Питомий електричний опір є фізичною величиною, яка показує, якою мірою матеріал може чинити опір проходженню через нього. електричного струму. Деякі люди можуть переплутати цю характеристикузі звичайним електричним опором. Незважаючи на схожість понять, різниця між ними полягає в тому, що питоме стосується речовин, а другий термін відноситься виключно до провідників і залежить від матеріалу виготовлення.

Зворотною величиною цього матеріалу є питома електрична провідність. Що цей параметр, то краще проходить струм по речовині. Відповідно, що вищий опір, то більше втрат передбачається на виході.

Формула розрахунку та величина виміру

Розглядаючи, у чому вимірюється питомий електричний опір, також можна простежити зв'язок з не питомим, оскільки позначення параметра використовуються одиниці Ом·м. Сама величина позначається як? З таким значенням можна визначати опір речовини у конкретному випадку, виходячи з її розмірів. Ця одиниця виміру відповідає системі СІ, але можуть траплятися й інші варіанти. У техніці періодично можна побачити застарілу позначку Ом·мм 2 /м. Для переведення з цієї системи до міжнародного не потрібно використовувати складні формули, оскільки 1 Ом·мм 2 /м дорівнює 10 -6 Ом·м.

Формула питомого електричного опору виглядає так:

R= (ρ·l)/S, де:

• R – опір провідника;
• Ρ – питомий опір матеріал;
• l - Довжина провідника;
• S – переріз провідника.

Залежність від температури

Питомий електричний опір залежить від температури. Але всі групи речовин виявляють себе по-різному за її зміни. Це необхідно враховувати при розрахунку проводів, які працюватимуть у певних умовах. Наприклад, на вулиці, де значення температури залежать від пори року, необхідні матеріализ меншою схильністю до змін в діапазоні від -30 до +30 градусів Цельсія. Якщо ж планується застосування в техніці, яка працюватиме в тих самих умовах, то тут також потрібно оптимізувати проводку під конкретні параметри. Матеріал завжди підбирається з урахуванням експлуатації.

У номінальній таблиці питомий електричний опір береться за температури 0 градусів Цельсія. Підвищення показників даного параметра при нагріванні матеріалу зумовлено тим, що інтенсивність пересування атомів речовини починає зростати. Носії електричних зарядів хаотично розсіюються у всіх напрямках, що призводить до створення перешкод при пересуванні частинок. Розмір електричного потоку знижується.

При зменшенні температури умови проходження струму стають кращими. При досягненні певної температури, яка для кожного металу буде відрізнятися, з'являється надпровідність, при якій характеристика, що розглядається, майже досягає нуля.

Відмінності в параметрах часом досягають дуже значних значень. Ті матеріали, які мають високі показники, можуть використовувати як ізолятори. Вони допомагають захищати проводку від замикання та ненавмисного контакту з людиною. Деякі речовини взагалі не застосовуються для електротехніки, якщо вони мають високе значення цього параметра. Цьому можуть заважати інші властивості. Наприклад, питома електрична провідність води не матиме великого значеннядля цієї сфери. Тут наведено значення деяких речовин із високими показниками.

Більше активно в електротехніці застосовуються речовини з низькими показниками. Найчастіше це метали, які є провідниками. Вони також спостерігається багато відмінностей. Щоб дізнатися питомий електричний опір міді чи інших матеріалів, варто переглянути довідкову таблицю.

Питомий об'ємний електричний опір

Цей параметр характеризує можливість пропускати струм через об'єм речовини. Для вимірювання необхідно додати потенціал напруги з різних сторін матеріалу, виріб з якого буде включено в електричний ланцюг. На нього подається струм із номінальними параметрами. Після проходження вимірюються дані на виході.

Використання в електротехніці

Зміна параметра за різних температур широко застосовується в електротехніці. Найбільш простим прикладомє лампа розжарювання, де використовується ніхромова нитка. При нагріванні вона починає світитись. При проходженні струму вона починає нагріватися. Зі зростанням нагріву зростає і опір. Відповідно, обмежується початковий струм, який був потрібен для отримання освітлення. Ніхромова спіраль, використовуючи той самий принцип, може стати регулятором різних апаратах.

Широке застосування торкнулося і благородних металів, які мають відповідними характеристикамидля електротехніки. Для відповідальних схем, яким потрібна швидкодія, підбираються срібні контакти. Вони мають високу вартість, але з урахуванням відносно невеликої кількості матеріалів їх застосування цілком виправдане. Мідь поступається сріблу за провідністю, але має більш доступну ціну, завдяки чому її частіше використовують для створення проводів.

У разі, де можна використовувати гранично низькі температури, застосовуються надпровідники. Для кімнатної температури та вуличної експлуатації вони не завжди доречні, тому що при підвищенні температури їхня провідність почне падати, тому для таких умов лідерами залишаються алюміній, мідь та срібло.

Насправді враховується багато параметрів і це одна із найважливіших. Усі розрахунки проводяться ще стадії проектування, навіщо використовуються довідкові матеріали.

