ความต้านทานและการนำไฟฟ้า แนวคิดเรื่องความต้านทานไฟฟ้าของตัวนำทองแดง

• คอนสแตนตัน (58.8 ลูกบาศ์ก 40 นิ 1.2 ล้าน)
• แมงกานิน (85 Cu, 12 Mn, 3 Ni)
• นิกเกิลเงิน (65 Cu, 20 Zn, 15 Ni)
• นิกเกิล (54 Cu, 20 Zn, 26 Ni)
• ไนโครม (67.5 Ni, 15 Cr, 16 Fe, 1.5 Mn)
• เรโอเนท (84Cu, 12Mn, 4 Zn)
• เฟคราล (80 Fe, 14 Cr, 6 Al)

ความต้านทานของ Nichrome

ร่างกายทุกคนที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านจะมีความต้านทานต่อกระแสไฟฟ้าโดยอัตโนมัติ คุณสมบัติของตัวนำในการต้านทานกระแสไฟฟ้าเรียกว่าความต้านทานไฟฟ้า

ลองพิจารณาดู ทฤษฎีอิเล็กตรอน ปรากฏการณ์นี้- เมื่อเคลื่อนที่ไปตามตัวนำ อิเล็กตรอนอิสระจะพบกับอิเล็กตรอนและอะตอมอื่น ๆ อย่างต่อเนื่องระหว่างทาง เมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับพวกมัน อิเล็กตรอนอิสระจะสูญเสียประจุไปบางส่วน ดังนั้นอิเล็กตรอนจึงพบกับความต้านทานจากวัสดุตัวนำ แต่ละร่างกายมีโครงสร้างอะตอมของตัวเองซึ่งมีความต้านทานกระแสไฟฟ้าที่แตกต่างกัน หน่วยความต้านทานถือเป็นโอห์ม ความต้านทานของวัสดุถูกกำหนดเป็น R หรือ r

ยิ่งความต้านทานของตัวนำต่ำลง กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านร่างกายนี้ได้ง่ายขึ้นเท่านั้น และในทางกลับกัน: ยิ่งความต้านทานสูง ร่างกายจะยิ่งนำกระแสไฟฟ้าได้แย่ลง

ความต้านทานของตัวนำแต่ละตัวขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของวัสดุที่ใช้ทำ เพื่อระบุลักษณะความต้านทานไฟฟ้าของวัสดุเฉพาะอย่างแม่นยำ จึงได้นำแนวคิดเรื่องความต้านทาน (นิกโครม อลูมิเนียม ฯลฯ) มาใช้ ความต้านทานจำเพาะถือเป็นความต้านทานของตัวนำที่มีความยาวสูงสุด 1 ม. โดยมีพื้นที่หน้าตัด 1 ตารางเมตร มม. ตัวบ่งชี้นี้แสดงด้วยตัวอักษร p วัสดุแต่ละชนิดที่ใช้ในการผลิตตัวนำมีความต้านทานของตัวเอง ตัวอย่างเช่น พิจารณาความต้านทานของ nichrome และ fechral (มากกว่า 3 มม.):

• H15Н60 — 1.13 โอห์ม*มม./ม
• Kh23У5Т — 1.39 โอห์ม*มม./ม
• Kh20Н80 — 1.12 โอห์ม*มม./ม
• Н70У — 1.30 โอห์ม*มม./ม
• НH20УС — 1.02 โอห์ม*มม./ม

ความต้านทานของ nichrome และ fechral บ่งบอกถึงการใช้งานหลัก: การผลิตอุปกรณ์ การกระทำทางความร้อน, เครื่องใช้ในครัวเรือนและองค์ประกอบความร้อนไฟฟ้าของเตาอุตสาหกรรม

เนื่องจาก nichrome และ fechral ใช้เป็นหลักในการผลิตองค์ประกอบความร้อน ผลิตภัณฑ์ที่พบบ่อยที่สุดจึงเป็นเช่นนั้น ด้ายนิโครม, เทป, แถบ X15N60 และ X20N80 รวมถึงลวด fechral X23Yu5T

ความต้านทานของสารคืออะไร? เพื่อตอบกลับ ด้วยคำพูดง่ายๆเพื่อตอบคำถามนี้ คุณต้องจำวิชาฟิสิกส์และจินตนาการถึงรูปลักษณ์ทางกายภาพของคำจำกัดความนี้ กระแสไฟฟ้าถูกส่งผ่านสารและในทางกลับกันจะป้องกันกระแสไฟฟ้าไหลผ่านด้วยแรงบางอย่าง

แนวคิดเรื่องความต้านทานของสาร

ค่านี้แสดงให้เห็นว่าสารขัดขวางการไหลของกระแสไฟฟ้าได้มากเพียงใด นั่นคือค่าความต้านทานจำเพาะ (อักษรละติน "rho") ใน ระบบระหว่างประเทศความต้านทานต่อหน่วย แสดงเป็นโอห์มคูณด้วยเมตร สูตรการคำนวณคือ: “พื้นที่เวลาต้านทาน ภาพตัดขวางและหารด้วยความยาวของตัวนำ”

