Site Loader

Содержание

Удельное электрическое сопротивление — Википедия. Что такое Удельное электрическое сопротивление

Уде́льное электри́ческое сопротивле́ние, или просто удельное сопротивление вещества — физическая величина, характеризующая способность вещества препятствовать прохождению электрического тока.

Удельное сопротивление обозначается греческой буквой ρ. Величина, обратная удельному сопротивлению, называется удельной проводимостью (удельной электропроводностью). В отличие от электрического сопротивления, являющегося свойством проводника и зависящего от его материала, формы и размеров, удельное электрическое сопротивление является свойством только вещества.

Электрическое сопротивление однородного проводника с удельным сопротивлением ρ, длиной l и площадью поперечного сечения S может быть рассчитано по формуле R = ρ ⋅ l S {\displaystyle R={\frac {\rho \cdot l}{S}}} (при этом предполагается, что ни площадь, ни форма поперечного сечения не меняются вдоль проводника). Соответственно, для ρ выполняется ρ = R ⋅ S l . {\displaystyle \rho ={\frac {R\cdot S}{l}}.}

Из последней формулы следует: физический смысл удельного сопротивления вещества заключается в том, что оно представляет собой сопротивление изготовленного из этого вещества однородного проводника единичной длины и с единичной площадью поперечного сечения.

Единицы измерения

Единица измерения удельного сопротивления в Международной системе единиц (СИ) — Ом·м

[1]. Из соотношения ρ = R ⋅ S l {\displaystyle \rho ={\frac {R\cdot S}{l}}} следует, что единица измерения удельного сопротивления в системе СИ равна такому удельному сопротивлению вещества, при котором однородный проводник длиной 1 м с площадью поперечного сечения 1 м², изготовленный из этого вещества, имеет сопротивление, равное 1 Ом[2]. Соответственно, удельное сопротивление произвольного вещества, выраженное в единицах СИ, численно равно сопротивлению участка электрической цепи, выполненного из данного вещества, длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 м².

В технике также применяется устаревшая внесистемная единица Ом·мм²/м, равная 10−6 от 1 Ом·м[1]. Данная единица равна такому удельному сопротивлению вещества, при котором однородный проводник длиной 1 м с площадью поперечного сечения 1 мм², изготовленный из этого вещества, имеет сопротивление, равное 1 Ом[2]. Соответственно, удельное сопротивление какого-либо вещества, выраженное в этих единицах, численно равно сопротивлению участка электрической цепи, выполненного из данного вещества, длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм².

Обобщение понятия удельного сопротивления

\rho ={\frac  {R\cdot S}{l}}
Кусок резистивного материала с электрическими контактами на обоих концах

Удельное сопротивление можно определить также для неоднородного материала, свойства которого меняются от точки к точке. В этом случае оно является не константой, а скалярной функцией координат — коэффициентом, связывающим напряжённость электрического поля E → ( r → ) {\displaystyle {\vec {E}}({\vec {r}})} и плотность тока J → ( r → ) {\displaystyle {\vec {J}}({\vec {r}})} в данной точке r → {\displaystyle {\vec {r}}} . Указанная связь выражается законом Ома в дифференциальной форме:

E → ( r → ) = ρ ( r → ) J → ( r → ) . {\displaystyle {\vec {E}}({\vec {r}})=\rho ({\vec {r}}){\vec {J}}({\vec {r}}).}

Эта формула справедлива для неоднородного, но изотропного вещества. Вещество может быть и анизотропно (большинство кристаллов, намагниченная плазма и т. д.), то есть его свойства могут зависеть от направления. В этом случае удельное сопротивление является зависящим от координат тензором второго ранга, содержащим девять компонент ρ i j {\displaystyle \rho _{ij}} . В анизотропном веществе векторы плотности тока и напряжённости электрического поля в каждой данной точке вещества не сонаправлены; связь между ними выражается соотношением

E i ( r → ) = ∑ j = 1 3 ρ i j ( r → ) J j ( r → ) . {\displaystyle E_{i}({\vec {r}})=\sum _{j=1}^{3}\rho _{ij}({\vec {r}})J_{j}({\vec {r}}).}

В анизотропном, но однородном веществе тензор ρ i j {\displaystyle \rho _{ij}} от координат не зависит.