Ми знаємо, що причиною електричного опору провідника є взаємодія електронів з іонами кристалічних ґрат металу (§ 43). Тому можна припустити, що опір провідника залежить від його довжини та площі поперечного перерізу, а також від речовини, з якої він виготовлений.

На малюнку 74 зображено установку для проведення такого досвіду. У ланцюг джерела струму по черзі включають різні провідники, наприклад:

1. нікелінові дроти однакової товщини, але різної довжини;
2. нікелінові дроти однакової довжини, але різної товщини (різної площі поперечного перерізу);
3. нікеліновий і ніхромовий дроти однакової довжини і товщини.

Силу струму в ланцюзі вимірюють амперметром, напруга – вольтметром.

Знаючи напругу кінцях провідника і силу струму у ньому, за законом Ома можна визначити опір кожного з провідників.

Рис. 74. Залежність опору провідника від його розмірів та роду речовини

Виконавши зазначені досліди, ми встановимо, що:

1. з двох нікелінових дротів однакової товщини більш довгий дріт має більший опір;
2. з двох нікелінових дротів однакової довжини більший опір має дріт, поперечний переріз якого менше;
3. нікелінова і ніхромова дроти однакових розмірів мають різний опір.

Залежність опору провідника від його розмірів та речовини, з якої виготовлений провідник, вперше на дослідах вивчив Ом. Він встановив, що опір прямо пропорційно довжині провідника, обернено пропорційно площі його поперечного перерізу і залежить від речовини провідника .

Як врахувати залежність опору від речовини, з якої виготовляють провідник? Для цього обчислюють так зване питомий опір речовини.

Питомий опір – це фізична величина, яка визначає опір провідника з даної речовини завдовжки 1 м, площею поперечного перерізу 1 м2.

Введемо літерні позначення: ρ - питомий опір провідника, I - довжина провідника, S - площа поперечного перерізу. Тоді опір провідника R виразиться формулою

З неї отримаємо, що:

З останньої формули можна визначити одиницю питомого опору. Оскільки одиницею опору є 1 Ом, одиницею площі поперечного перерізу – 1 м2, а одиницею довжини – 1 м, то одиницею питомого опору буде:

Зручніше виражати площу поперечного перерізу провідника в квадратних міліметрах, оскільки вона найчастіше буває невеликою. Тоді одиницею питомого опору буде:

У таблиці 8 наведено значення питомих опорів деяких речовин при 20 °З. Питомий опір із зміною температури змінюється. Досвідченим шляхом було встановлено, що метали, наприклад, питомий опір з підвищенням температури збільшується.

Таблиця 8. Питома електрична опір деяких речовин (при t = 20 °С)

З усіх металів найменший питомий опір мають срібло та мідь. Отже, срібло та мідь – найкращі провідники електрики.

При проведенні електричних ланцюгів використовують алюмінієві, мідні та залізні дроти.

У багатьох випадках бувають потрібні прилади, які мають великий опір. Їх виготовляють із спеціально створених сплавів - речовин із великим питомим опором. Наприклад, як видно з таблиці 8, сплав ніхром має питомий опір майже в 40 разів більше, ніж алюміній.

Порцеляна та ебоніт мають такий великий питомий опір, що майже зовсім не проводять електричний струм, їх використовують як ізолятори.

Запитання

1. Як залежить опір провідника від його довжини та від площі поперечного перерізу?
2. Як показати на досвіді залежність опору провідника від його довжини, площі поперечного перерізу та речовини, з якої він виготовлений?
3. Що називається питомим опором провідника?
4. За якою формулою можна розраховувати опір провідників?
5. яких одиницях виражається питомий опір провідника?
6. З яких речовин виготовляють провідники на практиці?

• провідники;
• діелектрики (з ізоляційними властивостями);
• напівпровідники.

Електрони та струм

В основі сучасного уявлення про електричний струм лежить припущення, що він складається з матеріальних частинок - зарядів. Але різні фізичні та хімічні дослідидають підстави стверджувати, що ці носії заряду можуть бути різного типу в тому самому провіднику. І це неоднорідність частинок впливає щільність струму. Для обчислень, що з параметрами електроструму, застосовуються певні фізичні величини. Серед них важливе місце займають провідність разом із опором.

• Провідність пов'язана з опором взаємної зворотної залежності.

Відомо, що при існуванні деякої напруги, прикладеної до електричного ланцюга, у ній з'являється електричний струм, величина якого пов'язана з провідністю цього ланцюга. Це фундаментальне відкриття зробив свого часу німецький фізик Георг Ом. З того часу в ході закон, званий законом Ома. Він існує для різних варіантівланцюгів. Тому формули для них можуть бути несхожими одна на одну, оскільки відповідають зовсім різним умовам.