คำถามเกิดขึ้น: “ทำไมเมื่อพบ ความต้านทานมีการใช้ความต้านทานอื่นหรือไม่? คำตอบนั้นง่ายมาก มีสองปริมาณที่แตกต่างกัน - ความต้านทานและความต้านทาน ส่วนที่สองแสดงให้เห็นว่าสารมีความสามารถในการป้องกันไม่ให้กระแสไหลผ่านได้อย่างไร และส่วนแรกแสดงให้เห็นในทางปฏิบัติสิ่งเดียวกันเท่านั้น เรากำลังพูดถึงไม่เกี่ยวกับสารในความหมายทั่วไปอีกต่อไป แต่เกี่ยวกับตัวนำที่มีความยาวและพื้นที่หน้าตัดเฉพาะซึ่งทำจากสารนี้

ปริมาณส่วนกลับที่แสดงลักษณะของความสามารถของสารในการส่งกระแสไฟฟ้าเรียกว่าค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะ และสูตรที่ใช้คำนวณค่าความต้านทานจำเพาะนั้นเกี่ยวข้องโดยตรงกับค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะ

การใช้งานทองแดง

แนวคิดเรื่องความต้านทานถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการคำนวณค่าการนำไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าโลหะต่างๆ จากการคำนวณเหล่านี้ การตัดสินใจจะพิจารณาถึงความเหมาะสมในการใช้โลหะชนิดใดชนิดหนึ่งในการผลิต ตัวนำไฟฟ้าซึ่งใช้ในการก่อสร้าง การทำเครื่องมือ และสาขาอื่นๆ

ตารางต้านทานโลหะ

มีตารางเฉพาะหรือไม่? ซึ่งรวบรวมข้อมูลที่มีอยู่เกี่ยวกับการส่งผ่านและความต้านทานของโลหะ ตามกฎแล้ว ตารางเหล่านี้จะถูกคำนวณสำหรับเงื่อนไขบางประการ

โดยเฉพาะเป็นที่รู้กันแพร่หลาย โต๊ะต้านทานโมโนคริสตัลโลหะที่อุณหภูมิยี่สิบองศาเซลเซียสรวมทั้งตารางความต้านทานของโลหะและโลหะผสม

ตารางเหล่านี้ใช้ในการคำนวณข้อมูลต่างๆ ที่เรียกว่า เงื่อนไขในอุดมคติในการคำนวณค่าเพื่อวัตถุประสงค์เฉพาะคุณต้องใช้สูตร

ทองแดง. ลักษณะและคุณสมบัติของมัน

คำอธิบายของสารและคุณสมบัติ

ทองแดงเป็นโลหะที่มนุษย์ค้นพบเมื่อนานมาแล้วและยังถูกนำมาใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางเทคนิคต่างๆ มานานแล้ว ทองแดงเป็นโลหะที่อ่อนตัวได้มากและมีความเหนียวและมีค่าการนำไฟฟ้าสูง จึงนิยมนำมาทำกันมาก สายไฟต่างๆและตัวนำ

คุณสมบัติทางกายภาพของทองแดง:

• จุดหลอมเหลว - 1,084 องศาเซลเซียส;
• จุดเดือด - 2560 องศาเซลเซียส;
• ความหนาแน่นที่ 20 องศา - 8890 กิโลกรัมหารด้วยลูกบาศก์เมตร
• ความจุความร้อนจำเพาะที่ความดันและอุณหภูมิคงที่ 20 องศา - 385 kJ/J*kg
• ความต้านทานไฟฟ้า - 0.01724;

เกรดทองแดง

โลหะนี้สามารถแบ่งออกเป็นหลายกลุ่มหรือหลายเกรด ซึ่งแต่ละชนิดมีคุณสมบัติของตัวเองและการใช้งานในอุตสาหกรรม:

1. เกรด M00, M0, M1 นั้นยอดเยี่ยมสำหรับการผลิตสายเคเบิลและตัวนำ เมื่อทำการหลอมใหม่จะกำจัดความอิ่มตัวของออกซิเจนมากเกินไป
2. เกรด M2 และ M3 เป็นตัวเลือกราคาประหยัดที่ได้รับการออกแบบมาเพื่อการรีดขนาดเล็ก และตอบสนองงานด้านเทคนิคและอุตสาหกรรมขนาดเล็กส่วนใหญ่
3. แบรนด์ M1, M1f, M1r, M2r, M3r เป็นเกรดทองแดงราคาแพงที่ผลิตขึ้นสำหรับผู้บริโภคเฉพาะรายที่มีข้อกำหนดและคำขอเฉพาะ

แสตมป์ระหว่างกัน แตกต่างกันหลายประการ:

อิทธิพลของสิ่งเจือปนต่อคุณสมบัติของทองแดง

สิ่งเจือปนอาจส่งผลต่อคุณสมบัติทางกล เทคนิค และประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์

โดยสรุปควรเน้นย้ำว่าทองแดงเป็นโลหะที่มีลักษณะเฉพาะและมีคุณสมบัติเฉพาะตัว ใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์ การผลิตชิ้นส่วนสำหรับอุตสาหกรรมไฟฟ้า เครื่องใช้ไฟฟ้า สินค้าอุปโภคบริโภค นาฬิกา คอมพิวเตอร์ และอื่นๆ อีกมากมาย โลหะนี้จึงเป็นวัสดุที่ดีเยี่ยมสำหรับการผลิตตัวนำและอื่นๆ เนื่องจากมีความต้านทานต่ำ เครื่องใช้ไฟฟ้า- ในคุณสมบัตินี้ ทองแดงมีเฉพาะเงินเท่านั้นที่แซงหน้าทองแดงได้ แต่เนื่องจากมีต้นทุนที่สูงกว่า จึงไม่พบการใช้งานแบบเดียวกันในอุตสาหกรรมไฟฟ้า

