Kur thonë se bakri është një metal më i rëndë se alumini, ata krahasojnë dendësinë e tyre. Në mënyrë të ngjashme, kur thuhet se bakri është një përcjellës më i mirë se alumini, rezistenca e tyre (ρ) po krahasohet, vlera e së cilës nuk varet nga madhësia ose forma e një kampioni të caktuar - vetëm nga vetë materiali.
Arsyetimi teorik
Rezistenca është një masë e rezistencës ndaj përçueshmërisë elektrike për një madhësi të caktuar materiali. E kundërta e saj është përçueshmëria elektrike. Metalet janë përçues elektrikë të mirë (përçueshmëri e lartë dhe vlera ρ e ulët), ndërsa jometalet janë përgjithësisht përçues të dobët (përçueshmëri e ulët dhe vlerë ρ e lartë).
Rezistenca elektrike termike më e njohur mat se sa e vështirë është për një material të përçojë energjinë elektrike. Varet nga madhësia e pjesës: rezistenca është më e lartë për një copë materiali më të gjatë ose më të ngushtë. Për të eliminuar efektinmadhësia nga rezistenca, përdoret rezistenca e telit - kjo është një pronë materiale që nuk varet nga madhësia. Për shumicën e materialeve, rezistenca rritet me temperaturën. Përjashtim bëjnë gjysmëpërçuesit (si silikoni), në të cilët zvogëlohet me temperaturën.
Lehtësia me të cilën një material përçon nxehtësinë matet me përçueshmëri termike. Si vlerësim i parë, përçuesit e mirë elektrikë janë gjithashtu përçues të mirë termik. Rezistenca përfaqësohet nga simboli r, dhe njësia e saj është një ohmmetër. Rezistenca e bakrit të pastër është 1.7×10 -8 ohms. Ky është një numër shumë i vogël - 0,000,000,017 Ohm, që tregon se një metër kub bakri praktikisht nuk ka rezistencë. Sa më i ulët të jetë rezistenca (ommetër ose Ωm), aq më mirë materiali përdoret në instalime elektrike. Rezistenca është ana tjetër e përcjelljes.
Klasifikimi i materialeve
Vlera e rezistencës së një materiali përdoret shpesh për ta klasifikuar atë si përçues, gjysmëpërçues ose izolues. Elementet e ngurtë klasifikohen si izolues, gjysmëpërçues ose përçues sipas "rezistencës statike" të tyre në tabelën periodike të elementeve. Rezistenca në një izolant, gjysmëpërçues ose material përcjellës është vetia kryesore që merret parasysh për aplikimet elektrike.
Tabela tregon disa të dhëna ρ, σ dhe koeficientin e temperaturës. Për rezistencën ndaj metaleverritet me rritjen e temperaturës. E kundërta është e vërtetë për gjysmëpërçuesit dhe shumë izolues.
| Material | ρ (Ωm) në 20°C | σ (S/m) në 20°C | Koeficienti i temperaturës (1/°C) x10 ^ -3 |
| Argjend | 1, 59 × 10 -8 | 6, 30 × 10 7 | 3, 8 |
| Bakër | 1, 68 × 10 -8 | 5, 96 × 10 7 | 3, 9 |
| Ar | 2, 44 × 10 -8 | 4, 10 × 10 7 | 3, 4 |
| Alumin | 2, 82 × 10 -8 | 3, 5 × 10 7 | 3, 9 |
| Tungsten | 5, 60 × 10 -8 | 1, 79 × 10 7 | 4.5 |
| Zink |
5, 90 × 10 -8 |
1, 69 × 10 7 | 3, 7 |
| Nikeli | 6, 99 × 10 -8 | 1, 43 × 10 7 | 6 |
| Litium | 9, 28 × 10 -8 | 1,08 × 10 7 | 6 |
| Hekur | 1, 0 × 10 -7 | 1, 00 × 10 7 | 5 |
| Platin | 1, 06 × 10 -7 | 9, 43 × 10 6 | 3, 9 |
| Lead | 2, 2 × 10 -7 | 4, 55 × 10 6 | 3, 9 |
| Konstantan | 4, 9 × 10 -7 | 2,04 × 10 6 | 0, 008 |
| Merkuri | 9, 8 × 10 -7 | 1, 02 × 10 6 | 0.9 |
| Nicrome | 1,10 × 10 -6 | 9, 09 × 10 5 | 0, 4 |
| Karboni (amorf) | 5 × 10 -4 deri në 8 × 10 -4 |
1, 25-2 × 10 3 |
-0, 5 |
Llogaritja e rezistencës
Për çdo temperaturë të caktuar, ne mund të llogarisim rezistencën elektrike të një objekti në ohmë duke përdorur formulën e mëposhtme.
