Зэсийг хөнгөн цагаанаас хүнд металл гэж хэлэхэд тэд нягтыг нь харьцуулдаг. Үүний нэгэн адил, зэсийг хөнгөн цагаанаас илүү сайн дамжуулагч гэж хэлэхэд тэдгээрийн эсэргүүцлийг (ρ) харьцуулж үздэг бөгөөд утга нь тодорхой дээжийн хэмжээ, хэлбэрээс хамаардаггүй - зөвхөн материалаас хамаарна.
Онолын үндэслэл
Эсэргүүцэл гэдэг нь өгөгдсөн хэмжээний материалын цахилгаан дамжуулалтыг эсэргүүцэх хэмжүүр юм. Үүний эсрэг тал нь цахилгаан дамжуулах чанар юм. Металл нь сайн цахилгаан дамжуулагч (өндөр дамжуулалт ба бага ρ утга), харин металл бус нь ерөнхийдөө муу дамжуулагч (бага дамжуулалт, өндөр ρ утга).
Илүү танил болсон дулааны цахилгаан эсэргүүцэл нь тухайн материал цахилгаан гүйдэл дамжуулахад хэр хэцүү байдгийг хэмждэг. Энэ нь тухайн хэсгийн хэмжээнээс шалтгаална: урт буюу нарийхан материалын хувьд эсэргүүцэл өндөр байдаг. Үр нөлөөг арилгахын тулдэсэргүүцлийн хэмжээ, утасны эсэргүүцлийг ашигладаг - энэ нь хэмжээнээс хамаардаггүй материаллаг шинж чанар юм. Ихэнх материалын хувьд эсэргүүцэл нь температурын дагуу нэмэгддэг. Үл хамаарах зүйл нь хагас дамжуулагч (цахиур гэх мэт) бөгөөд температур нэмэгдэх тусам буурдаг.
Материалын дулаан дамжуулах хялбар байдлыг дулаан дамжуулалтаар хэмждэг. Эхний тооцоогоор сайн цахилгаан дамжуулагч нь бас сайн дулаан дамжуулагч юм. Эсэргүүцлийг r тэмдгээр илэрхийлдэг бөгөөд түүний нэгж нь омметр юм. Цэвэр зэсийн эсэргүүцэл нь 1.7×10 -8 Ом. Энэ бол маш бага тоо - 0,000,000,017 Ом бөгөөд энэ нь нэг шоо метр зэс бараг эсэргүүцэлгүй болохыг харуулж байна. Эсэргүүцэл (ohmmeter эсвэл Ωm) бага байх тусам материалыг утаснуудад илүү сайн ашигладаг. Эсэргүүцэл нь дамжуулалтын нөгөө тал юм.
Материалын ангилал
Материалын эсэргүүцлийн утгыг ихэвчлэн дамжуулагч, хагас дамжуулагч, тусгаарлагч гэж ангилахад ашигладаг. Хатуу элементүүдийг элементүүдийн үелэх системд "статик эсэргүүцэл"-ээр нь тусгаарлагч, хагас дамжуулагч, дамжуулагч гэж ангилдаг. Тусгаарлагч, хагас дамжуулагч эсвэл дамжуулагч материалын эсэргүүцэл нь цахилгааны хэрэглээний гол шинж чанар юм.
Хүснэгтэнд ρ, σ болон температурын коэффициентийн зарим өгөгдлийг харуулав. Металлын эсэргүүцлийн хувьдтемператур нэмэгдэх тусам нэмэгддэг. Хагас дамжуулагч болон олон тусгаарлагчийн хувьд эсрэгээрээ.
