Co decyduje o rezystancji przewodnika

Rezystancja i jej odwrotność – przewodnictwo elektryczne – dla przewodników wykonanych z chemicznie czystych metali są charakterystyczną wielkością fizyczną, niemniej jednak ich wartości rezystancji są znane ze stosunkowo małą dokładnością.

Wyjaśnia to fakt, że na wartość rezystancji metali duży wpływ mają różne przypadkowe, trudne do kontrolowania okoliczności.

Po pierwsze, często drobne zanieczyszczenia czystego metalu zwiększają jego odporność.

Najważniejszym metalem dla elektrotechniki jest Miód, z którego wykonane są przewody i kable do dystrybucji energii elektrycznej, okazuje się szczególnie wrażliwy pod tym względem.

Zaniedbywalnie małe domieszki węgla na poziomie 0,05% zwiększają odporność miedzi o 33% w stosunku do odporności chemicznie czystej miedzi, zanieczyszczenie 0,13% fosforem zwiększa odporność miedzi o 48%, 0,5% żelaza o 176%, śladowe ilości cynk w ilości trudnej do zmierzenia ze względu na jego małość, z 20%.

Wpływ zanieczyszczeń na odporność innych metali jest mniejszy niż w przypadku miedzi.

Odporność metali chemicznie czystych lub ogólnie o określonym składzie chemicznym zależy od sposobu ich obróbki cieplnej i mechanicznej.

Walcowanie, ciągnienie, hartowanie i wyżarzanie może zmienić rezystywność metalu o kilka procent.

Wyjaśnia to fakt, że stopiony metal krystalizuje podczas krzepnięcia, tworząc liczne i losowo rozmieszczone małe monokryształy.

Jakakolwiek obróbka mechaniczna częściowo niszczy te kryształy i przesuwa ich grupy względem siebie, w wyniku czego ogólna przewodność elektryczna kawałka metalu zmienia się zwykle w kierunku rosnącej rezystancji.

Długotrwałemu wyżarzaniu w korzystnej temperaturze, różnej dla różnych metali, towarzyszy redukcja kryształów i zwykle zmniejsza się rezystancja.

Istnieją metody, które umożliwiają uzyskanie mniej lub bardziej znaczących monokryształów (monokryształów) podczas krzepnięcia stopionych metali.

Jeśli metal daje kryształy o prawidłowym układzie, to opór monokryształów takiego metalu jest taki sam we wszystkich kierunkach. Jeśli kryształy metalu należą do układu heksagonalnego, tetragonalnego lub trygonalnego, to wartość rezystancji monokryształu zależy od kierunku prądu.

Wartości graniczne (ekstremalne) uzyskuje się w kierunku osi symetrii kryształu oraz w kierunku prostopadłym do osi symetrii, we wszystkich innych kierunkach rezystancja ma wartości pośrednie.

Kawałki metalu otrzymane konwencjonalnymi metodami, z przypadkowym rozmieszczeniem małych kryształów, mają opór równy pewnej średniej wartości, chyba że podczas krzepnięcia ustali się mniej lub bardziej uporządkowany rozkład kryształów.

Z tego jasno wynika, że ​​rezystancja próbek innych chemicznie czystych metali, których kryształy nie należą do prawidłowego układu, nie może mieć całkowicie określonych wartości.

Wartości rezystancji najczęściej przewodzących metali i stopów w temperaturze 20°C: Opór i przewodnictwo elektryczne substancji

Wpływ temperatury na rezystancję różnych metali jest przedmiotem licznych i gruntownych badań, ponieważ kwestia tego efektu ma duże znaczenie teoretyczne i praktyczne.

Czyste metale współczynnik temperaturowy oporu, w przeważającej części jest zbliżony do temperaturowego współczynnika liniowej rozszerzalności cieplnej gazów, tj. niewiele różni się od 0,004, a więc w zakresie od 0 do 100°C rezystancja jest w przybliżeniu proporcjonalna do temperatury bezwzględnej.

W temperaturach poniżej 0° rezystancja spada szybciej niż temperatura bezwzględna i tym szybciej spada temperatura. W temperaturach bliskich zeru bezwzględnemu rezystancja niektórych metali staje się praktycznie zerowa. Przy wysokich temperaturach powyżej 100° współczynnik temperaturowy większości metali rośnie powoli, tj. rezystancja wzrasta nieco szybciej niż temperatura.

Interesujące fakty:

Tak zwany metale ferromagnetyczne (żelazo, nikiel i kobalt) odporność wzrasta znacznie szybciej niż temperatura.Wreszcie, platyna i pallad wykazują wzrost rezystywności nieco opóźniony w stosunku do wzrostu temperatury.

Do pomiaru wysokich temperatur tzw platynowy termometr rezystancyjny, składający się z kawałka cienkiego drutu z czystej platyny nawiniętego spiralnie na rurkę z substancji izolacyjnej lub nawet wtopionej w ścianki rurki kwarcowej. Mierząc rezystancję drutu można określić jego temperaturę z tabeli lub z krzywej dla zakresu temperatur od -40 do 1000°C.

Wśród innych substancji o przewodnictwie metalicznym należy zwrócić uwagę na węgiel, grafit, antracyt, które różnią się od metali o ujemnym współczynniku temperaturowym.

Odporność selenu w jednej z jego odmian (metaliczny, selen krystaliczny, szary) zmienia się do znacznego spadku pod wpływem promieni świetlnych. Zjawisko to należy do obszaru zjawiska fotowoltaiczne.

W przypadku selenu i wielu im podobnych elektrony oderwane od atomów substancji podczas pochłaniania przez nią promieni świetlnych nie przelatują przez powierzchnię ciała, lecz pozostają wewnątrz substancji, w wyniku czego przewodnictwo elektryczne substancji naturalnie wzrasta. Zjawisko to nazywane jest wewnętrznym zjawiskiem fotoelektrycznym.

Zobacz też:

Dlaczego różne materiały mają różną rezystancję

Podstawowe charakterystyki elektryczne przewodów i kabli