Në këtë formulë:
- R - rezistenca e objektit, në ohmë;
- ρ - rezistenca (specifike) e materialit nga i cili është bërë objekti;
- L - gjatësia e objektit në metra;
- Një seksion kryqseksioni i objektit, në metra katror.
Rezistenca është e barabartë me një numër të caktuar ommetrash. Edhe pse njësia SI e ρ është zakonisht ommetri, ndonjëherë njësia është ohm për centimetër.
Rezistenca e një materiali përcaktohet nga madhësia e fushës elektrike nëpër të, e cila jep një densitet të caktuar të rrymës.
ρ=E/ J ku:
- ρ - në një ohmmetër;
- E - madhësia e fushës elektrike në volt për metër;
- J - vlera e densitetit aktual në amper për metër katror.
Si të përcaktohet rezistenca? Shumë rezistorë dhe përçues kanë një seksion kryq uniform me një rrjedhë uniforme të rrymës elektrike. Prandaj, ekziston një ekuacion më specifik, por më i përdorur gjerësisht.
ρ=RA/ J, ku:
- R - rezistenca e një kampioni materiali homogjen, i matur në ohmë;
- l - gjatësia e një pjese materiali, e matur në metra, m;
- A - sipërfaqja tërthore e mostrës, e matur në metra katror, m2.
Bazat e rezistencës së materialeve
Rezistenca elektrike e një materiali njihet edhe si rezistenca elektrike. Kjo është një masë se sa fort materiali i reziston rrjedhës së rrymës elektrike. Mund të përcaktohet duke ndarë rezistencën për njësi gjatësi dhe për njësi sipërfaqe të prerjes tërthore, për një material të caktuar në një temperaturë të caktuar.
Kjo do të thotë që një ρ i ulët tregon një material që lejon lehtësishtlëvizin elektronet. Në të kundërt, një material me ρ të lartë do të ketë rezistencë të lartë dhe do të pengojë rrjedhën e elektroneve. Elementë të tillë si bakri dhe alumini njihen për nivelet e tyre të ulëta ρ. Argjendi dhe ari në veçanti kanë një vlerë shumë të ulët ρ, por përdorimi i tyre është i kufizuar për arsye të dukshme.
Rajoni rezistues
Materialet vendosen në kategori të ndryshme në varësi të vlerës së tyre ρ. Një përmbledhje tregohet në tabelën më poshtë.
Niveli i përçueshmërisë së gjysmëpërçuesve varet nga niveli i dopingut. Pa doping, ato duken pothuajse si izolues, gjë që është e njëjtë për elektrolitet. Niveli ρ i materialeve ndryshon shumë.
| Kategoritë e pajisjeve dhe lloji i materialit | Zona e rezistencës së materialeve më të zakonshme në varësi të ρ |
| Elektrolite | Ndryshore |
| Izolues | ~ 10 ^ 16 |
| Metalet | ~ 10 ^ -8 |
| Gjysmëpërçuesit | Ndryshore |
| Superpërcjellës | 0 |
Koeficienti i temperaturës së rezistencës
Në shumicën e rasteve, rezistenca rritet me temperaturën. Si rezultat, ekziston nevoja për të kuptuar varësinë nga temperatura e rezistencës. Arsyeja për koeficientin e temperaturës së rezistencës në një përcjellës mund të justifikohetnë mënyrë intuitive. Rezistenca e një materiali varet nga një sërë fenomenesh. Një nga këto është numri i përplasjeve që ndodhin midis bartësve të ngarkesës dhe atomeve në material. Rezistenca e përcjellësit do të rritet me rritjen e temperaturës, me rritjen e numrit të përplasjeve.
Kjo mund të mos jetë gjithmonë rasti dhe për faktin se transportuesit shtesë të ngarkesës lëshohen me rritjen e temperaturës, gjë që do të çojë në një ulje të rezistencës së materialeve. Ky efekt vërehet shpesh në materialet gjysmëpërçuese.
Kur merret parasysh varësia nga temperatura e rezistencës, zakonisht supozohet se koeficienti i temperaturës së rezistencës ndjek një ligj linear. Kjo vlen për temperaturën e dhomës dhe për metalet dhe shumë materiale të tjera. Megjithatë, është zbuluar se efektet e tërheqjes që rezultojnë nga numri i përplasjeve nuk janë gjithmonë konstante, veçanërisht në temperatura shumë të ulëta (fenomeni i superpërçueshmërisë).