ความต้านทานไฟฟ้าคือปริมาณทางกายภาพที่บ่งชี้ขอบเขตที่วัสดุสามารถต้านทานกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านได้ บางคนอาจจะสับสน ลักษณะนี้มีความต้านทานไฟฟ้าแบบธรรมดา แม้จะมีแนวคิดที่คล้ายคลึงกัน แต่ความแตกต่างระหว่างแนวคิดเหล่านี้ก็คือ เฉพาะหมายถึงสาร และคำที่สองหมายถึงตัวนำโดยเฉพาะและขึ้นอยู่กับวัสดุในการผลิต

ซึ่งกันและกัน ของวัสดุนี้คือค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะ ยิ่งพารามิเตอร์นี้สูงเท่าไร กระแสไฟฟ้าก็จะไหลผ่านสารได้ดีขึ้นเท่านั้น ดังนั้นยิ่งมีแนวต้านสูงเท่าไร การสูญเสียมากขึ้นคาดว่าจะอยู่ที่ทางออก

สูตรคำนวณและค่าการวัด

เมื่อพิจารณาว่าวัดความต้านทานไฟฟ้าจำเพาะอย่างไร ยังสามารถติดตามการเชื่อมต่อที่ไม่เฉพาะเจาะจงได้ เนื่องจากใช้หน่วยของโอห์ม m เพื่อแสดงพารามิเตอร์ ปริมาณนั้นแสดงเป็น ρ ด้วยค่านี้ จึงสามารถระบุความต้านทานของสารในบางกรณีโดยพิจารณาจากขนาดของสารนั้นได้ หน่วยการวัดนี้สอดคล้องกับระบบ SI แต่อาจมีความแปรผันอื่นๆ เกิดขึ้นได้ ในเทคโนโลยีคุณสามารถดูการกำหนดที่ล้าสมัยเป็นระยะ ๆ โอห์ม มม. 2 /ม. หากต้องการแปลงจากระบบนี้เป็นระบบสากล คุณไม่จำเป็นต้องใช้สูตรที่ซับซ้อน เนื่องจาก 1 โอห์ม mm 2 /m เท่ากับ 10 -6 โอห์ม m

สูตรความต้านทานไฟฟ้ามีดังนี้:

R= (ρ l)/S โดยที่:

• R – ความต้านทานของตัวนำ;
• Ρ – ความต้านทานของวัสดุ
• ล. – ความยาวตัวนำ;
• S – หน้าตัดของตัวนำ

การพึ่งพาอุณหภูมิ

ความต้านทานไฟฟ้าขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ แต่สารทุกกลุ่มจะแสดงออกมาแตกต่างกันเมื่อมีการเปลี่ยนแปลง สิ่งนี้จะต้องนำมาพิจารณาเมื่อคำนวณสายไฟที่จะใช้งาน เงื่อนไขบางประการ- ตัวอย่างเช่น กลางแจ้ง ซึ่งค่าอุณหภูมิขึ้นอยู่กับช่วงเวลาของปี วัสดุที่จำเป็นมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงน้อยกว่าในช่วงตั้งแต่ -30 ถึง +30 องศาเซลเซียส หากคุณวางแผนที่จะใช้ในอุปกรณ์ที่จะทำงานภายใต้สภาวะเดียวกัน คุณจะต้องปรับการเดินสายให้เหมาะสมสำหรับพารามิเตอร์เฉพาะด้วย วัสดุจะถูกเลือกโดยคำนึงถึงการใช้งานเสมอ

ในตารางระบุ ความต้านทานไฟฟ้าจะถูกถ่ายที่อุณหภูมิ 0 องศาเซลเซียส เพิ่มประสิทธิภาพ พารามิเตอร์นี้เมื่อวัสดุถูกให้ความร้อนนั่นเป็นเพราะความเข้มของการเคลื่อนที่ของอะตอมในสารเริ่มเพิ่มขึ้น ผู้ให้บริการ ค่าไฟฟ้ากระจายแบบสุ่มในทุกทิศทางซึ่งนำไปสู่การสร้างอุปสรรคต่อการเคลื่อนที่ของอนุภาค ปริมาณการไหลของกระแสไฟฟ้าลดลง

เมื่ออุณหภูมิลดลง สภาพการไหลของกระแสก็จะดีขึ้น เมื่อถึงอุณหภูมิที่กำหนด ซึ่งจะแตกต่างกันไปสำหรับโลหะแต่ละชนิด สภาพตัวนำยิ่งยวดจะปรากฏขึ้น ซึ่งคุณลักษณะดังกล่าวเกือบจะถึงศูนย์