| Материал | ρ (Ωм) 20°C | σ (S/m) 20°C | Температурын коэффициент (1/°C) x10 ^ -3 |
| Мөнгөн |
1, 59 × 10 -8 |
6, 30 × 10 7 | 3, 8 |
| Зэс | 1, 68 × 10 -8 | 5, 96 × 10 7 | 3, 9 |
| Алт | 2, 44 × 10 -8 | 4, 10 × 10 7 | 3, 4 |
| Хөнгөн цагаан | 2, 82 × 10 -8 | 3, 5 × 10 7 | 3, 9 |
| Вольфрам | 5, 60 × 10 -8 | 1, 79 × 10 7 | 4.5 |
| Цайр | 5, 90 × 10 -8 | 1, 69 × 10 7 | 3, 7 |
| Никель | 6, 99 × 10 -8 | 1, 43 × 10 7 | 6 |
| Лити | 9, 28 × 10 -8 | 1.08 × 10 7 | 6 |
| Төмөр | 1, 0 × 10 -7 | 1, 00 × 10 7 | 5 |
| Платинум | 1, 06 × 10 -7 | 9, 43 × 10 6 | 3, 9 |
| Тэргүүлэх |
2, 2 × 10 -7 |
4, 55 × 10 6 | 3, 9 |
| Константан | 4, 9 × 10 -7 | 2.04 × 10 6 | 0, 008 |
| Мөнгөн ус | 9, 8 × 10 -7 | 1, 02 × 10 6 | 0.9 |
| Никром | 1.10 × 10 -6 | 9, 09 × 10 5 | 0, 4 |
| Нүүрстөрөгч (аморф) | 5 × 10 -4 - 8 × 10 -4 | 1, 25-2 × 10 3 | -0, 5 |
Эсэргүүцлийн тооцоо
Өгөгдсөн температурын хувьд бид объектын цахилгаан эсэргүүцлийг омоор тооцоолох боломжтой.
Энэ томъёонд:
- R - объектын эсэргүүцэл, омоор;
- ρ - объектыг хийсэн материалын эсэргүүцэл (тодорхой);
- L - объектын урт метрээр;
- А-хөндлөн огтлолобъектын хэсэг, метр квадратаар.
Эсэргүүцэл нь тодорхой тооны омметртэй тэнцүү байна. Хэдийгээр SI-ийн ρ нэгж нь ихэвчлэн омметр байдаг ч заримдаа нэгж нь см тутамд ом байдаг.
Материалын эсэргүүцлийг түүн дээрх цахилгаан орны хэмжээгээр тодорхойлдог бөгөөд энэ нь тодорхой гүйдлийн нягтыг өгдөг.
ρ=E/ J энд:
- ρ - омметрт;
- E - метр тутамд вольтоор илэрхийлсэн цахилгаан талбайн хэмжээ;
- J - м2 тутамд ампераар илэрхийлсэн гүйдлийн нягтын утга.
Эсэргүүцлийг хэрхэн тодорхойлох вэ? Олон тооны резистор ба дамжуулагч нь цахилгаан гүйдлийн жигд урсгалтай жигд хөндлөн огтлолтой байдаг. Тиймээс илүү тодорхой боловч илүү өргөн хэрэглэгддэг тэгшитгэл бий.
ρ=RА/ J, энд:
- R - Ом-оор хэмжсэн нэгэн төрлийн материалын дээжийн эсэргүүцэл;
- l - материалын урт, метрээр хэмжсэн, м;
- A - дээжийн хөндлөн огтлолын талбай, метр квадратаар хэмжсэн, м2.
Материалын эсэргүүцлийн үндэс
Материалын цахилгаан эсэргүүцлийг мөн цахилгаан эсэргүүцэл гэж нэрлэдэг. Энэ нь материал нь цахилгаан гүйдлийн урсгалыг хэр хүчтэй эсэргүүцэж байгааг харуулсан хэмжүүр юм. Тодорхой материалын өгөгдсөн температурт нэгж урт ба хөндлөн огтлолын нэгжийн эсэргүүцлийг хуваах замаар тодорхойлж болно.
Энэ нь бага ρ нь амархан зөвшөөрөгдөх материалыг илтгэнэ гэсэн үгэлектронуудыг хөдөлгөх. Үүний эсрэгээр, өндөр ρ бүхий материал нь өндөр эсэргүүцэлтэй байх бөгөөд электронуудын урсгалд саад болно. Зэс, хөнгөн цагаан зэрэг элементүүд нь бага ρ түвшингээрээ алдартай. Ялангуяа мөнгө, алт маш бага ρ утгатай боловч тодорхой шалтгааны улмаас тэдгээрийн хэрэглээ хязгаарлагдмал.
Эсэргүүцэх бүс
Материалыг ρ утгаас нь хамааруулан өөр өөр ангилалд оруулдаг. Доорх хүснэгтэд хураангуйг харуулав.