У будь-якому електричному ланцюзі є провідник. Якщо в ньому знаходиться один тип частинок-носіїв заряду, струм у провіднику подібний до потоку рідини, який має певну щільність. Вона визначається за такою формулою:

Більшість металів відповідають однотипності заряджених частинок, завдяки яким існує електричний струм. Для металів обчислення питомої електричної провідності проводиться за такою формулою:

Оскільки можна обчислити провідність, визначити питомий електричний опір тепер не складе. Вище було згадано, що питомий опір провідника - це величина, зворотна провідності. Отже,

У цій формулі буква грецького алфавітуρ (ро) використовується для позначення питомого електричного опору. Таке позначення найчастіше використовується у технічній літературі. Однак можна зустріти і дещо інші формули, за допомогою яких обчислюється питомий опір провідників. Якщо для розрахунків застосовувати класичну теорію металів та електронну провідність у них, питомий опір обчислюється за такою формулою:

Однак є одне "але". На стан атомів у металевому провіднику впливає тривалість процесу іонізації, що здійснюється електричним полем. При одноразовому іонізуючому вплив на провідник атоми в ньому отримають одноразову іонізацію, яка створить баланс між концентрацією атомів та вільних електронів. І величини цих концентрацій вийдуть рівними. У цьому випадку мають місце такі залежності та формули:

Девіації питомих провідностей та опорів

Далі розглянемо, чого залежить питома провідність, пов'язана зворотної залежністю з питомим опором. Питомий опір речовини - це абстрактна фізична величина. Кожен провідник існує як конкретного зразка. Для нього характерна наявність різних домішок та дефектів внутрішньої структури. Вони враховуються як окремі доданки вирази, що визначає питомий опір відповідно до правила Маттіссена. Це правило також враховує розсіювання рухомого потоку електронів на вузлах, що коливаються в залежності від температури кристалічних ґратзразка.

Наявність внутрішніх дефектів, таких як вкраплення різних домішок та мікроскопічні порожнечі, також збільшує питомий опір. Для визначення кількості домішок у зразках питомий опір матеріалів вимірюється для двох значень температури зразкового матеріалу. Одна температурна величина – кімнатна, а інша відповідає рідкому гелію. По відношенню результату вимірювання при кімнатній температурі до результату при температурі рідкого гелію одержують коефіцієнт, який ілюструє структурну досконалість матеріалу та його хімічну чистоту. Коефіцієнт позначається літерою β.

Якщо як провідник електричного струму розглядається металевий сплав зі структурою твердого розчину, яка невпорядкована, величина залишкового питомого опору може бути істотно більшою за питому опору. Така особливість металевих сплавів із двох складових, що не належать до рідкісноземельних елементів, так само, як і до перехідних елементів, охоплюється спеціальним законом. Його називають законом Нордгейма.

Сучасні технології в електроніці дедалі більше прагнуть у бік мініатюризації. Причому настільки, що незабаром з'явиться слово "наносхема" замість мікросхеми. Провідники в таких пристроях настільки тонкі, що правильним називатиме їх плівками з металу. Цілком зрозуміло те, що плівковий зразок своїм питомим опором відрізнятиметься у більшу сторону від більшого провідника. Мінімальна товщина металу в плівці призводить до появи в ньому властивостей напівпровідників.

Починає проявлятися пропорційність товщини металу з вільним пробігом електронів у цьому матеріалі. Місця для руху електронів залишається мало. Тому вони починають заважати один одному рухатися впорядковано, що призводить до збільшення питомого опору. Для плівок з металу питомий опір розраховують за спеціальною формулою, одержаною на основі експериментів. Формула названа ім'ям Фукса – вченого, який вивчав питомий опір плівок.

Плівки - це дуже специфічні освіти, які складно повторити те щоб властивості кількох зразків були однаковими. Для прийнятної точності в оцінці плівок застосовують спеціальний параметр – питомий поверхневий опір.

З металевих плівок на підкладці мікросхем формуються резистори. Тому розрахунки питомого опору - це дуже затребуване завдання в мікроелектроніці. Величина питомого опору, очевидно, має вплив із боку температури пов'язана із нею залежністю прямої пропорційності. Для більшості металів ця залежність має деяку лінійну ділянку у певному температурному діапазоні. У такому разі питомий опір визначається формулою:

У металах електрострумів виникає через велику кількість вільних електронів, концентрація яких відносно велика. Причому електрони також визначають і велику теплопровідність металів. З цієї причини між питомою електричною провідністю та питомою теплопровідністю встановлений зв'язок особливим законом, який був обґрунтований експериментальним шляхом. Цей закон Відемана-Франца характерний такими формулами:

Привабливі перспективи надпровідності

Однак найдивовижніші процеси відбуваються при мінімальній технічно досяжній температурі рідкого гелію. За таких умов охолодження всі метали практично втрачають свій питомий опір. Проводи з міді, охолоджені до температури рідкого гелію, виявляються здатними проводити струми багаторазово більші порівняно із звичайними умовами. Якби на практиці таке стало можливим, економічний ефект вийшов би неоціненно більшим.

Ще більш дивним виявилося відкриття високотемпературних провідників. Ці різновиди кераміки за звичайних умов були дуже далекі за питомим опором від металів. Але при температурі приблизно на три десятки градусів вище рідкого гелію вони ставали надпровідниками. Відкриття такої поведінки неметалевих матеріалів стало сильним стимулом для досліджень. Через найбільші економічні наслідки практичного застосування надпровідності на цей напрямок були кинуті дуже значні фінансові ресурси, розпочалися масштабні дослідження.