บางครั้งความแตกต่างในพารามิเตอร์ก็มีมาก ค่าขนาดใหญ่- วัสดุเหล่านั้นที่มีประสิทธิภาพสูงสามารถใช้เป็นฉนวนได้ ช่วยป้องกันสายไฟจากการลัดวงจรและการสัมผัสกับมนุษย์โดยไม่ได้ตั้งใจ สารบางชนิดไม่สามารถใช้ได้กับวิศวกรรมไฟฟ้าเลยหากมีค่าพารามิเตอร์นี้สูง คุณสมบัติอื่นอาจรบกวนสิ่งนี้ เช่นค่าการนำไฟฟ้าของน้ำจะไม่มี มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับบริเวณนี้ นี่คือค่าของสารบางชนิดที่มีค่าดัชนีชี้วัดสูง

สารที่มีประสิทธิภาพต่ำจะถูกนำไปใช้อย่างแข็งขันในงานวิศวกรรมไฟฟ้า สิ่งเหล่านี้มักเป็นโลหะที่ทำหน้าที่เป็นตัวนำ นอกจากนี้ยังมีความแตกต่างมากมายระหว่างพวกเขา หากต้องการทราบความต้านทานไฟฟ้าของทองแดงหรือวัสดุอื่น ๆ ควรดูตารางอ้างอิง

ความต้านทานไฟฟ้าเชิงปริมาตรจำเพาะ

พารามิเตอร์นี้แสดงถึงความสามารถในการส่งกระแสผ่านปริมาตรของสาร ในการวัดนั้นจำเป็นต้องใช้ศักย์ไฟฟ้าด้วย ด้านที่แตกต่างกันวัสดุที่จะรวมผลิตภัณฑ์ไว้ วงจรไฟฟ้า- มีกระแสไฟฟ้าพร้อมพารามิเตอร์ที่กำหนด หลังจากผ่านแล้ว ข้อมูลเอาต์พุตจะถูกวัด

ใช้ในวิศวกรรมไฟฟ้า

การเปลี่ยนพารามิเตอร์ที่อุณหภูมิต่างกันนั้นใช้กันอย่างแพร่หลายในวิศวกรรมไฟฟ้า ที่สุด ตัวอย่างง่ายๆเป็นหลอดไส้ที่ใช้ไส้หลอดนิโครม เมื่อได้รับความร้อนก็เริ่มเรืองแสง เมื่อกระแสไหลผ่านก็จะเริ่มร้อนขึ้น เมื่อความร้อนเพิ่มขึ้น ความต้านทานก็เพิ่มขึ้นด้วย ดังนั้นกระแสเริ่มต้นที่จำเป็นเพื่อให้ได้แสงสว่างจึงมีจำกัด เกลียวนิกโครมสามารถเป็นตัวควบคุมบนอุปกรณ์ต่าง ๆ ได้โดยใช้หลักการเดียวกัน

การใช้อย่างแพร่หลายยังส่งผลกระทบต่อโลหะมีตระกูลซึ่งมี ลักษณะที่เหมาะสมสำหรับวิศวกรรมไฟฟ้า สำหรับวงจรวิกฤติที่ต้องการความเร็วสูง จะเลือกหน้าสัมผัสสีเงิน มีราคาแพง แต่เมื่อพิจารณาจากวัสดุจำนวนค่อนข้างน้อย การใช้งานจึงค่อนข้างสมเหตุสมผล ทองแดงมีค่าการนำไฟฟ้าต่ำกว่าเงิน แต่มีราคาที่ไม่แพงกว่า ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงมักใช้ในการสร้างสายไฟมากกว่า

ในสภาวะที่สามารถใช้อุณหภูมิต่ำมากได้ จะใช้ตัวนำยิ่งยวด สำหรับอุณหภูมิห้องและการใช้งานกลางแจ้ง สิ่งเหล่านี้ไม่เหมาะสมเสมอไป เนื่องจากเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ค่าการนำไฟฟ้าก็จะเริ่มลดลง ดังนั้นสำหรับสภาวะดังกล่าว อลูมิเนียม ทองแดง และเงินยังคงเป็นผู้นำ

ในทางปฏิบัติ พารามิเตอร์หลายตัวถูกนำมาพิจารณาและนี่เป็นหนึ่งในพารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุด การคำนวณทั้งหมดดำเนินการในขั้นตอนการออกแบบซึ่งใช้วัสดุอ้างอิง

ความต้านทานไฟฟ้าซึ่งมีหน่วยเป็นโอห์ม แตกต่างจากแนวคิดเรื่องความต้านทานไฟฟ้า เพื่อทำความเข้าใจว่าความต้านทานคืออะไร คุณต้องเชื่อมโยงมันเข้ากับความต้านทาน คุณสมบัติทางกายภาพวัสดุ.

เกี่ยวกับการนำไฟฟ้าและความต้านทาน

การไหลของอิเล็กตรอนจะไม่เคลื่อนที่อย่างไม่มีอุปสรรคผ่านวัสดุ ที่อุณหภูมิคงที่ อนุภาคมูลฐานจะแกว่งไปรอบๆ สภาวะนิ่ง นอกจากนี้ อิเล็กตรอนในแถบการนำไฟฟ้าจะรบกวนซึ่งกันและกันผ่านการผลักกันซึ่งกันและกันเนื่องจากมีประจุคล้ายกัน ความต้านทานจึงเกิดขึ้นเช่นนี้