Хагас дамжуулагчийн дамжуулалтын түвшин нь допингийн түвшингээс хамаарна. Допинггүй бол тэдгээр нь электролитийн хувьд бараг л тусгаарлагч шиг харагддаг. Материалын ρ түвшин харилцан адилгүй байна.
| Тоног төхөөрөмжийн ангилал, материалын төрөл | Хамгийн түгээмэл материалын эсэргүүцлийн талбай ρ |
| Электролит | Хувьсагч |
| Тусгаарлагч | ~ 10 ^ 16 |
| Металл | ~ 10 ^ -8 |
| Хагас дамжуулагч | Хувьсагч |
| Супер дамжуулагч | 0 |
Эсэргүүцлийн температурын коэффициент
Ихэнх тохиолдолд температурын дагуу эсэргүүцэл нэмэгддэг. Үүний үр дүнд эсэргүүцлийн температурын хамаарлыг ойлгох шаардлагатай байна. Дамжуулагч дахь эсэргүүцлийн температурын коэффициентийн шалтгааныг зөвтгөж болнозөн совингоор. Материалын эсэргүүцэл нь хэд хэдэн үзэгдлээс хамаардаг. Эдгээрийн нэг нь материал дахь цэнэг зөөгч ба атомуудын хоорондох мөргөлдөөний тоо юм. Мөргөлдөөний тоо нэмэгдэхийн хэрээр дамжуулагчийн эсэргүүцэл температур нэмэгдэх тусам нэмэгдэнэ.
Энэ нь үргэлж тийм байдаггүй байж болох бөгөөд энэ нь температур нэмэгдэхийн хэрээр нэмэлт цэнэг тээгч ялгарч, материалын эсэргүүцэл буурахад хүргэдэгтэй холбоотой юм. Энэ нөлөө нь ихэвчлэн хагас дамжуулагч материалд ажиглагддаг.
Эсэргүүцлийн температурын хамаарлыг авч үзэхдээ эсэргүүцлийн температурын коэффициент нь шугаман хуулийг дагаж мөрддөг гэж ихэвчлэн үздэг. Энэ нь өрөөний температур, металл болон бусад олон материалд хамаарна. Гэсэн хэдий ч мөргөлдөөний тооноос үүдэлтэй чирэх нөлөө үргэлж тогтмол байдаггүй нь тогтоогдсон, ялангуяа маш бага температурт (хэт дамжуулагчийн үзэгдэл).
Эсэргүүцлийн температурын график
Өгөгдсөн температур дахь дамжуулагчийн эсэргүүцлийг температурын утга ба эсэргүүцлийн температурын коэффициентээр тооцоолж болно.
R=Rref(1+ α (T- Tref)), энд:
- R - эсэргүүцэл;
- Rref - жишиг температурын эсэргүүцэл;
- α- материалын эсэргүүцлийн температурын коэффициент;
- Tref нь температурын коэффициентийг тодорхойлсон жишиг температур юм.
Эсэргүүцлийн температурын коэффициент, ихэвчлэн 20 °C температурт стандартчилагдсан. Үүний дагуу практик утгаар түгээмэл хэрэглэгддэг тэгшитгэл нь:
R=R20(1+ α20 (T- T20)), энд:
- R20=20°C-ийн эсэргүүцэл;
- α20 - 20 °C дахь эсэргүүцлийн температурын коэффициент;
- T20- температур 20 °C-тай тэнцүү.
Тасалгааны температурт материалын эсэргүүцэл
Доорх эсэргүүцлийн хүснэгтэд зэс, хөнгөн цагаан, алт, мөнгө зэрэг цахилгаан инженерчлэлд түгээмэл хэрэглэгддэг олон бодис агуулагдаж байна. Эдгээр шинж чанарууд нь тухайн бодисыг утаснаас эхлээд резистор, потенциометр гэх мэт нарийн төвөгтэй төхөөрөмж хүртэл өргөн хүрээний цахилгаан болон электрон эд ангиудад ашиглах боломжтой эсэхийг тодорхойлдог учраас онцгой чухал юм.