Але поки що, як-то кажуть, «воз і нині там»... Керамічні матеріали виявилися непридатними для практичного застосування. Умови підтримки стану надпровідності вимагали таких великих витрат, що знищувалася вся вигода від її використання. Але експерименти із надпровідністю продовжуються. Прогрес очевидний. Вже отримана надпровідність при температурі 165 градусів Кельвіна, проте для цього потрібний високий тиск. Створення та підтримання таких особливих умовзнову ж таки заперечує комерційне використання цього технічного рішення.

Додаткові фактори впливу

В даний час все продовжує йти своїм шляхом, і для міді, алюмінію та деяких інших металів питомий опір продовжує забезпечувати їхнє промислове використання для виготовлення проводів та кабелів. Насамкінець варто додати ще трохи інформації про те, що не тільки питомий опір матеріалу провідника і температура довкіллявпливають на втрати у ньому під час проходження електроструму. Дуже значуща геометрія провідника при використанні його на підвищеній частоті напруги та при великий силіструму.

У умовах електрони прагнуть зосереджуватися поблизу поверхні дроту, та її товщина як провідника втрачає сенс. Тому можна виправдано зменшити у дроті кількість міді, виготовивши з неї лише зовнішню частину провідника. Ще одним фактором збільшення питомого опору провідника є деформація. Тому, незважаючи на високі показники деяких електропровідних матеріалів, у певних умовах вони можуть не виявитися. Потрібно правильно підбирати провідники для конкретних завдань. У цьому допоможуть таблиці, наведені далі.

Конвертер довжини та відстані Конвертер маси Конвертер мір об'єму сипких продуктів та продуктів харчування Конвертер площі Конвертер об'єму та одиниць вимірювання кулінарних рецептахКонвертер температури Конвертер тиску, механічної напруги, модуля Юнга Конвертер енергії та роботи Конвертер потужності Конвертер сили Конвертер часу Конвертер лінійної швидкості Плоский кут Конвертер теплової ефективності та паливної економічності Конвертер чисел у різних системах числення Конвертер одиниць вимірювання кількості інформації Курси валют Розміри жіночого одягу та взуття Розміри чоловічого одягу та взуття і частоти обертання Конвертер прискорення Конвертер кутового прискорення Конвертер щільності Конвертер питомого об'єму Конвертер моменту інерції Конвертер моменту сили Конвертер крутного моменту Конвертер питомої теплоти згоряння (за масою) Конвертер щільності енергії та питомої теплоти згоряння палива (за об'ємом) Конвертер термічного опору Конвертер питомої теплопровідності Конвертер питомої теплоємностіКонвертер енергетичної експозиції та потужності теплового випромінювання Конвертер щільності теплового потоку Конвертер коефіцієнта тепловіддачі Конвертер об'ємної витрати Конвертер масової витрати Конвертер молярної витрати Конвертер щільності потоку маси Конвертер молярної концентрації Конвертер масової концентрації в розчині Конвертер динамічної (абсолютної) паропроникності та швидкості перенесення пари Конвертер рівня звуку Конвертер чутливості мікрофонів Конвертер рівня звукового тиску (SPL) Конвертер рівня звукового тиску з можливістю вибору опорного тиску Конвертер яскравості Конвертер сили світла Конвертер освітленості Конвертер дозволу в комп'ютерної графікиКонвертер частоти та довжини хвилі Оптична сила в діоптріях та фокусна відстаньОптична сила в діоптріях і збільшення лінзи (×) Конвертер електричного заряду Конвертер лінійної щільності заряду Конвертер поверхневої щільності заряду електричного опору Конвертер електричної провідності Конвертер питомої електричної провідності Електрична ємність Конвертер індуктивності Конвертер Американського калібру проводів Рівні в dBm (дБм або дБмВт), dBV (дБВ), ватах та ін одиницях Конвертер магніторушійної сили магнітного поляКонвертер магнітного потоку Конвертер магнітної індукції Радіація. Конвертер потужності поглиненої дози іонізуючого випромінюванняРадіоактивність. Конвертер радіоактивного розпаду Радіація. Конвертер експозиційної дози. Конвертер поглиненої дози Конвертер десяткових приставок Передача даних Конвертер одиниць типографіки та обробки зображень Конвертер одиниць вимірювання об'єму лісоматеріалів Обчислення молярної маси Періодична система хімічних елементівД. І. Менделєєва

1 ом сантиметр [Ом · см] = 0,01 ом метр [Ом · м]

Вихідна величина

Перетворена величина

ом метром сантиметр ом дюйм мікроом сантиметр мікроом дюйм абом сантиметр статом на сантиметр круговий милим на фут ом кв. міліметр на метр

Докладніше про питомий електричний опір

Загальні відомості

Як тільки електрика залишила лабораторії вчених і стала широко впроваджуватися у практику повсякденному житті, постало питання пошуку матеріалів, що мають певними, часом абсолютно протилежними, характеристиками по відношенню до протікання через них електричного струму.

Наприклад, при передачі електричної енергії на дальня відстань, До матеріалу проводів пред'являлися вимоги мінімізації втрат через джоулева нагріву у поєднанні з малими ваговими характеристиками. Прикладом є всім знайомі високовольтні лінії електропередач, виконані з алюмінієвих проводів зі сталевим сердечником.

