Mikä määrittää johtimen resistanssin
Kemiallisesti puhtaista metalleista valmistetuille johtimille resistanssi ja sen vastavuoroisuus - sähkönjohtavuus - ovat tyypillinen fysikaalinen suure, mutta siitä huolimatta niiden resistanssiarvot tunnetaan suhteellisen pienellä tarkkuudella.
Tämä selittyy sillä, että metallien vastusarvoon vaikuttavat suuresti erilaiset satunnaiset, vaikeasti hallittavat olosuhteet.
Ensinnäkin puhtaan metallin pienet epäpuhtaudet lisäävät sen vastustuskykyä.
Sähkötekniikan tärkein metalli on hunaja, josta valmistetaan johtoja ja kaapeleita sähköenergian jakelua varten, osoittautuu tässä suhteessa erityisen herkäksi.
Merkittömän pienet hiilen epäpuhtaudet 0,05 % lisäävät kuparin vastustuskykyä 33 % verrattuna kemiallisesti puhtaan kuparin kestävyyteen, 0,13 % fosforin epäpuhtaudet lisäävät kuparin vastustuskykyä 48 %, 0,5 % raudan 176 %, jäämiä sinkkiä määrä, jota on vaikea mitata sen pienuuden vuoksi, 20 %.
Epäpuhtauksien vaikutus muiden metallien kestävyyteen on pienempi kuin kuparin tapauksessa.
Kemiallisesti puhtaiden tai yleensä tietyn kemiallisen koostumuksen omaavien metallien kestävyys riippuu niiden termisen ja mekaanisen käsittelyn menetelmästä.
Valssaus, vetäminen, karkaisu ja hehkutus voivat muuttaa metallin ominaisvastusta useita prosentteja.
Tämä selittyy sillä, että sula metalli kiteytyy jähmettymisen aikana muodostaen lukuisia ja satunnaisesti jakautuneita pieniä yksittäiskiteitä.
Kaikki mekaaninen käsittely tuhoaa nämä kiteet osittain ja siirtää niiden ryhmiä toistensa suhteen, minkä seurauksena metallikappaleen sähkön kokonaisjohtavuus yleensä muuttuu resistanssin kasvun suuntaan.
Pitkäaikainen hehkutus edullisessa lämpötilassa, joka on erilainen eri metalleille, liittyy kiteen pelkistymiseen ja se yleensä vähentää vastusta.
On olemassa menetelmiä, jotka mahdollistavat enemmän tai vähemmän merkittävien yksittäiskiteiden (yksittäisten kiteiden) saamisen sulan metallin kiinteytymisen aikana.
Jos metalli antaa oikean systeemin kiteitä, niin tällaisen metallin yksittäiskiteiden vastus on sama kaikkiin suuntiin. Jos metallikiteet kuuluvat kuusikulmaiseen, tetragonaaliseen tai trigonaaliseen järjestelmään, niin yksittäiskiteen vastusarvo riippuu virran suunnasta.
Raja-arvot (ääriarvot) saadaan kiteen symmetria-akselin suunnassa ja symmetria-akselia vastaan kohtisuorassa suunnassa, kaikissa muissa suunnissa vastuksella on väliarvot.
Tavanomaisilla menetelmillä saatujen metallikappaleiden pienten kiteiden satunnaisessa jakautumisessa on resistanssi, joka vastaa tiettyä keskiarvoa, ellei jähmettymisen aikana saada aikaan enemmän tai vähemmän järjestettyä kiteiden jakautumista.
Tästä on selvää, että muiden kemiallisesti puhtaiden metallien näytteiden, joiden kiteet eivät kuulu oikeaan järjestelmään, resistanssilla ei voi olla täysin määritettyjä arvoja.
Yleisimpien johtavien metallien ja metalliseosten resistanssiarvot 20 °C:ssa: Aineiden resistanssi ja sähkönjohtavuus
Lämpötilan vaikutus eri metallien kestävyyteen on lukuisten ja perusteellisten tutkimusten kohteena, koska kysymyksellä tästä vaikutuksesta on suuri teoreettinen ja käytännön merkitys.
Puhtaita metalleja lämpötilavastuskerroin, on suurimmaksi osaksi lähellä kaasujen lineaarisen lämpölaajenemisen lämpötilakerrointa, eli se ei juuri poikkea arvosta 0,004, joten alueella 0 - 100 ° C vastus on suunnilleen verrannollinen absoluuttiseen lämpötilaan.
Alle 0 °:n lämpötiloissa vastus laskee nopeammin kuin absoluuttinen lämpötila ja mitä nopeammin lämpötila laskee. Lähellä absoluuttista nollaa joidenkin metallien vastus muuttuu käytännössä nollaan. Korkeissa yli 100 °:n lämpötiloissa useimpien metallien lämpötilakerroin kasvaa hitaasti, eli vastus kasvaa hieman nopeammin kuin lämpötila.
Mielenkiintoisia seikkoja:
Niin kutsuttu ferromagneettiset metallit (raudan, nikkelin ja koboltin) vastustuskyky kasvaa paljon nopeammin kuin lämpötila.Lopuksi platina ja palladium osoittavat resistiivisyyden kasvua, joka on jonkin verran jäljessä lämpötilan noususta.
Korkeiden lämpötilojen mittaamiseen käytetään ns platinavastuslämpömittari, joka koostuu palasta ohutta puhdasta platinalankaa, joka on kierretty spiraalimaisesti eristysaineputken päälle tai jopa sulatettu kvartsiputken seinämiin. Mittaamalla langan vastuksen voit määrittää sen lämpötilan taulukosta tai käyrästä lämpötila-alueella -40 - 1000 ° C.
Muiden metallisen johtavuuden omaavien aineiden joukossa on huomioitava kivihiili, grafiitti, antrasiitti, jotka eroavat metalleista, joilla on negatiivinen lämpötilakerroin.
Seleenin vastus yhdessä sen muunnelmista (metallinen, kiteinen seleeni, harmaa) muuttuu merkittävästi alenemaan altistuessaan valonsäteille. Tämä ilmiö kuuluu alueelle aurinkosähköilmiöitä.
Seleenin ja monien muiden vastaavien tapauksessa aineen atomeista irronneet elektronit, kun se absorboi valonsäteitä, eivät lennä pois kehon pinnan läpi, vaan jäävät aineen sisään, minkä seurauksena sähkönjohtavuus aineen määrä kasvaa luonnollisesti. Ilmiötä kutsutaan sisäiseksi valosähköiseksi ilmiöksi.
Katso myös:
Miksi eri materiaaleilla on erilainen vastus?
Johtojen ja kaapeleiden sähköiset perusominaisuudet