สภาพนำไฟฟ้าเป็นคุณลักษณะเฉพาะของวัสดุและวัดปริมาณความง่ายที่ประจุสามารถเคลื่อนที่ได้เมื่อสารสัมผัสกับสนามไฟฟ้า ความต้านทานไฟฟ้าเป็นส่วนกลับของวัสดุและอธิบายระดับความยากที่อิเล็กตรอนเผชิญขณะเคลื่อนที่ผ่านวัสดุ ซึ่งเป็นข้อบ่งชี้ว่าตัวนำนั้นดีหรือไม่ดี

สำคัญ!ความต้านทานไฟฟ้าที่มีค่าสูงแสดงว่าวัสดุนั้นเป็นตัวนำที่ไม่ดี ในขณะที่ความต้านทานที่มีค่าต่ำแสดงว่าเป็นตัวนำที่ดี

ค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะถูกกำหนดโดยตัวอักษร σ และคำนวณโดยสูตร:

ความต้านทาน ρ เป็นตัวบ่งชี้ผกผันสามารถพบได้ดังนี้:

ในนิพจน์นี้ E คือความเข้มของสนามไฟฟ้าที่สร้างขึ้น (V/m) และ J คือความหนาแน่นกระแสไฟฟ้า (A/m²) ดังนั้นหน่วยวัด ρ จะเป็น:

V/m x m²/A = โอห์ม m

สำหรับค่าการนำไฟฟ้า σ หน่วยที่ใช้วัดคือ S/m หรือ Siemens ต่อเมตร

ประเภทของวัสดุ

ตามความต้านทานของวัสดุสามารถจำแนกได้หลายประเภท:

1. ตัวนำ ซึ่งรวมถึงโลหะทั้งหมด โลหะผสม สารละลายที่แยกตัวออกเป็นไอออน เช่นเดียวกับก๊าซที่ถูกกระตุ้นด้วยความร้อน รวมถึงพลาสมา ในบรรดาอโลหะ กราไฟท์สามารถอ้างอิงได้เป็นตัวอย่าง
2. เซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งจริงๆ แล้วเป็นวัสดุที่ไม่นำไฟฟ้า ซึ่งโครงผลึกถูกเจือโดยเจตนาโดยมีอะตอมแปลกปลอมเข้ามาด้วยจำนวนอิเล็กตรอนที่ถูกผูกไว้ไม่มากก็น้อย เป็นผลให้อิเล็กตรอนหรือรูส่วนเกินที่ปราศจากกึ่งเสมือนเกิดขึ้นในโครงสร้างขัดแตะซึ่งมีส่วนช่วยในการนำกระแสไฟฟ้า
3. ไดอิเล็กทริกหรือฉนวนที่แยกตัวออกจากกันเป็นวัสดุทั้งหมดที่ภายใต้สภาวะปกติไม่มีอิเล็กตรอนอิสระ

สำหรับการขนส่งพลังงานไฟฟ้าหรือในการติดตั้งระบบไฟฟ้าในครัวเรือนและ ใช้ในอุตสาหกรรมวัสดุที่ใช้กันทั่วไปคือทองแดงในรูปแบบของสายเคเบิลแบบแกนเดียวหรือหลายแกน โลหะทางเลือกคืออะลูมิเนียม แม้ว่าความต้านทานของทองแดงจะอยู่ที่ 60% ของความต้านทานของอลูมิเนียมก็ตาม แต่มันเบากว่าทองแดงมากซึ่งกำหนดไว้ล่วงหน้าว่าจะใช้กับสายไฟฟ้าแรงสูง ทองคำถูกใช้เป็นตัวนำในวงจรไฟฟ้าวัตถุประสงค์พิเศษ

น่าสนใจ.ค่าการนำไฟฟ้าของทองแดงบริสุทธิ์ถูกนำมาใช้โดย International Electrotechnical Commission ในปี 1913 เพื่อเป็นมาตรฐานสำหรับค่านี้ ตามคำนิยาม ค่าการนำไฟฟ้าของทองแดงที่วัดที่ 20° คือ 0.58108 S/m ค่านี้เรียกว่า LACS 100% และค่าการนำไฟฟ้าของวัสดุที่เหลือจะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ที่แน่นอนของ LACS

โลหะส่วนใหญ่มีค่าการนำไฟฟ้าน้อยกว่า 100% LACS อย่างไรก็ตาม มีข้อยกเว้น เช่น เงินหรือทองแดงพิเศษที่มีค่าการนำไฟฟ้าสูงมาก เรียกว่า C-103 และ C-110 ตามลำดับ

ไดอิเล็กทริกไม่นำไฟฟ้าและใช้เป็นฉนวน ตัวอย่างของฉนวน:

• กระจก,
• เซรามิกส์,
• พลาสติก,
• ยาง,
• ไมกา,
• ขี้ผึ้ง,
• กระดาษ,
• ไม้แห้ง,
• เครื่องลายคราม,
• ไขมันบางชนิดสำหรับใช้ในอุตสาหกรรมและไฟฟ้า และเบกาไลท์

ระหว่างทั้งสามกลุ่ม การเปลี่ยนผ่านจะลื่นไหล เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าไม่มีสื่อและวัสดุที่ไม่นำไฟฟ้าอย่างแน่นอน ตัวอย่างเช่น อากาศเป็นฉนวนที่อุณหภูมิห้อง แต่เมื่อสัมผัสกับสัญญาณความถี่ต่ำที่รุนแรง อากาศก็อาจกลายเป็นตัวนำได้