Тензор ρ i j {\displaystyle \rho _{ij}} симметричен, то есть для любых i {\displaystyle i} и j {\displaystyle j} выполняется ρ i j = ρ j i {\displaystyle \rho _{ij}=\rho _{ji}} .

Как и для всякого симметричного тензора, для ρ i j {\displaystyle \rho _{ij}} можно выбрать ортогональную систему декартовых координат, в которых матрица ρ i j {\displaystyle \rho _{ij}} становится диагональной, то есть приобретает вид, при котором из девяти компонент ρ i j {\displaystyle \rho _{ij}} отличными от нуля являются лишь три: ρ 11 {\displaystyle \rho _{11}} , ρ 22 {\displaystyle \rho _{22}} и ρ 33 {\displaystyle \rho _{33}} . В этом случае, обозначив ρ i i {\displaystyle \rho _{ii}} как ρ i {\displaystyle \rho _{i}} , вместо предыдущей формулы получаем более простую

E i = ρ i J i . {\displaystyle E_{i}=\rho _{i}J_{i}.}

Величины ρ i {\displaystyle \rho _{i}} называют главными значениями тензора удельного сопротивления.

Связь с удельной проводимостью

В изотропных материалах связь между удельным сопротивлением ρ {\displaystyle \rho } и удельной проводимостью σ {\displaystyle \sigma } выражается равенством

ρ = 1 σ . {\displaystyle \rho ={\frac {1}{\sigma }}.}

В случае анизотропных материалов связь между компонентами тензора удельного сопротивления ρ i j {\displaystyle \rho _{ij}} и тензора удельной проводимости σ i j {\displaystyle \sigma _{ij}} имеет более сложный характер. Действительно, закон Ома в дифференциальной форме для анизотропных материалов имеет вид:

J i ( r → ) = ∑ j = 1 3 σ i j ( r → ) E j ( r → ) . {\displaystyle J_{i}({\vec {r}})=\sum _{j=1}^{3}\sigma _{ij}({\vec {r}})E_{j}({\vec {r}}).}

Из этого равенства и приведённого ранее соотношения для E i ( r → ) {\displaystyle E_{i}({\vec {r}})} следует, что тензор удельного сопротивления является обратным тензору удельной проводимости. С учётом этого для компонент тензора удельного сопротивления выполняется:

ρ 11 = 1 det ( σ ) [ σ 22 σ 33 − σ 23 σ 32 ] , {\displaystyle \rho _{11}={\frac {1}{\det(\sigma )}}[\sigma _{22}\sigma _{33}-\sigma _{23}\sigma _{32}],}
ρ 12 = 1 det ( σ ) [ σ 33 σ 12 − σ 13 σ 32 ] , {\displaystyle \rho _{12}={\frac {1}{\det(\sigma )}}[\sigma _{33}\sigma _{12}-\sigma _{13}\sigma _{32}],}

где det ( σ ) {\displaystyle \det(\sigma )}  — определитель матрицы, составленной из компонент тензора σ i j {\displaystyle \sigma _{ij}} . Остальные компоненты тензора удельного сопротивления получаются из приведённых уравнений в результате циклической перестановки индексов 1, 2 и 3[3].

Удельное электрическое сопротивление некоторых веществ

Металлические монокристаллы

В таблице приведены главные значения тензора удельного сопротивления монокристаллов при температуре 20 °C[4].

Кристалл ρ12, 10−8 Ом·м ρ3, 10−8 Ом·м
Олово 9,9 14,3
Висмут 109 138
Кадмий 6,8 8,3
Цинк 5,91 6,13
Теллур 2,90·109 5,9·109

Металлы и сплавы, применяемые в электротехнике

Разброс значений обусловлен разной химической чистотой металлов, способов изготовления образцов, изученных разными учеными и непостоянством состава сплавов.

