Más tarde se estableció que la resistencia de una parcela depende de sus características geométricas de la siguiente manera: R = ρl / S,
donde l es la longitud del conductor, S es el área de su sección transversal, y ρ es un cierto coeficiente de proporcionalidad.
Por lo tanto, la resistencia está determinada por la geometría del conductor, así como por un parámetro como la resistividad (en lo sucesivo, "C"), este coeficiente se denomina así. Si toma dos conductores con la misma sección transversal y la misma longitud y los pone en el circuito, luego, al medir la intensidad y la resistencia actuales, puede ver que en dos casos estas cifras serán diferentes. Por lo tanto, la resistividad eléctrica es una característica del material del cual está hecho el conductor, y para ser aún más preciso, de la sustancia.
Conductividad y resistencia.
Ws Muestra la capacidad de una sustancia para evitar el paso de la corriente. Pero en física también hay una conductividad recíproca. Muestra la capacidad de conducir corriente eléctrica. Se parece a esto:
σ = 1 / ρ, donde ρ es la resistividad de la sustancia.
Si hablamos de conductividad, está determinada por las características de los portadores de carga en esta sustancia. Así, en los metales hay electrones libres. En la capa exterior no hay más de tres, y es más rentable para el átomo "regalarlos", que es lo que sucede durante las reacciones químicas con sustancias del lado derecho de la tabla periódica. En la situación en la que tenemos un metal puro, tiene una estructura cristalina en la que estos electrones externos son comunes. Llevan la carga si se aplica un campo eléctrico al metal.
En las soluciones, los portadores de carga son iones.
Si hablamos de sustancias como el silicio, entonces, por sus propiedades, es un semiconductor y funciona de manera algo diferente, pero más adelante hablaremos de eso. Por ahora entenderemos, que tales clases de sustancias difieren, como:
- Conductores;
- Semiconductores;
- Dieléctricos.
Conductores y dieléctricos.
Hay sustancias que casi no conducen a la corriente. Se llaman dieléctricos. Dichas sustancias pueden polarizarse en un campo eléctrico, es decir, sus moléculas pueden rotar en este campo dependiendo de cómo se distribuyan los electrones en ellas. Pero como estos electrones no son libres, sino que sirven para unirse entre los átomos, no conducen la corriente.
La conductividad de los dieléctricos es casi cero, aunque no hay ninguna ideal entre ellos (esta es la misma abstracción que un cuerpo negro o un gas ideal).
El límite condicional del concepto "conductor" es ρ <10 -5 ohmios, y el umbral inferior del dieléctrico es 10 8 ohmios.
Entre estas dos clases hay sustancias llamadas semiconductores. Pero su aislamiento en un grupo separado de sustancias está conectado no tanto con su estado intermedio en la línea de "conductividad - resistencia", como con las peculiaridades de esta conductividad en diversas condiciones.
Dependencia de los factores ambientales.
La conductividad no es del todo constante. Los datos en las tablas de los que se toma ρ para cálculos existen para condiciones ambientales normales, es decir, para una temperatura de 20 grados. En realidad, es difícil encontrar tales condiciones ideales para el funcionamiento del circuito; en realidad ws (y por lo tanto, la conductividad) depende de los siguientes factores:
- temperatura;
- presión
- la presencia de campos magnéticos;
- luz
- Estado agregativo.
Diferentes sustancias tienen su propio horario para cambiar este parámetro en diferentes condiciones. Por lo tanto, los ferromagnetos (hierro y níquel) lo aumentan cuando la dirección de la corriente coincide con la dirección de las líneas del campo magnético. En cuanto a la temperatura, la dependencia aquí es casi lineal (incluso existe el concepto de coeficiente de resistencia a la temperatura, y esto también es un valor tabular). Pero la dirección de esta dependencia es diferente: para los metales aumenta a medida que aumenta la temperatura, y para los elementos de tierras raras y las soluciones de electrolitos aumenta, y esto se encuentra dentro del mismo estado de agregación.
En los semiconductores, la dependencia de la temperatura no es lineal, sino hiperbólica e inversa: a medida que aumenta la temperatura, aumenta su conductividad. Esto distingue cualitativamente a los conductores de los semiconductores. Aquí está la dependencia de ρ de la temperatura de los conductores:
Aquí están la resistividad del cobre, platino y hierro. Algunos metales tienen una gráfica ligeramente diferente, por ejemplo, mercurio: cuando la temperatura desciende a 4 K, se pierde casi por completo (este fenómeno se denomina superconductividad).