Або, навпаки, для створення компактних трубчастих електронагрівачів були потрібні матеріали з відносно високим електричним опором та високою термостійкістю. Найпростішим прикладом приладу, в якому застосовуються матеріали з подібними властивостями, може бути конфорка звичайної кухонної електроплити.

Від провідників, що використовуються в біології та медицині як електроди, зонди та щупи, потрібна висока хімічна стійкість і сумісність з біоматеріалами у поєднанні з малим контактним опором.

До розробки такого нині звичного всім приладу, як лампа розжарювання, свої зусилля доклала ціла плеяда винахідників різних країн: Англії, Росії, Німеччини, Угорщини та США Томас Едісон, провівши понад тисячу дослідів перевірки властивостей матеріалів, що підходять на роль ниток розжарення, створив лампу з платиновою спіраллю. Лампи Едісона, хоч і мали високий термін експлуатації, але не були практичними через високу вартість вихідного матеріалу.

Наступні роботи російського винахідника Лодигіна, який запропонував використовувати як матеріали нитки щодо дешеві тугоплавкі вольфрам і молібден з більш високим питомим опором, знайшли практичне застосування. До того ж, Лодигін запропонував відкачувати з балонів ламп розжарювання повітря, замінюючи його інертними чи благородними газами, що призвело до створення сучасних ламп розжарювання. Піонером масового виробництва доступних та довговічних електричних ламп стала компанія General Electric, якій Лодигін перепоступив права на свої патенти і надалі успішно працював у лабораторіях компанії довгий час.

Цей перелік можна продовжувати, оскільки допитливий людський розум настільки винахідливий, що для вирішення певної технічної завдання йому потрібні матеріали з небаченими досі властивостями або з неймовірними поєднаннями цих властивостей. Природа вже не встигає за нашими апетитами і вчені всіх країн світу включилися у гонку створення матеріалів, які не мають природних аналогів.

Однією з найважливіших характеристик як природних, і синтезованих матеріалів є питомий електричний опір. Прикладом електричного приладу, в якому в чистому вигляді застосовується ця властивість, може бути плавкий запобіжник, що захищає нашу електро- та електронну апаратуру від впливу струму, що перевищує допустимі значення.

При цьому слід зазначити, що саме саморобні замінники стандартних запобіжників, виконані без знань питомого опору матеріалу, часом спричиняють не тільки вигоряння різних елементів електричних схем, а й виникнення пожеж у будинках та загоряння проводки в автомобілях.

Те саме стосується і заміни запобіжників у силових мережах, коли замість запобіжника меншого номіналу встановлюється запобіжник з великим номіналом струму спрацьовування. Це призводить до перегріву електропроводки і навіть, як наслідок, виникнення пожеж із сумними наслідками. Особливо це притаманне каркасним будинкам.

Історична довідка

Поняття питомого електричного опір з'явилося завдяки працям відомого німецького фізика Георга Ома, який теоретично обґрунтував і в ході численних експериментів довів зв'язок між силою струму, електрорушійною силою батареї та опором всіх частин ланцюга, відкривши таким чином закон елементарного електричного ланцюга, названий потім його ім'ям. Ом досліджував залежність величини струму, що протікає, від величини прикладеної напруги, від довжини і форми матеріалу провідника, а також від роду матеріалу, що використовується як провідне середовище.

При цьому треба віддати належне роботам сера Гемфрі Деві, англійського хіміка, фізика та геолога, який першим встановив залежності електричного опору провідника від його довжини та площі поперечного перерізу, а також відзначив залежність електропровідності від температури.

Досліджуючи залежності протікання електричного струму від роду матеріалів, Ом виявив, що кожен доступний йому провідний матеріал мав деяку властиву тільки йому характеристику опору перебігу струму.

Треба зауважити, що в часи Ома один із звичайнісіньких нині провідників - алюміній - мав статус особливо дорогоцінного металу, тому Ом обмежився дослідами з міддю, сріблом, золотом, платиною, цинком, оловом, свинцем та залізом.

Зрештою Ом ввів поняття питомого електричного опору матеріалу як фундаментальної характеристики, зовсім нічого не знаючи ні про природу перебігу струму в металах, ні про залежність їх опору від температури.

Питомий електричний опір. Визначення

Питомий електричний опір або просто питомий опір - фундаментальний фізична характеристикапровідного матеріалу, яка характеризує здатність речовини перешкоджати пригоді електричного струму. Позначається грецькою літероюρ (вимовляється як ро) та розраховується виходячи з емпіричної формули для розрахунку опору, отриманої Георгом Омом.

або, звідси

де R - опір в Омах, S - площа в м ² /, L - довжина в м

Розмірність питомого електричного опору у Міжнародній системі одиниць СІ виражається в Ом.

Це опір провідника довжиною 1 м і площею поперечного перерізу 1 м²/ величиною 1 Ом.

В електротехніці, для зручності розрахунків, прийнято користуватися похідною величини питомого електричного опору, що виражається в мм мм²/м. Значення питомого опору найбільш поширених металів та його сплавів можна знайти у відповідних довідниках.

