گیری مقاومت چنین محلول هایی نیز از اهمیت عملی بالایی برخوردار است.

برای محلول آبینمک ها، اسیدها و قلیاها، غلظت ماده محلول نقش مهمی در تعیین مقاومت یک محلول دارد. یک مثال جدول زیر است که مقادیر مقاومت مواد مختلف محلول در آب در دمای 18 درجه سانتیگراد را نشان می دهد:

جدول 3. مقادیر مقاومت مواد مختلف محلول در آب در دمای 18 درجه سانتیگراد

داده های جدول از کتاب مرجع مختصر فیزیکی و فنی، جلد 1، - M.: 1960 گرفته شده است.

مقاومت ویژه عایق ها

دسته کاملی از مواد مختلف که مقاومت نسبتاً بالایی دارند در زمینه های مهندسی برق، الکترونیک، مهندسی رادیو و رباتیک اهمیت زیادی دارند. صرف نظر از آنها حالت تجمعاعم از جامد، مایع یا گاز، به این گونه مواد عایق می گویند. چنین موادی برای جداسازی بخش های جداگانه مدارهای الکتریکی از یکدیگر استفاده می شود.

نمونه ای از عایق های جامد نوار الکتریکی قابل انعطاف آشنا است که به لطف آن هنگام اتصال سیم های مختلف عایق را بازیابی می کنیم. بسیاری از مردم با عایق های تعلیق چینی برای خطوط برق هوایی، تخته های تکستولیت با قطعات الکترونیکی موجود در اکثر محصولات الکترونیکی، سرامیک، شیشه و بسیاری از مواد دیگر آشنا هستند. مواد عایق جامد مدرن مبتنی بر پلاستیک و الاستومر، استفاده از جریان الکتریکی با ولتاژهای مختلف را در طیف گسترده ای از دستگاه ها و ابزارها ایمن می کند.

علاوه بر عایق های جامد کاربرد گستردهدر مهندسی برق، عایق های مایع با مقاومت بالا یافت می شوند. در ترانسفورماتورهای قدرت شبکه های الکتریکی، روغن ترانسفورماتور مایع به دلیل EMF خود القایی از خرابی های وقفه ای جلوگیری می کند و به طور قابل اعتماد پیچ ​​های سیم پیچ ها را عایق می کند. در کلیدهای روغن، از روغن برای خاموش کردن قوس الکتریکی استفاده می شود که هنگام تعویض منابع جریان ایجاد می شود. روغن خازن برای ایجاد خازن های فشرده با بالا استفاده می شود مشخصات الکتریکی; علاوه بر این روغن ها از روغن کرچک طبیعی و روغن های مصنوعی به عنوان عایق مایع استفاده می شود.

در فشار معمولی اتمسفر، همه گازها و مخلوط آنها از نظر مهندسی برق عایق های عالی هستند، اما گازهای نجیب (زنون، آرگون، نئون، کریپتون) به دلیل بی اثر بودن، مقاومت بیشتری دارند که به طور گسترده در برخی از حوزه های فناوری

اما رایج ترین عایق هوا است که عمدتاً از نیتروژن مولکولی (75٪ وزنی)، اکسیژن مولکولی (23.15٪ وزنی)، آرگون (1.3٪ وزنی) تشکیل شده است. دی اکسید کربن، هیدروژن، آب و برخی از مخلوط های گازهای نجیب مختلف. جریان جریان را در کلیدهای معمولی روشنایی خانگی، کلیدهای جریان مبتنی بر رله، استارترهای مغناطیسی و کلیدهای مکانیکی جدا می کند. لازم به ذکر است که کاهش فشار گازها یا مخلوط آنها زیر فشار اتمسفر منجر به افزایش مقاومت الکتریکی آنها می شود. عایق ایده آل از این نظر خلاء است.

مقاومت الکتریکی خاک های مختلف

یکی از مهم ترین راه های محافظت از فرد در برابر اثرات مخرب جریان الکتریکی در هنگام حوادث تاسیسات الکتریکی، دستگاه اتصال زمین محافظ است.

این اتصال عمدی بدنه یا محفظه دستگاه های الکتریکی به یک دستگاه اتصال زمین محافظ است. به طور معمول، زمین به شکل نوارهای فولادی یا مسی، لوله‌ها، میله‌ها یا گوشه‌های مدفون در زمین تا عمق بیش از 2.5 متر انجام می‌شود که در صورت وقوع حادثه، جریان جریان را در طول دستگاه مدار تضمین می‌کند - مسکن یا پوشش - زمین - سیم خنثی منبع جریان متناوب. مقاومت این مدار نباید بیشتر از 4 اهم باشد. در این حالت، ولتاژ روی بدنه دستگاه اضطراری به مقادیری کاهش می یابد که برای انسان بی خطر است و دستگاه های حفاظت مدار خودکار به یک صورت یا دیگری دستگاه اضطراری را خاموش می کنند.

هنگام محاسبه عناصر زمینی محافظ، آگاهی از مقاومت خاک، که می تواند بسیار متفاوت باشد، نقش مهمی ایفا می کند.