Y para los semiconductores, esta dependencia será algo como esto:
Durante la transición al estado líquido, el metal ρ aumenta, pero luego todos se comportan de manera diferente. Por ejemplo, en bismuto fundido es más bajo que a temperatura ambiente, y en cobre es 10 veces más alto de lo normal. El níquel deja el gráfico de líneas a 400 grados, después de lo cual ρ cae.
Pero la dependencia de la temperatura del tungsteno es tan alta que hace que las lámparas incandescentes se quemen. Cuando se enciende, la corriente calienta la espiral y su resistencia aumenta varias veces.
También tengo. c. Las aleaciones dependen de la tecnología de su producción. Entonces, si estamos tratando con una mezcla mecánica simple, entonces la resistencia de una sustancia de este tipo puede calcularse por el promedio, pero es en la aleación de sustitución (esto es cuando dos o más elementos se agregan a una red cristalina) será diferente, en general, mucho más grande. Por ejemplo, el nicrom, a partir del cual se hacen las espirales para las estufas eléctricas, tiene una figura de este parámetro que cuando se conecta a un circuito, este conductor se calienta hasta enrojecimiento (por lo que realmente se usa).
Aquí está la característica ρ de acero al carbono:
Como puede verse, a medida que se aproxima al punto de fusión, se estabiliza.
Resistividad de varios conductores.
Sea como sea, en los cálculos ρ se utiliza en condiciones normales. Te damos una tabla mediante la cual puedes comparar esta característica con diferentes metales:
| metal | resistividad, ohm · m | coeficiente de temperatura, 1 / ° С * 10 -3 |
| cobre | 1.68 * 10 -8 | 3.9 |
| aluminio | 2, 82 * 10 -8 | 3.9 |
| hierro | 1 * 10 -7 | 5 |
| plateado | 1.59 * 10 -8 | 3.8 |
| dorado | 2, 44 * 10 -8 | 3.4 |
| magnesio | 4.4 * 10 -8 | 3.9 |
| lata | 1.09 * 10 -7 | 4.5 |
| liderar | 2.2 * 10 -7 | 3.9 |
| cinc | 5.9 * 10 -8 | 3.7 |
Como muestra la tabla, el mejor conductor es el plateado. Y solo su costo evita que se aplique masivamente en la producción de cables. Ws El aluminio también es pequeño, pero menos que el oro. Desde la mesa queda claro por qué el cableado en las casas es de cobre o aluminio.
La tabla no incluye el níquel, que, como hemos dicho, tiene una gráfica un tanto inusual de las dependencias y. c. en la temperatura La resistividad del níquel después de subir a 400 grados no comienza a subir, sino a caer. Curiosamente, se comporta en otras aleaciones de reemplazo. Así es como se comporta la aleación de cobre y níquel, dependiendo del porcentaje de los dos:
Y este interesante gráfico muestra la resistencia de las aleaciones de zinc-magnesio:
Como los materiales para la fabricación de reóstatos usan aleaciones de alta resistencia, aquí están sus características:
| aleación | resistividad |
| manganina | 4.82 * 10 -7 |
| Constantan | 4.9 * 10 -7 |
| nicrom | 1.1 * 10 -6 |
| fecral | 1.2 * 10 -6 |
| cromal | 1.2 * 10 -6 |
Estas son aleaciones complejas que consisten en hierro, aluminio, cromo, manganeso y níquel.
En cuanto a los aceros al carbono, es de aproximadamente 1.7 * 10 -7 Ohm · m.
La diferencia entre y. c. Diferentes conductores determinan su uso. Por lo tanto, el cobre y el aluminio se utilizan masivamente en la fabricación de cables, y oro y plata, como contactos en una serie de productos de ingeniería de radio. Los conductores de alta resistencia han encontrado su lugar entre los fabricantes de aparatos eléctricos (más precisamente, fueron creados para esto).
La variabilidad de este parámetro dependiendo de las condiciones ambientales formó la base de dispositivos tales como sensores de campo magnético, termistores, medidores de tensión, fotorresistores.