Mi határozza meg a vezető ellenállását
A vegytiszta fémekből készült vezetők ellenállása és ennek kölcsönös - elektromos vezetőképessége - jellemző fizikai mennyiség, de ennek ellenére ezek ellenállásértékei viszonylag kis pontossággal ismertek.
Ez azzal magyarázható, hogy a fémek ellenállási értékét nagymértékben befolyásolják a különféle véletlenszerű, nehezen ellenőrizhető körülmények.
Először is, gyakran a tiszta fém kisebb szennyeződései növelik annak ellenállását.
Az elektrotechnika számára a legfontosabb fém az édesem, amelyből az elektromos energia elosztásához vezetékeket és kábeleket készítenek, ebből a szempontból különösen érzékenynek bizonyul.
Az elhanyagolhatóan kicsi 0,05%-os szénszennyeződések 33%-kal növelik a réz ellenállását a vegytiszta rézhez képest, a 0,13%-os foszfor szennyeződés a réz ellenállását 48%-kal, a vas 0,5%-a 176%-kal, nyomokban cinket kicsisége miatt nehezen mérhető mennyiségben, 20%-kal.
A szennyeződések hatása más fémek ellenállására kevésbé jelentős, mint a réz esetében.
A kémiailag tiszta vagy általában meghatározott kémiai összetételű fémek ellenállása a termikus és mechanikai kezelésük módjától függ.
A hengerlés, húzás, kioltás és izzítás több százalékkal megváltoztathatja a fém ellenállását.
Ez azzal magyarázható, hogy az olvadt fém a megszilárdulás során kikristályosodik, és számos és véletlenszerűen eloszló kis egykristályt képez.
Bármilyen mechanikai feldolgozás ezeket a kristályokat részben tönkreteszi, csoportjaikat egymáshoz képest eltolja, aminek következtében egy fémdarab összesített elektromos vezetőképessége általában az ellenállás növekedésének irányába változik.
A különböző fémeknél eltérő, kedvező hőmérsékleten végzett hosszan tartó izzítás kristályredukcióval jár, és általában csökkenti az ellenállást.
Vannak olyan eljárások, amelyek lehetővé teszik többé-kevésbé jelentős egykristályok (egykristályok) előállítását az olvadt fémek megszilárdulása során.
Ha a fém megfelelő rendszerű kristályokat ad, akkor az ilyen fém egykristályainak ellenállása minden irányban azonos. Ha a fémkristályok hatszögletű, tetragonális vagy trigonális rendszerbe tartoznak, akkor az egykristály ellenállásértéke az áram irányától függ.
A határértékeket (szélsőséges) a kristály szimmetriatengelye irányában és a szimmetriatengelyre merőleges irányban kapjuk, minden más irányban az ellenállásnak köztes értékei vannak.
A hagyományos módszerekkel előállított, kisméretű kristályok véletlenszerű eloszlású fémdarabjainak ellenállása egy bizonyos átlagos értékkel egyenlő, hacsak a megszilárdulás során nem jön létre többé-kevésbé rendezett kristályeloszlás.
Ebből jól látható, hogy más vegytiszta fémek mintáinak ellenállása, amelyek kristályai nem tartoznak a megfelelő rendszerbe, nem rendelkezhetnek teljesen meghatározott értékekkel.
A leggyakrabban vezető fémek és ötvözetek ellenállási értékei 20 °C-on: Az anyagok ellenállása és elektromos vezetőképessége
A hőmérséklet befolyása a különböző fémek ellenállására számos és alapos vizsgálat tárgya, mivel ennek a hatásnak a kérdése nagy elméleti és gyakorlati jelentőséggel bír.
Tiszta fémek hőmérsékleti ellenállási együttható, nagyrészt közel van a gázok hő lineáris tágulási hőmérsékleti együtthatójához, azaz nem sokban tér el 0,004-től, ezért a 0 és 100 °C közötti tartományban az ellenállás megközelítőleg arányos az abszolút hőmérséklettel.
0° alatti hőmérsékleten az ellenállás gyorsabban csökken, mint az abszolút hőmérséklet, és minél gyorsabban csökken a hőmérséklet. Az abszolút nullához közeli hőmérsékleten egyes fémek ellenállása gyakorlatilag nullává válik. 100 ° feletti magas hőmérsékleten a legtöbb fém hőmérsékleti együtthatója lassan növekszik, azaz az ellenállás valamivel gyorsabban növekszik, mint a hőmérséklet.
Érdekes tények:
Az úgynevezett ferromágneses fémek (vas, nikkel és kobalt) ellenállása sokkal gyorsabban növekszik, mint a hőmérséklet.Végül a platina és a palládium ellenállása némileg elmarad a hőmérséklet növekedésétől.
A magas hőmérséklet mérésére az ún platina ellenállás hőmérő, amely egy vékony, tiszta platina huzaldarabból áll, amelyet spirálisan feltekernek egy szigetelőanyag csőre, vagy akár egy kvarccső falaiba olvasztják. A huzal ellenállásának mérésével meghatározhatja a hőmérsékletét egy táblázatból vagy egy görbéből a -40 és 1000 ° C közötti hőmérséklet-tartományban.
Egyéb fémes vezetőképességű anyagok közül meg kell jegyezni a szenet, a grafitot, az antracitot, amelyek különböznek a negatív hőmérsékleti együtthatójú fémektől.
A szelén ellenállása egyik módosulatában (fémes, kristályos szelén, szürke) fénysugarak hatására jelentősen csökken. Ez a jelenség a területhez tartozik fotovoltaikus jelenségek.
A szelén és sok más hasonló esetében a fénysugarakat elnyelő anyag atomjaitól levált elektronok nem repülnek el a test felszínén, hanem az anyag belsejében maradnak, aminek következtében az elektromos vezetőképesség az anyag mennyisége természetesen növekszik. A jelenséget belső fotoelektromos jelenségnek nevezzük.
Lásd még:
Miért eltérő a különböző anyagok ellenállása?
A vezetékek és kábelek alapvető elektromos jellemzői