У таблицях 1 і 2 наведено значення питомих опорів різних найпоширеніших матеріалів.

Таблиця 1. Питомий опір деяких металів

Таблиця 2. Питомий опір найпоширеніших сплавів

Питомі електричні опори різних середовищ. Фізика явищ

Питомі електричні опори металів та їх сплавів, напівпровідників та діелектриків

Сьогодні, озброєні знаннями, ми можемо заздалегідь прорахувати питомий електричний опір будь-якого, як природного, і синтезованого матеріалу з його хімічного складута передбачуваного фізичного стану.

Ці знання допомагають нам найкращим чиномвикористовувати можливості матеріалів, часом дуже екзотичні та унікальні.

У силу сформованих уявлень, з погляду фізики тверді тіла поділяються на кристалічні, полікристалічні та аморфні речовини.

Найпростіше, у сенсі технічного розрахунку питомого опору чи його виміру, справа з аморфними речовинами. Вони мають вираженої кристалічної структури (хоча може мати мікроскопічні включення таких речовин), відносно однорідні за хімічним складом і виявляють характерні для даного матеріалу характеристики.

У полікристалічних речовин, утворених сукупністю щодо дрібних кристалів одного хімічного складу, поведінка властивостей не дуже відрізняється від поведінки аморфних речовин, оскільки питомий електричний опір, як правило, визначається як інтегральна сукупна властивість даного зразка матеріалу.

Складніша справа з кристалічними речовинами, особливо з монокристалами, які мають різний питомий електричний опір та інші електричні характеристики щодо осей симетрії їх кристалів. Ця властивість називається анізотропією кристала і широко використовується в техніці, зокрема, радіотехнічних схемах кварцових генераторів, де стабільність частоти визначається саме генерацією частот, властивих даному кристалу кварцу.

Кожен з нас, будучи власником комп'ютера, планшета, мобільного телефонуабо смартфона, включаючи власників наручного електронного годинника аж до iWatch, одночасно є володарем кристаліка кварцу. Тому можна судити про масштаби використання в електроніці кварцових резонаторів, що обчислюються десятками мільярдів.

Крім іншого, питомий опір багатьох матеріалів, особливо напівпровідників, залежить від температури, тому довідкові дані зазвичай наводяться із зазначенням температури вимірювання, що дорівнює 20 °С.

Унікальні властивості платини, що має постійну і добре вивчену залежність питомого електричного опору від температури, а також можливість отримання високої чистоти металу послужили передумовою створення на її основі датчиків в широкому діапазоні температур.

Для металів розкид довідкових значень питомого опору обумовлений способами виготовлення зразків та хімічною чистотою металу даного зразка.

Для сплавів сильніший розкид довідкових значень питомого опору обумовлений способами виготовлення зразків та мінливістю складу сплаву.

Питомий електричний опір рідин (електролітів)

В основі розуміння питомого опору рідин лежать теорії термічної дисоціації та рухливості катіонів та аніонів. Наприклад, у найпоширенішій рідини Землі – звичайній воді, деяка частина її молекул під впливом температури розпадається на іони: катіони Н+ і аніони ОН– . При подачі зовнішньої напруги на електроди, занурені у воду за звичайних умов, виникає струм, зумовлений переміщенням вищезгаданих іонів. Як з'ясувалося, у воді утворюються цілі асоціації молекул - кластери, які іноді з'єднуються з катіонами Н+ або аніонами ВІН-. Тому передача іонів кластерами під впливом електричної напруги відбувається так: приймаючи іон у напрямку прикладеного електричного поля з одного боку, кластер скидає аналогічний іон з іншого боку. Наявність у воді кластерів чудово пояснює той науковий фактщо при температурі близько 4 °C вода має найбільшу щільність. Більшість молекул води при цьому знаходиться в кластерах через дію водневих і ковалентних зв'язків, практично у квазікристалічному стані; термодисоціація при цьому мінімальна, а утворення кристалів льоду, який має нижчу щільність (лід плаває у воді), ще не почалося.

В цілому проявляється сильніша залежність питомого опору рідин від температури, тому ця характеристика завжди вимірюється при температурі 293 K, що відповідає температурі 20 °C.

Крім води є велике числоінших розчинників, здатних створювати катіони і аніони розчинних речовин. Знання та вимір питомого опору таких розчинів також має велике практичне значення.

Для водних розчинів солей, кислот та лугів істотну роль у визначенні питомого опору розчину відіграє концентрація розчиненої речовини. Прикладом може бути наступна таблиця, в якій наведено значення питомих опорів різних розчинених у воді речовин при температурі 18 °С:

Таблиця 3. Значення питомих опорів різних розчинених у воді речовин за температури 18 °С

Дані таблиць взяті з Короткого фізико-технічного довідника, Том 1, - М.: 1960

Питомий опір ізоляторів

Величезне значення у галузях електротехніки, електроніки, радіотехніки та робототехніки відіграє цілий клас різних речовин, що має відносно високий питомий опір. Незалежно від їхнього агрегатного стану, будь він твердий, рідкий або газоподібний, такі речовини називаються ізоляторами. Такі матеріали використовуються для ізолювання окремих частин електричних схем одна від одної.