Grafiku i temperaturës së rezistencës
Rezistenca e një përcjellësi në çdo temperaturë të caktuar mund të llogaritet nga vlera e temperaturës dhe koeficienti i tij i temperaturës së rezistencës.
R=Rref(1+ α (T- Tref)), ku:
- R - rezistencë;
- Rref - rezistencë në temperaturën e referencës;
- α- koeficienti i temperaturës së rezistencës së materialit;
- Tref është temperatura referencë për të cilën është specifikuar koeficienti i temperaturës.
Koeficienti i rezistencës së temperaturës, zakonisht i standardizuar në një temperaturë prej 20 °C. Prandaj, ekuacioni i përdorur zakonisht në një kuptim praktik është:
R=R20(1+ α20 (T- T20)), ku:
- R20=rezistencë në 20°C;
- α20 - koeficienti i rezistencës së temperaturës në 20 °C;
- T20- temperatura e barabartë me 20 °C.
Rezistenca e materialeve në temperaturën e dhomës
Tabela e rezistencës më poshtë përmban shumë nga substancat që përdoren zakonisht në inxhinierinë elektrike, duke përfshirë bakrin, aluminin, arin dhe argjendin. Këto veti janë veçanërisht të rëndësishme sepse ato përcaktojnë nëse një substancë mund të përdoret në një gamë të gjerë komponentësh elektrikë dhe elektronikë nga telat deri te pajisjet më komplekse si rezistorët, potenciometrat dhe më shumë.
| Tabela e rezistencës së materialeve të ndryshme në temperaturën e jashtme 20°C | |
| Materiale | Rezistencë OM në 20°C |
| Alumin | 2, 8 x 10 -8 |
| Antimoni | 3, 9 × 10 -7 |
| Bismut | 1, 3 x 10 -6 |
| Tunxh | ~ 0,6 - 0,9 × 10 -7 |
| Kadmium | 6 x 10 -8 |
| Kob alt | 5, 6 × 10 -8 |
| Bakër | 1, 7 × 10 -8 |
| Ar | 2, 4 x 10 -8 |
| Karbon (grafit) | 1 x 10 -5 |
| Gjermanium | 4,6 x 10 -1 |
| Hekur | 1,0 x 10 -7 |
| Lead | 1, 9 × 10 -7 |
| Nicrome | 1, 1 × 10 -6 |
| Nikeli | 7 x 10 -8 |
| Palladium | 1,0 x 10 -7 |
| Platin | 0, 98 × 10 -7 |
| Kuarc | 7 x 10 17 |
| Silicon | 6, 4 × 10 2 |
| Argjend | 1, 6 × 10 -8 |
| Tantali | 1, 3 x 10 -7 |
| Tungsten | 4, 9 x 10 -8 |
| Zink | 5, 5 x 10 -8 |
Krahasimi i përçueshmërisë së bakrit dhe aluminit
Përçuesit përbëhen nga materiale që përçojnë elektricitetin. Metalet jomagnetike konsiderohen përgjithësisht përçues idealë të elektricitetit. Përçues të ndryshëm metalikë përdoren në industrinë e telave dhe kabllove, por bakri dhe alumini janë më të zakonshmet. Përçuesit kanë veti të ndryshme si përçueshmëria, forca në tërheqje, pesha dhe ndikimi mjedisor.
Rezistenca e një përcjellësi bakri përdoret shumë më shpesh në prodhimin e kabllove sesa alumini. Pothuajse të gjitha kabllot elektronike janë prej bakri, siç janë pajisjet dhe pajisjet e tjera që përdorin përçueshmëri të lartë të bakrit. Përçuesit e bakrit përdoren gjithashtu gjerësisht në sistemet e shpërndarjes dheprodhimi i energjisë elektrike, industria e automobilave. Për të kursyer peshën dhe koston, kompanitë e transmetimit po përdorin alumin në linjat e energjisë elektrike.