การหาค่าการนำไฟฟ้า

เมื่อเปรียบเทียบความต้านทานไฟฟ้าของสารต่างๆ จำเป็นต้องมีเงื่อนไขการวัดที่เป็นมาตรฐาน:

1. ในกรณีของของเหลว ตัวนำและฉนวนที่ไม่ดี จะใช้ตัวอย่างลูกบาศก์ที่มีความยาวขอบ 10 มม.
2. ค่าความต้านทานของดินและการก่อตัวทางธรณีวิทยาถูกกำหนดบนลูกบาศก์ที่มีความยาวแต่ละขอบ 1 ม.
3. ค่าการนำไฟฟ้าของสารละลายขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของไอออน สารละลายเข้มข้นจะแยกตัวออกน้อยกว่าและมีตัวพาประจุน้อยกว่า ซึ่งช่วยลดการนำไฟฟ้า เมื่อการเจือจางเพิ่มขึ้น จำนวนคู่ไอออนก็จะเพิ่มขึ้น ความเข้มข้นของสารละลายตั้งไว้ที่ 10%;
4. ในการกำหนดความต้านทานของตัวนำโลหะจะใช้สายไฟที่มีความยาวเมตรและหน้าตัดขนาด 1 มม. ²

หากวัสดุ เช่น โลหะ สามารถให้อิเล็กตรอนอิสระได้ เมื่อเกิดความต่างศักย์ไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านเส้นลวด เมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ปริมาณมากอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่านสสารไปเป็นหน่วยเวลา ฉันตก ตัวเลือกพิเศษ(อุณหภูมิ พื้นที่หน้าตัด ความยาว และวัสดุของเส้นลวด) ไม่เปลี่ยนแปลง ดังนั้นอัตราส่วนของกระแสต่อแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ก็จะคงที่เช่นกันและเรียกว่าการนำไฟฟ้า:

ดังนั้นความต้านทานไฟฟ้าจะเป็นดังนี้:

ผลลัพธ์ที่ได้คือโอห์ม

ในทางกลับกันตัวนำก็สามารถเป็นได้ ความยาวที่แตกต่างกัน, ขนาดหน้าตัดและทำจาก วัสดุต่างๆซึ่งค่าของ R ขึ้นอยู่กับ ในทางคณิตศาสตร์ ความสัมพันธ์นี้มีลักษณะดังนี้:

ตัวประกอบวัสดุคำนึงถึงค่าสัมประสิทธิ์ ρ

จากนี้เราสามารถหาสูตรความต้านทานได้:

หากค่าของ S และ l สอดคล้องกับเงื่อนไขที่กำหนดสำหรับการคำนวณเปรียบเทียบความต้านทานเช่น 1 mm²และ 1 m ดังนั้น ρ = R เมื่อขนาดของตัวนำเปลี่ยนไปจำนวนโอห์มก็จะเปลี่ยนไปเช่นกัน

สารและวัสดุที่สามารถนำกระแสไฟฟ้าได้เรียกว่าตัวนำ ส่วนที่เหลือจัดเป็นไดอิเล็กทริก แต่ไม่มีไดอิเล็กทริกบริสุทธิ์ พวกมันทั้งหมดนำกระแสไฟฟ้าได้เช่นกัน แต่ขนาดของมันมีขนาดเล็กมาก

แต่ตัวนำก็นำกระแสต่างกันเช่นกัน ตามสูตรของเกออร์ก โอห์ม กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวนำจะเป็นสัดส่วนเชิงเส้นตรงกับขนาดของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับตัวนำ และเป็นสัดส่วนผกผันกับปริมาณที่เรียกว่าความต้านทาน

หน่วยวัดความต้านทานมีชื่อว่าโอห์มเพื่อเป็นเกียรติแก่นักวิทยาศาสตร์ผู้ค้นพบความสัมพันธ์นี้ แต่ปรากฎว่าตัวนำทำมาจาก วัสดุที่แตกต่างกันและมีมิติทางเรขาคณิตเท่ากัน มีความต้านทานไฟฟ้าต่างกัน เพื่อตรวจสอบความต้านทานของตัวนำที่มีความยาวและหน้าตัดที่ทราบ จึงมีการนำแนวคิดเรื่องความต้านทานมาใช้ ซึ่งเป็นค่าสัมประสิทธิ์ที่ขึ้นอยู่กับวัสดุ

เป็นผลให้ความต้านทานของตัวนำที่มีความยาวและหน้าตัดที่ทราบจะเท่ากับ

ความต้านทานไม่เพียงแต่ใช้กับวัสดุที่เป็นของแข็งเท่านั้น แต่ยังรวมถึงของเหลวด้วย แต่คุณค่าของมันก็ยังขึ้นอยู่กับสิ่งเจือปนหรือส่วนประกอบอื่นๆ ในแหล่งวัตถุดิบด้วย น้ำบริสุทธิ์ไม่นำกระแสไฟฟ้า เป็นอิเล็กทริก แต่น้ำกลั่นไม่มีอยู่ในธรรมชาติ น้ำกลั่นจะมีเกลือ แบคทีเรีย และสิ่งสกปรกอื่นๆ อยู่เสมอ ค็อกเทลนี้เป็นตัวนำกระแสไฟฟ้าที่มีความต้านทาน