Прикладом твердих ізоляторів може бути всім знайома гнучка ізолента, завдяки якій ми відновлюємо ізоляцію при з'єднанні різних дротів. Багатьом знайомі порцелянові ізолятори підвіски повітряних ліній електропередач, текстолітові плати з електронними компонентами, що входять до складу більшості виробів електронної техніки, кераміка, скло та багато інших матеріалів. Сучасні тверді ізоляційні матеріали на базі пластмас та еластомерів роблять безпечним використання електричного струму різних напруг у найрізноманітніших пристроях та приладах.

Крім твердих ізоляторів, широке застосування в електротехніці знаходять рідкі ізолятори з високим питомим опором. У силових трансформаторах електромереж рідка трансформаторна олія запобігає міжвитковим пробоїм через ЕРС самоіндукції, надійно ізолюючи витки обмоток. У масляних вимикачах олія використовується для гасіння електричної дуги, що виникає при перемиканні джерел струму. Конденсаторна олія використовується для створення компактних конденсаторів із високими електричними характеристиками; крім цих масел як рідкі ізолятори використовуються природне касторове маслота синтетичні олії.

При нормальному атмосферному тиску всі гази та їх суміші є з точки зору електротехніки відмінними ізоляторами, але благородні гази (ксенон, аргон, неон, криптон) в силу їх інертності мають більш високий питомий опір, що широко використовується в деяких областях техніки.

Але найпоширенішим ізолятором служить повітря, що в основному складається з молекулярного азоту (75% за масою), молекулярного кисню (23,15% за масою), аргону (1,3% за масою), вуглекислого газу, водню, води та деякої домішки. різних шляхетних газів. Він ізолює протікання струму у звичайних побутових вимикачах світла, перемикачах струму на основі реле, магнітних пускачах та механічних рубильниках. Необхідно відзначити, що зниження тиску газів або їх сумішей нижче атмосферного призводить до зростання їх питомого електричного опору. Ідеальним ізолятором у сенсі є вакуум.

Питомий електричний опір різних ґрунтів

Одним з найважливіших способів захисту людини від дії електричного струму, що вражає, при аваріях електроустановок є пристрій захисного заземлення.

Воно є навмисним з'єднанням кожуха або корпусу електропристроїв із захисним заземлюючим пристроєм. Зазвичай заземлення виконується у вигляді закопаних у землю на глибину понад 2,5 метра сталевих або мідних смуг, труб, стрижнів або куточків, які у разі аварії забезпечують протікання струму по контуру. Пристрій - корпус або кожух - земля - ​​нульовий провід джерела змінного струму. Опір цього контуру має бути не більше 4 Ом. У цьому випадку напруга на корпусі аварійного пристрою знижується до безпечного для людини величин, а автоматичні пристрої захисту електричного кола тим чи іншим способом виключають аварійний пристрій.

При розрахунку елементів захисного заземлення істотну роль відіграє знання питомого опору ґрунтів, що може змінюватись у широких межах.

Відповідно до даних довідкових таблиць, вибирається площа заземлювального пристрою, по ній обчислюється кількість заземлюючих елементів і власне конструкція всього пристрою. З'єднання елементів конструкції пристрою захисного заземлення здійснюється зварюванням.

Електротомографія

Електророзвідка вивчає приповерхневе геологічне середовище, застосовується для пошуку рудних та нерудних корисних копалин та інших об'єктів на основі дослідження різних штучних електричних та електромагнітних полів. Приватним випадком електророзвідки є електротомографія (Electrical Resistivity Tomography) – метод визначення властивостей гірських порід щодо їх питомого опору.

Суть методу полягає в тому, що при певному положенні джерела електричного поля проводяться виміри напруги на різних зондах, потім джерело поля переміщують в інше місце або перемикають на інше джерело та повторюють виміри. Джерела поля та зонди-приймачі поля розміщують на поверхні та у свердловинах.

Потім отримані дані обробляються та інтерпретуються за допомогою сучасних комп'ютерних методів обробки, що дозволяють візуалізувати інформацію у вигляді двовимірних та тривимірних зображень.

Будучи дуже точним шляхом пошуку, електротомографія надає неоціненну допомогу геологам, археологам і палеозоологам.

Визначення форми залягання родовищ корисних копалин та меж їх поширення (оконтурювання) дозволяє виявити залягання жильних покладів корисних копалин, що суттєво знижує витрати на їх подальшу розробку.

Археологам цей метод пошуку дає цінну інформацію про розташування стародавніх поховань та наявність у них артефактів, тим самим скорочуючи витрати на розкопки.

Палеозоологи за допомогою електротомографії шукають скам'янілі останки древніх тварин; результати їх робіт можна побачити у музеях природничих науку вигляді вражаючих реконструкцій кістяків доісторичної мегафауни.

Крім того, електротомографія застосовується при зведенні та при подальшій експлуатації інженерних споруд: висотних будівель, гребель, дамб, насипів та інших.