| Гадна температурын 20°C-д янз бүрийн материалын эсэргүүцлийн хүснэгт | |
| Материал | 20°C-д OM эсэргүүцэл |
| Хөнгөн цагаан | 2, 8 x 10 -8 |
| сурьма | 3, 9 × 10 -7 |
| Висмут | 1, 3 x 10 -6 |
| Гулин | ~ 0.6 - 0.9 × 10 -7 |
| Кадми | 6 x 10 -8 |
| Кобальт | 5, 6 × 10 -8 |
| Зэс | 1, 7 × 10 -8 |
| Алт | 2, 4 x 10 -8 |
| Нүүрстөрөгч (бал чулуу) | 1 x 10 -5 |
| Герман | 4.6 x 10 -1 |
| Төмөр | 1.0 x 10 -7 |
| Тэргүүлэх | 1, 9 × 10 -7 |
| Никром | 1, 1 × 10 -6 |
| Никель | 7 x 10 -8 |
| Палладин | 1.0 x 10 -7 |
| Платинум | 0, 98 × 10 -7 |
| Кварц | 7 x 10 17 |
| Цахиур | 6, 4 × 10 2 |
| Мөнгөн | 1, 6 × 10 -8 |
| Тантал | 1, 3 x 10 -7 |
| Вольфрам | 4, 9 x 10 -8 |
| Цайр | 5, 5 x 10 -8 |
Зэс ба хөнгөн цагааны дамжуулах чадварыг харьцуулах
Дамжуулагч нь цахилгаан гүйдэл дамжуулдаг материалаас бүрддэг. Соронзон бус металлыг ерөнхийдөө цахилгаан гүйдлийн хамгийн тохиромжтой дамжуулагч гэж үздэг. Утас, кабелийн үйлдвэрлэлд янз бүрийн металл дамжуулагчийг ашигладаг боловч хамгийн түгээмэл нь зэс, хөнгөн цагаан юм. Дамжуулагч нь цахилгаан дамжуулах чанар, суналтын бат бэх, жин, байгаль орчинд үзүүлэх нөлөө зэрэг өөр өөр шинж чанартай байдаг.
Зэс дамжуулагчийн эсэргүүцлийг кабелийн үйлдвэрлэлд хөнгөн цагаанаас хамаагүй илүү ашигладаг. Бараг бүх электрон кабель нь зэсийн өндөр дамжуулалтыг ашигладаг бусад төхөөрөмж, тоног төхөөрөмжтэй адил зэсээр хийгдсэн байдаг. Зэс дамжуулагчийг түгээлтийн системд мөн өргөн ашигладагэрчим хүч үйлдвэрлэх, автомашины үйлдвэрлэл. Жин, зардлыг хэмнэхийн тулд дамжуулах компаниуд цахилгаан дамжуулах агаарын шугамд хөнгөн цагаан ашиглаж байна.
Хөнгөн цагааныг хөнгөн чанар нь чухал ач холбогдолтой үйлдвэрүүд, тухайлбал нисэх онгоцны үйлдвэрлэлд ашигладаг бөгөөд ирээдүйд автомашины үйлдвэрлэлд хэрэглээгээ нэмэгдүүлэх төлөвтэй байна. Өндөр хүчдэлийн кабелийн хувьд зэсээр бүрсэн хөнгөн цагаан утсыг зэсийн эсэргүүцлийн давуу талыг ашиглахын тулд хөнгөн хөнгөн цагаанаас бүтцийн жинг ихээхэн хэмнэдэг.
Зэс дамжуулагч
Зэс бол мэдэгдэж байгаа хамгийн эртний материалын нэг юм. Түүний уян хатан чанар, цахилгаан дамжуулах чанарыг Бен Франклин, Майкл Фарадей зэрэг цахилгааны анхны туршилтчид ашигласан. Зэсийн материалын бага ρ нь түүнийг телеграф, утас, цахилгаан мотор зэрэг шинэ бүтээлүүдэд ашигладаг гол дамжуулагч гэж хүлээн зөвшөөрөхөд хүргэсэн. Зэс бол хамгийн түгээмэл дамжуулагч металл юм. 1913 онд бусад металлын цахилгаан дамжуулах чанарыг зэстэй харьцуулах зорилгоор Зэсийн гал асаах олон улсын стандартыг (IACS) баталсан.
Энэ стандартын дагуу цэвэршүүлсэн зэс нь 100% IACS дамжуулалттай байдаг. Материалын эсэргүүцлийг стандарттай харьцуулж үздэг. Өнөөдөр үйлдвэрлэсэн цэвэр зэс нь цаг хугацааны явцад боловсруулалтын технологи ихээхэн хөгжсөн тул IACS-ийн үнэ цэнэ өндөр байж магадгүй юм. Зэсийн маш сайн дамжуулалтаас гадна метал нь өндөр суналтын бат бэх, дулаан дамжуулалт, дулааны тэлэлттэй байдаг. Цахилгааны зориулалтаар ашиглаж буй зөөлрүүлсэн зэс утас нь стандартын бүх шаардлагыг хангасан.