โดยการใส่สารเติมแต่งต่างๆ เข้าไปในโลหะ ทำให้ได้วัสดุใหม่ - โลหะผสมความต้านทานจะแตกต่างจากวัสดุดั้งเดิมแม้ว่าจะมีสารเติมแต่งก็ตาม เปอร์เซ็นต์ไม่มีนัยสำคัญ

การขึ้นอยู่กับความต้านทานต่ออุณหภูมิ

ความต้านทานของวัสดุมีระบุไว้ในหนังสืออ้างอิงสำหรับอุณหภูมิใกล้กับอุณหภูมิห้อง (20 °C) เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความต้านทานของวัสดุจะเพิ่มขึ้น ทำไมสิ่งนี้ถึงเกิดขึ้น?

กระแสไฟฟ้าดำเนินการภายในวัสดุ อิเล็กตรอนอิสระ- ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้า พวกมันจะถูกแยกออกจากอะตอมและเคลื่อนที่ไปมาระหว่างพวกมันในทิศทางที่ระบุโดยสนามนี้ อะตอมของสสารก่อตัวเป็นโครงตาข่ายคริสตัล ระหว่างโหนดซึ่งมีการไหลของอิเล็กตรอนหรือที่เรียกว่า "ก๊าซอิเล็กตรอน" เคลื่อนที่ ภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิ โหนดขัดแตะ (อะตอม) จะสั่นสะเทือน อิเล็กตรอนเองก็ไม่ได้เคลื่อนที่เป็นเส้นตรง แต่ไปตามเส้นทางที่ซับซ้อน ในเวลาเดียวกันพวกมันมักจะชนกับอะตอมและเปลี่ยนวิถีการเคลื่อนที่ ในบางช่วงเวลา อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ในทิศทางตรงกันข้ามกับทิศทางของกระแสไฟฟ้าได้

เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น แอมพลิจูดของการสั่นของอะตอมจะเพิ่มขึ้น การชนกันของอิเล็กตรอนกับพวกมันเกิดขึ้นบ่อยขึ้นการเคลื่อนที่ของการไหลของอิเล็กตรอนช้าลง ทางกายภาพ สิ่งนี้แสดงออกมาด้วยความต้านทานที่เพิ่มขึ้น

ตัวอย่างของการใช้การพึ่งพาความต้านทานต่ออุณหภูมิคือการทำงานของหลอดไส้ เกลียวทังสเตนที่ใช้สร้างไส้หลอดมีความต้านทานต่ำในขณะที่เปิดเครื่อง การไหลเข้าของกระแสในขณะที่เปิดเครื่องจะทำให้ร้อนขึ้นอย่างรวดเร็ว ความต้านทานเพิ่มขึ้น และกระแสลดลงกลายเป็นค่าเล็กน้อย

กระบวนการเดียวกันนี้เกิดขึ้นกับองค์ประกอบความร้อนแบบนิกโครม ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะคำนวณโหมดการทำงานโดยการกำหนดความยาวของเส้นลวดนิกโครมของหน้าตัดที่ทราบเพื่อสร้างความต้านทานที่ต้องการ สำหรับการคำนวณคุณต้องมีความต้านทานของลวดความร้อนและหนังสืออ้างอิงจะให้ค่าอุณหภูมิห้อง ดังนั้นความยาวสุดท้ายของเกลียวนิกโครมจึงถูกปรับโดยการทดลอง การคำนวณจะกำหนดความยาวโดยประมาณ และเมื่อทำการปรับ ให้ค่อยๆ ย่อส่วนด้ายให้สั้นลงทีละส่วน

ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทาน

แต่ไม่ใช่ในอุปกรณ์ทั้งหมดการขึ้นอยู่กับความต้านทานของตัวนำต่ออุณหภูมิจะเป็นประโยชน์ ในเทคโนโลยีการวัด การเปลี่ยนแปลงความต้านทานขององค์ประกอบวงจรทำให้เกิดข้อผิดพลาด

แนวคิดนี้เพื่อหาปริมาณการพึ่งพาความต้านทานของวัสดุต่ออุณหภูมิ ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิความต้านทาน (TCR)- โดยจะแสดงค่าความต้านทานของวัสดุที่เปลี่ยนแปลงไปเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง 1°C

สำหรับการผลิตชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ - ตัวต้านทานที่ใช้ในวงจรอุปกรณ์วัดจะใช้วัสดุที่มี TCR ต่ำ มีราคาแพงกว่า แต่พารามิเตอร์ของอุปกรณ์ไม่เปลี่ยนแปลงในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง สิ่งแวดล้อม.