Визначення питомого опору практично

Часом для вирішення практичних завданьперед нами може постати завдання визначення складу речовини, наприклад, дроту для різака пінополістиролу. Маємо два мотки дроту відповідного діаметра з різних невідомих нам матеріалів. Для вирішення завдання необхідно знайти їх питомий електричний опір і далі за різницею знайдених значень або довідковою таблицею визначити матеріал дроту.

Відміряємо рулеткою і відріжемо по 2 метри дроту від кожного зразка. Визначимо діаметри дротів d₁ та d₂ мікрометром. Увімкнувши мультиметр на нижню межу вимірювання опорів, вимірюємо опір зразка R₁. Повторюємо процедуру іншого зразка і також вимірюємо його опір R₂.

Врахуємо, що площа поперечного перерізу дротів розраховується за формулою

S = π · d 2 /4

Тепер формула для розрахунку питомого електричного опору буде виглядати так

ρ = R · π · d 2 /4 · L

Підставляючи отримані значення L, d₁ та R₁ у формулу для розрахунку питомого опору, наведену у статті вище, обчислюємо значення ρ₁ для першого зразка.

ρ 1 = 0,12 ом мм 2 /м

Підставляючи отримані значення L, d₂ та R₂ у формулу, обчислюємо значення ρ₂ для другого зразка.

ρ 2 = 1,2 ом мм 2 /м

З порівняння значень ρ₁ і ρ₂ з довідковими даними наведеної вище Таблиці 2, робимо висновок, що матеріалом першого зразка є сталь, а другого - ніхром, з якого і виготовимо струну різака.

Ви вагаєтесь у перекладі одиниці виміру з однієї мови на іншу? Колеги готові допомогти вам. Опублікуйте питання у TCTermsі протягом кількох хвилин ви отримаєте відповідь.

Удільний електричний опір, або просто питомий опір речовини - фізична величина, що характеризує здатність речовини перешкоджати проходженню електричного струму.

Питомий опір позначається грецькою літерою? Величина, обернена питомим опором, називається питомою провідністю (питомою електропровідністю). На відміну від електричного опору, що є властивістю провідника і залежить від його матеріалу, форми та розмірів, питомий електричний опір є властивістю тільки речовини.

Електричний опір однорідного провідника з питомим опором ρ, довжиною l та площею поперечного перерізу S може бути розрахований за формулою (при цьому передбачається, що ні площа, ні форма поперечного перерізу не змінюються вздовж провідника). Відповідно, для ρ виконується

З останньої формули випливає: фізичний зміст питомого опору речовини полягає в тому, що воно є опір виготовленого з цієї речовини однорідного провідника одиничної довжини та з одиничною площею поперечного перерізу.

Одиниця виміру питомого опору в Міжнародній системі одиниць (СІ) - Ом · м .

Зі співвідношення випливає, що одиниця виміру питомого опору в системі СІ дорівнює такому питомому опору речовини, при якому однорідний провідник довжиною 1 м з площею поперечного перерізу 1 м², виготовлений з цієї речовини, має опір 1 Ом . Відповідно, питомий опір довільної речовини, виражений в одиницях СІ, чисельно дорівнює опору ділянки електричного ланцюга, виконаного з даної речовини, довжиною 1 м і площею поперечного перерізу 1 м2.

У техніці також застосовується застаріла позасистемна одиниця Ом·мм²/м, що дорівнює 10 −6 від 1 Ом·м . Ця одиниця дорівнює такому питомому опору речовини, при якому однорідний провідник довжиною 1 м з площею поперечного перерізу 1 мм², виготовлений з цієї речовини, має опір 1 Ом . Відповідно, питомий опір будь-якої речовини, виражений у цих одиницях, чисельно дорівнює опору ділянки електричного ланцюга, виконаного з даної речовини, довжиною 1 м і площею поперечного перерізу 1 мм².

Електрорушійна сила (ЕРС) — скалярна фізична величина, що характеризує роботу сторонніх сил, тобто будь-яких сил неелектричного походження, що діють у квазістаціонарних ланцюгах постійного або змінного струму. У замкнутому провідному контурі ЕРС дорівнює роботі цих сил по переміщенню одиничного позитивного заряду вздовж всього контуру.

За аналогією з напруженістю електричного поля вводять поняття «напруженість сторонніх сил», під якою розуміють векторну фізичну величину, рівну відношенню сторонньої сили, що діє на пробний електричний заряд, до величини цього заряду. Тоді в замкнутому контурі ЕРС дорівнюватиме:

де - Елемент контуру.

ЕРС так само, як і напруга, у Міжнародній системі одиниць (СІ) вимірюється у вольтах. Можна говорити про електрорушійну силу на будь-якій ділянці ланцюга. Це питома робота сторонніх сил у всьому контурі, лише на даному ділянці. ЕРС гальванічного елемента є робота сторонніх сил при переміщенні одиничного позитивного заряду всередині елемента від одного полюса до іншого. Робота сторонніх сил може бути виражена через різницю потенціалів, оскільки сторонні сили непотенційні та його робота залежить від форми траєкторії. Так, наприклад, робота сторонніх сил при переміщенні заряду між клем струму поза самим? джерела дорівнює нулю.