Alumini përdoret në industri ku lehtësia e tij është e rëndësishme, si ndërtimi i avionëve, dhe pritet të rritet përdorimi i tij në industrinë e automobilave në të ardhmen. Për kabllot e fuqisë më të lartë, teli alumini i veshur me bakër përdoret për të përfituar nga rezistenca e bakrit, duke fituar kursime të konsiderueshme të peshës strukturore nga alumini i lehtë.
përçues bakri
Bakri është një nga materialet më të vjetra të njohura. lakueshmëria dhe përçueshmëria elektrike e tij u shfrytëzuan nga eksperimentuesit e hershëm elektrikë si Ben Franklin dhe Michael Faraday. R e ulët e materialeve të bakrit ka bërë që ai të pranohet si përçuesi kryesor i përdorur në shpikje si telegrafi, telefoni dhe motori elektrik. Bakri është metali më i zakonshëm përçues. Në vitin 1913, standardi ndërkombëtar për ndezjen e bakrit (IACS) u miratua për të krahasuar përçueshmërinë e metaleve të tjerë me bakrin.
Sipas këtij standardi, bakri i pastruar komercialisht i pastër ka një përçueshmëri prej 100% IACS. Rezistenca e materialeve krahasohet me standardin. Bakri i pastër tregtar i prodhuar sot mund të ketë vlera më të larta IACS pasi teknologjia e përpunimit ka avancuar ndjeshëm me kalimin e kohës. Përveç përçueshmërisë së shkëlqyer të bakrit, metali ka rezistencë të lartë në tërheqje, përçueshmëri termike dhe zgjerim termik. Teli bakri i pjekur i përdorur për qëllime elektrike plotëson të gjitha kërkesat e standardit.
përçues alumini
Përkundër faktit se bakri ka një histori të gjatë si material për prodhimin e energjisë, alumini ka disa avantazhe që e bëjnë atë tërheqës për aplikime specifike, dhe rezistenca e tij aktuale lejon që ai të përdoret shumë herë. Alumini ka 61% të përcjellshmërisë së bakrit dhe vetëm 30% të peshës së bakrit. Kjo do të thotë se një tel alumini peshon gjysmën e një teli bakri me të njëjtën rezistencë elektrike.
Alumini ka tendencë të jetë më i lirë në krahasim me bërthamën e bakrit. Përçuesit e aluminit përbëhen nga lidhje të ndryshme, kanë një përmbajtje minimale alumini prej 99.5%. Në vitet 1960 dhe 1970, për shkak të çmimit të lartë të bakrit, kjo klasë alumini u përdor gjerësisht për instalimet elektrike shtëpiake.
Për shkak të mjeshtërisë së dobët në lidhjet dhe dallimeve fizike midis aluminit dhe bakrit, pajisjet dhe telat e bëra në bazë të lidhjeve të tyre u bënë të rrezikshme nga zjarri në kontaktet bakër-alumin. Për të kundërshtuar procesin negativ, lidhjet e aluminit janë zhvilluar me veti zvarritëse dhe zgjatuese më të ngjashme me bakrin. Këto lidhje përdoren për të prodhuar tela alumini të bllokuar, rezistenca aktuale e të cilave është e pranueshme për përdorim masiv, duke përmbushur kërkesat e sigurisë për rrjetet elektrike.
Nëse alumini përdoret në vende ku bakri është përdorur më parë,për të mbajtur rrjetin të barabartë, duhet të përdorni një tel alumini dyfishin e madhësisë së telit të bakrit.
Zbatimi i përçueshmërisë elektrike të materialeve
Shumë nga materialet që gjenden në tabelën e rezistencës përdoren gjerësisht në elektronikë. Alumini dhe veçanërisht bakri përdoren për shkak të nivelit të ulët të rezistencës. Shumica e telave dhe kabllove që përdoren sot për lidhjet elektrike janë prej bakri, sepse siguron një nivel të ulët të ρ, dhe janë të përballueshme. Përçueshmëria e mirë e arit, pavarësisht çmimit, përdoret edhe në disa instrumente shumë precize.
Vartimi me ar shpesh gjendet në lidhjet e tensionit të ulët me cilësi të lartë, ku qëllimi është të sigurojë rezistencën më të ulët të kontaktit. Argjendi nuk përdoret gjerësisht në inxhinierinë elektrike industriale pasi oksidohet shpejt dhe kjo çon në rezistencë të lartë kontakti. Në disa raste, oksidi mund të veprojë si ndreqës. Rezistenca e tantalit përdoret në kondensatorë, nikel dhe paladium në lidhjet fundore për shumë komponentë të montimit në sipërfaqe. Kuarci gjen përdorimin e tij kryesor si një element rezonant piezoelektrik. Kristalet e kuarcit përdoren si elementë frekuence në shumë oshilatorë, ku vlera e lartë e tij bën të mundur krijimin e qarqeve të besueshme të frekuencës.
