מה קובע את ההתנגדות של מוליך
ההתנגדות וההדדיות שלה - מוליכות חשמלית - עבור מוליכים העשויים ממתכות טהורות מבחינה כימית הם כמות פיזיקלית אופיינית, אך למרות זאת ערכי ההתנגדות שלהם ידועים בדיוק נמוך יחסית.
זה מוסבר על ידי העובדה שערך ההתנגדות של מתכות מושפע מאוד מנסיבות שונות אקראיות, קשה לשליטה.
מלכתחילה, לעתים קרובות זיהומים קלים למתכת הטהורה מגבירים את ההתנגדות שלה.
המתכת החשובה ביותר להנדסת חשמל היא דבש, שממנו עשויים חוטים וכבלים לחלוקת אנרגיה חשמלית, מתברר כרגיש במיוחד בהקשר זה.
זיהומים קטנים באופן זניח של פחמן ב-0.05% מגדילים את עמידות הנחושת ב-33% בהשוואה לעמידות של נחושת טהורה מבחינה כימית, טומאה של 0.13% זרחן מגבירה את עמידות הנחושת ב-48%, 0.5% של ברזל ב-176%, עקבות של אבץ בכמות שקשה למדידה בגלל הקטנות שלו, עם 20%.
ההשפעה של זיהומים על עמידות של מתכות אחרות פחות משמעותית מאשר במקרה של נחושת.
העמידות של מתכות, טהורות מבחינה כימית או בכלל עם הרכב כימי מסוים, תלויה בשיטת הטיפול התרמי והמכני שלהן.
גלגול, שרטוט, כיבוי וחישול יכולים לשנות את ההתנגדות של המתכת בכמה אחוזים.
זה מוסבר על ידי העובדה שהמתכת המותכת מתגבשת במהלך ההתמצקות, ויוצרת גבישים בודדים קטנים רבים ומפוזרים באקראי.
כל עיבוד מכני הורס את הגבישים הללו באופן חלקי ומעביר את קבוצותיהם זה לזה, וכתוצאה מכך המוליכות החשמלית הכוללת של חתיכת מתכת משתנה בדרך כלל בכיוון של הגברת ההתנגדות.
חישול ממושך בטמפרטורה נוחה, שונה למתכות שונות, מלווה בהפחתת גבישים ובדרך כלל מפחית את ההתנגדות.
ישנן שיטות המאפשרות להשיג גבישים בודדים (סינגל קריסטלים) משמעותיים יותר או פחות במהלך התמצקות מתכות מותכות.
אם המתכת נותנת גבישים של המערכת הנכונה, אז ההתנגדות של הגבישים הבודדים של מתכת כזו זהה לכל הכיוונים. אם גבישי המתכת שייכים למערכת משושה, טטראגונלית או טריגונלית, אזי ערך ההתנגדות של הגביש היחיד תלוי בכיוון הזרם.
הערכים המגבילים (הקיצוניים) מתקבלים בכיוון ציר הסימטריה של הגביש ובכיוון הניצב לציר הסימטריה, בכל שאר הכיוונים להתנגדות יש ערכי ביניים.
פיסות מתכת המתקבלות בשיטות קונבנציונליות, עם חלוקה אקראית של גבישים קטנים, הן בעלות התנגדות השווה לערך ממוצע מסוים, אלא אם כן במהלך ההתמצקות נוצרת חלוקה מסודרת פחות או יותר של גבישים.
מכאן ברור שלהתנגדות של דגימות של מתכות אחרות טהורות מבחינה כימית, שהגבישים שלהן אינם שייכים למערכת הנכונה, לא יכולה להיות בעלת ערכים מוגדרים לחלוטין.
ערכי התנגדות של המתכות והסגסוגות המוליכות הנפוצות ביותר ב-20 מעלות צלזיוס: התנגדות ומוליכות חשמלית של חומרים
השפעת הטמפרטורה על עמידותן של מתכות שונות היא נושא למחקרים רבים ויסודיים, שכן לשאלת השפעה זו חשיבות תיאורטית ומעשית רבה.
מתכות טהורות מקדם התנגדות טמפרטורה, לרוב קרוב למקדם הטמפרטורה של התפשטות ליניארית תרמית של גזים, כלומר זה לא שונה בהרבה מ-0.004, לכן בטווח שבין 0 ל-100 מעלות צלזיוס ההתנגדות פרופורציונלית בערך לטמפרטורה המוחלטת.
בטמפרטורות מתחת ל-0 מעלות ההתנגדות יורדת מהר יותר מהטמפרטורה המוחלטת וככל שהטמפרטורה יורדת מהר יותר. בטמפרטורות הקרובות לאפס המוחלט, ההתנגדות של מתכות מסוימות הופכת כמעט לאפס. בטמפרטורות גבוהות מעל 100 מעלות, מקדם הטמפרטורה של רוב המתכות עולה לאט, כלומר ההתנגדות עולה מעט מהר יותר מהטמפרטורה.
עובדות מעניינות:
מה שנקרא מתכות פרומגנטיות התנגדות (ברזל, ניקל וקובלט) עולה הרבה יותר מהר מהטמפרטורה.לבסוף, פלטינה ופלדיום מראים עלייה בהתנגדות בפיגור מסוים מאחורי העלייה בטמפרטורה.
כדי למדוד טמפרטורות גבוהות, מה שנקרא מדחום עמידות פלטינה, המורכבת מחתיכת חוט פלטינה טהור דק הכרוכה בצורת ספירלה על צינור של חומר מבודד או אפילו התמזגה בדפנות צינור קוורץ. על ידי מדידת ההתנגדות של החוט, אתה יכול לקבוע את הטמפרטורה שלו מטבלה או מעקומה עבור טווח טמפרטורות מ -40 עד 1000 מעלות צלזיוס.
בין שאר החומרים בעלי מוליכות מתכתית יש לציין פחם, גרפיט, אנתרציט, הנבדלים ממתכות בעלות מקדם טמפרטורה שלילי.
ההתנגדות של סלניום באחד מהשינויים שלו (מתכתי, סלניום גבישי, אפור) משתנה לירידה משמעותית בחשיפה לקרני אור. תופעה זו שייכת לאזור תופעות פוטו-וולטאיות.
במקרה של סלניום ורבים דומים לו, האלקטרונים המופרדים מאטומי החומר כשהוא קולט קרני אור אינם מתעופפים דרך פני הגוף, אלא נשארים בתוך החומר, וכתוצאה מכך המוליכות החשמלית של החומר עולה באופן טבעי. התופעה נקראת תופעה פוטו-אלקטרית מהותית.
ראה גם:
מדוע לחומרים שונים יש עמידות שונה
מאפיינים חשמליים בסיסיים של חוטים וכבלים