مطابق با داده های موجود در جداول مرجع، مساحت دستگاه اتصال به زمین انتخاب می شود، تعداد عناصر زمین و طراحی واقعی کل دستگاه از آن محاسبه می شود. عناصر ساختاری دستگاه اتصال زمین محافظ با جوشکاری متصل می شوند.

توموگرافی الکتریکی

اکتشاف الکتریکی محیط زمین شناسی نزدیک به سطح را مطالعه می کند و برای جستجوی سنگ معدن و کانی های غیرفلزی و سایر اشیاء بر اساس مطالعه میدان های مختلف الکتریکی و الکترومغناطیسی مصنوعی استفاده می شود. یک مورد خاص از اکتشاف الکتریکی، توموگرافی الکتریکی (توموگرافی مقاومتی الکتریکی) است - روشی برای تعیین خواص سنگ ها با مقاومت آنها.

ماهیت روش این است که در یک موقعیت خاص از منبع میدان الکتریکی، اندازه گیری ولتاژ روی پروب های مختلف انجام می شود، سپس منبع میدان به مکان دیگری منتقل می شود یا به منبع دیگری سوئیچ می شود و اندازه گیری ها تکرار می شود. منابع میدانی و پروب های گیرنده میدانی روی سطح و در چاه ها قرار می گیرند.

سپس داده‌های به‌دست‌آمده با استفاده از روش‌های پردازش رایانه‌ای نوین پردازش و تفسیر می‌شوند که امکان تجسم اطلاعات را در قالب تصاویر دو بعدی و سه‌بعدی فراهم می‌کند.

توموگرافی الکتریکی به عنوان یک روش جستجوی بسیار دقیق، کمک ارزشمندی به زمین شناسان، باستان شناسان و دیرینه شناسان می کند.

تعیین شکل وقوع ذخایر معدنی و مرزهای توزیع آنها (طرح کلی) به ما امکان می دهد تا وقوع ذخایر رگه ای مواد معدنی را شناسایی کنیم که به طور قابل توجهی هزینه های توسعه بعدی آنها را کاهش می دهد.

برای باستان شناسان، این روش جستجو اطلاعات ارزشمندی در مورد محل تدفین های باستانی و وجود آثار در آنها فراهم می کند و در نتیجه هزینه های کاوش را کاهش می دهد.

دیرینه شناسان از توموگرافی الکتریکی برای جستجوی بقایای فسیل شده حیوانات باستانی استفاده می کنند. نتایج کار آنها را می توان در موزه های علوم طبیعی در قالب بازسازی های خیره کننده از اسکلت های جانوران ماقبل تاریخ مشاهده کرد.

علاوه بر این، توموگرافی الکتریکی در طول ساخت و ساز و عملیات بعدی سازه های مهندسی استفاده می شود: ساختمان های بلند، سدها، دایک ها، خاکریزها و غیره.

تعاریف مقاومت در عمل

گاهی اوقات برای حل مشکلات عملی، ممکن است با تعیین ترکیب یک ماده، به عنوان مثال، سیم برای برش فوم پلی استایرن، مواجه شویم. ما دو سیم پیچ با قطر مناسب از مواد مختلف ناشناخته داریم. برای حل مشکل، باید مقاومت الکتریکی آنها را پیدا کرد و سپس با استفاده از تفاوت مقادیر یافت شده یا با استفاده از جدول جستجو، مواد سیم را تعیین کرد.

با متر اندازه گیری می کنیم و از هر نمونه 2 متر سیم می بریم. بیایید قطر سیم های d1 و d2 را با یک میکرومتر تعیین کنیم. پس از روشن کردن مولتی متر تا حد پایین اندازه گیری مقاومت، مقاومت نمونه R1 را اندازه گیری می کنیم. ما این روش را برای نمونه دیگری تکرار می کنیم و مقاومت R2 آن را نیز اندازه می گیریم.

بیایید در نظر بگیریم که سطح مقطع سیم ها با فرمول محاسبه می شود

S = π d 2/4

اکنون فرمول محاسبه مقاومت الکتریکی به صورت زیر خواهد بود:

ρ = R π d 2/4 L

با جایگزینی مقادیر به دست آمده L، d1 و R1 در فرمول محاسبه مقاومت ارائه شده در مقاله بالا، مقدار ρ1 را برای نمونه اول محاسبه می کنیم.

ρ 1 = 0.12 اهم میلی متر 2 / متر

با جایگزینی مقادیر به دست آمده از L، d2 و R2 در فرمول، مقدار ρ2 را برای نمونه دوم محاسبه می کنیم.

ρ 2 = 1.2 اهم میلی متر 2 / متر

از مقایسه مقادیر ρ1 و ρ2 با داده های مرجع در جدول 2 بالا، نتیجه می گیریم که ماده نمونه اول فولاد و نمونه دوم نیکروم است که از آن رشته برش را می سازیم.

آیا ترجمه واحدهای اندازه گیری از یک زبان به زبان دیگر برای شما دشوار است؟ همکاران آماده کمک به شما هستند. یک سوال در TCTerms ارسال کنیدو در عرض چند دقیقه پاسخ دریافت خواهید کرد.