แต่ใช้คุณสมบัติของวัสดุที่มีค่า TCS สูงเช่นกัน การทำงานของเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิบางตัวขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงความต้านทานของวัสดุที่ใช้สร้างองค์ประกอบการวัด ในการทำเช่นนี้คุณจะต้องรักษาแรงดันไฟฟ้าให้คงที่และวัดกระแสที่ไหลผ่านองค์ประกอบ โดยการสอบเทียบสเกลของอุปกรณ์ที่ใช้วัดกระแสเทียบกับเทอร์โมมิเตอร์มาตรฐาน จะได้เครื่องวัดอุณหภูมิแบบอิเล็กทรอนิกส์ หลักการนี้ใช้ไม่เพียงแต่สำหรับการวัดเท่านั้น แต่ยังใช้กับเซ็นเซอร์ที่มีความร้อนสูงเกินไปด้วย การปิดใช้งานอุปกรณ์เมื่อมีสภาวะการทำงานที่ผิดปกติ ส่งผลให้ขดลวดของหม้อแปลงหรือส่วนประกอบเซมิคอนดักเตอร์เกิดความร้อนสูงเกินไป

องค์ประกอบยังใช้ในวิศวกรรมไฟฟ้าที่เปลี่ยนความต้านทานไม่ใช่จากอุณหภูมิโดยรอบ แต่จากกระแสที่ไหลผ่าน - เทอร์มิสเตอร์- ตัวอย่างการใช้งานคือระบบล้างอำนาจแม่เหล็กสำหรับหลอดรังสีแคโทดของโทรทัศน์และจอภาพ เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้า ความต้านทานของตัวต้านทานจะน้อยที่สุด และกระแสจะไหลผ่านไปยังขดลวดล้างอำนาจแม่เหล็ก แต่กระแสเดียวกันจะทำให้วัสดุเทอร์มิสเตอร์ร้อนขึ้น ความต้านทานเพิ่มขึ้น ทำให้กระแสและแรงดันตกคร่อมขดลวดลดลง และต่อ ๆ ไปจนหมดสิ้นไป เป็นผลให้แรงดันไฟฟ้าไซน์ซอยด์ที่มีแอมพลิจูดลดลงอย่างราบรื่นถูกนำไปใช้กับขดลวดทำให้เกิดสนามแม่เหล็กเดียวกันในอวกาศ ผลก็คือเมื่อไส้หลอดร้อนขึ้น ไส้หลอดก็จะถูกล้างอำนาจแม่เหล็กแล้ว และวงจรควบคุมยังคงล็อคอยู่จนกว่าอุปกรณ์จะปิด จากนั้นเทอร์มิสเตอร์จะเย็นลงและพร้อมทำงานอีกครั้ง

ปรากฏการณ์ของตัวนำยิ่งยวด

จะเกิดอะไรขึ้นหากอุณหภูมิของวัสดุลดลง? ความต้านทานจะลดลง มีขีดจำกัดว่าอุณหภูมิจะลดลงเรียกว่า เป็นศูนย์สัมบูรณ์- นี้ - 273°ซ- ไม่มีอุณหภูมิต่ำกว่าขีดจำกัดนี้ ที่ค่านี้ ความต้านทานของตัวนำใดๆ จะเป็นศูนย์

ที่ศูนย์สัมบูรณ์ อะตอมของโครงตาข่ายคริสตัลจะหยุดสั่น เป็นผลให้เมฆอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ระหว่างโหนดขัดแตะโดยไม่ชนกัน ความต้านทานของวัสดุจะกลายเป็นศูนย์ซึ่งจะเปิดโอกาสให้ได้รับกระแสขนาดใหญ่อย่างไม่สิ้นสุดในตัวนำที่มีหน้าตัดขนาดเล็ก

ปรากฏการณ์ของตัวนำยิ่งยวดเปิดโลกทัศน์ใหม่สำหรับการพัฒนาวิศวกรรมไฟฟ้า แต่ยังคงมีปัญหาในการได้รับอุณหภูมิต่ำพิเศษที่จำเป็นในการสร้างผลกระทบนี้ในสภาพภายในประเทศ เมื่อแก้ไขปัญหาได้แล้ววิศวกรรมไฟฟ้าจะย้ายไปที่ ระดับใหม่การพัฒนา.

ตัวอย่างการใช้ค่าความต้านทานในการคำนวณ

เราคุ้นเคยกับหลักการคำนวณความยาวของลวดนิกโครมสำหรับการผลิตแล้ว องค์ประกอบความร้อน- แต่มีสถานการณ์อื่น ๆ ที่จำเป็นต้องมีความรู้เกี่ยวกับความต้านทานของวัสดุ

สำหรับการคำนวณ รูปทรงของอุปกรณ์กราวด์ใช้ค่าสัมประสิทธิ์ที่สอดคล้องกับดินทั่วไป หากไม่ทราบชนิดของดิน ณ ตำแหน่งของกราวด์กราวด์ การคำนวณที่ถูกต้องความต้านทานของมันถูกวัดเบื้องต้น ด้วยวิธีนี้ ผลการคำนวณจะมีความแม่นยำมากขึ้น ซึ่งช่วยลดความจำเป็นในการปรับพารามิเตอร์วงจรระหว่างการผลิต: การเพิ่มจำนวนอิเล็กโทรด ส่งผลให้ขนาดทางเรขาคณิตของอุปกรณ์กราวด์เพิ่มขึ้น

ความต้านทานของวัสดุที่ใช้สร้างสายเคเบิลและบัสบาร์ใช้ในการคำนวณความต้านทานแบบแอคทีฟ ต่อจากนั้นให้ใช้กระแสโหลดที่กำหนด คำนวณค่าแรงดันไฟฟ้าที่ส่วนท้ายของบรรทัด- หากค่าของมันไม่เพียงพอส่วนหน้าตัดของตัวนำจะเพิ่มขึ้นล่วงหน้า