Хөнгөн цагаан дамжуулагч
Зэс нь эрчим хүч үйлдвэрлэх материалын хувьд урт удаан түүхтэй хэдий ч хөнгөн цагаан нь тодорхой хэрэглээнд тааламжтай болгодог тодорхой давуу талуудтай бөгөөд одоогийн эсэргүүцэл нь түүнийг олон дахин ашиглах боломжийг олгодог. Хөнгөн цагаан нь зэсийн дамжуулалтын 61%, зэсийн жингийн 30% л байдаг. Энэ нь хөнгөн цагаан утас нь ижил цахилгаан эсэргүүцэлтэй зэс утаснаас хагас дахин жинтэй гэсэн үг.
Хөнгөн цагаан нь зэс голтой харьцуулахад хямд байдаг. Хөнгөн цагаан дамжуулагч нь янз бүрийн хайлшаас бүрдэх бөгөөд хамгийн багадаа хөнгөн цагааны агууламж 99.5% байна. 1960-1970-аад онд зэсийн үнэ өндөр байсан тул энэ төрлийн хөнгөн цагааныг гэр ахуйн цахилгааны утаснуудад өргөнөөр ашиглах болсон.
Хөнгөн цагаан ба зэсийн холболтын хийц муу, физикийн ялгаа зэргээс шалтгаалан тэдгээрийн холболтын үндсэн дээр хийсэн төхөөрөмж, утаснууд нь зэс-хөнгөн цагааны контактуудад галын аюултай болсон. Сөрөг үйл явцыг эсэргүүцэхийн тулд хөнгөн цагааны хайлшийг зэстэй илүү төстэй мөлхөгч ба суналтын шинж чанартай боловсруулсан. Эдгээр хайлшийг цахилгаан сүлжээний аюулгүй байдлын шаардлагыг хангасан, гүйдлийн эсэргүүцлийг бөөнөөр нь ашиглах боломжтой, судалтай хөнгөн цагаан утас үйлдвэрлэхэд ашигладаг.
Хэрэв өмнө нь зэс хэрэглэж байсан газруудад хөнгөн цагаан хэрэглэсэн бол,сүлжээг тэнцүү байлгахын тулд зэс утаснаас хоёр дахин том хөнгөн цагаан утас ашиглах шаардлагатай.
Материалын цахилгаан дамжуулах чанарыг ашиглах
Өөршлийн эсэргүүцлийн хүснэгтэд олдсон олон материалыг электроникийн салбарт өргөн ашигладаг. Хөнгөн цагаан, ялангуяа зэсийг бага эсэргүүцэлтэй тул ашигладаг. Өнөөдөр цахилгааны холболтод ашигладаг утас, кабелийн ихэнх нь зэсээр хийгдсэн байдаг, учир нь энэ нь бага түвшний ρ-ийг хангадаг бөгөөд боломжийн үнэтэй байдаг. Үнийн хувьд хэдийгээр алтны сайн дамжуулалт нь маш нарийн багаж хэрэгсэлд ашиглагддаг.
Алтаар бүрсэн өнгөлгөө нь ихэвчлэн өндөр чанарын нам хүчдэлийн холболтууд дээр байдаг бөгөөд гол зорилго нь контактын эсэргүүцлийг хамгийн бага байлгах явдал юм. Мөнгө нь хурдан исэлддэг тул өндөр контакттай эсэргүүцэл үүсгэдэг тул үйлдвэрлэлийн цахилгаан инженерчлэлд өргөн хэрэглэгддэггүй. Зарим тохиолдолд исэл нь шулуутгагчийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Танталын эсэргүүцлийг конденсатор, никель, палладий зэрэгт ашигладаг бөгөөд гадаргууд холбох олон бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн төгсгөлийн холболтод ашигладаг. Кварц нь пьезоэлектрик резонансын элемент болгон үндсэн хэрэглээгээ олдог. Кварцын талстыг олон осцилляторын давтамжийн элемент болгон ашигладаг бөгөөд түүний өндөр үнэ цэнэ нь найдвартай давтамжийн хэлхээ үүсгэх боломжтой болгодог.