Металл ρ, Ом·мм²/м
Серебро 0,015…0,0162
Медь 0,01724…0,018
Золото 0,023
Алюминий 0,0262…0,0295
Иридий 0,0474
Молибден 0,054
Вольфрам 0,053…0,055
Цинк 0,059
Никель 0,087
Железо 0,098
Платина 0,107
Олово 0,12
Свинец 0,217…0,227
Титан 0,5562…0,7837
Висмут 1,2
Сплав ρ, Ом·мм²/м
Сталь 0,103…0,137
Никелин 0,42
Константан 0,5
Манганин 0,43…0,51
Нихром 1,05…1,4
Фехраль 1,15…1,35
Хромаль 1,3…1,5
Латунь 0,025…0,108
Бронза 0,095…0,1

Значения даны при температуре t = 20 °C. Сопротивления сплавов зависят от их химического состава и могут варьироваться. Для чистых веществ колебания численных значений удельного сопротивления обусловлены различными методами механической и термической обработки, например, отжигом проволоки после волочения.

Другие вещества

Тонкие плёнки

Сопротивление тонких плоских плёнок (когда её толщина много меньше расстояния между контактами) принято называть «удельным сопротивлением на квадрат», R S q . {\displaystyle R_{\mathrm {Sq} }.} Этот параметр удобен тем, что сопротивление квадратного куска проводящей плёнки не зависит от размеров этого квадрата, при приложении напряжения по противоположным сторонам квадрата. При этом сопротивление куска плёнки, если он имеет форму прямоугольника, не зависит от его линейных размеров, а только от отношения длины (измеренной вдоль линий тока) к его ширине L/W: R S q = R W / L , {\displaystyle R_{\mathrm {Sq} }=RW/L,} где R — измеренное сопротивление. В общем случае, если форма образца отличается от прямоугольной, и поле в пленке неоднородное, используют метод ван дер Пау.

Примечания

  1. 1 2 Деньгуб В. М., Смирнов В. Г. Единицы величин. Словарь-справочник. — М.: Издательство стандартов, 1990. — С. 93. — 240 с. — ISBN 5-7050-0118-5.
  2. 1 2 Чертов А. Г. Единицы физических величин. — М.: «Высшая школа», 1977. — 287 с.
  3. Давыдов А. С. Теория твёрдого тела. — М.: «Наука», 1976. — С. 191—192. — 646 с.
  4. Шувалов Л. А. и др. Физические свойства кристаллов // Современная кристаллография / Гл. ред. Б. К. Вайнштейн. — М.: «Наука», 1981. — Т. 4. — С. 317.

См. также

Удельное электрическое сопротивление — Википедия. Что такое Удельное электрическое сопротивление

Уде́льное электри́ческое сопротивле́ние, или просто удельное сопротивление вещества — физическая величина, характеризующая способность вещества препятствовать прохождению электрического тока.

Удельное сопротивление обозначается греческой буквой ρ. Величина, обратная удельному сопротивлению, называется удельной проводимостью (удельной электропроводностью). В отличие от электрического сопротивления, являющегося свойством проводника и зависящего от его материала, формы и размеров, удельное электрическое сопротивление является свойством только вещества.

Электрическое сопротивление однородного проводника с удельным сопротивлением ρ, длиной l и площадью поперечного сечения S может быть рассчитано по формуле R = ρ ⋅ l S {\displaystyle R={\frac {\rho \cdot l}{S}}} (при этом предполагается, что ни площадь, ни форма поперечного сечения не меняются вдоль проводника). Соответственно, для ρ выполняется ρ = R ⋅ S l . {\displaystyle \rho ={\frac {R\cdot S}{l}}.}

Из последней формулы следует: физический смысл удельного сопротивления вещества заключается в том, что оно представляет собой сопротивление изготовленного из этого вещества однородного проводника единичной длины и с единичной площадью поперечного сечения.

Единицы измерения

Единица измерения удельного сопротивления в Международной системе единиц (СИ) — Ом·м[1]. Из соотношения ρ = R ⋅ S l {\displaystyle \rho ={\frac {R\cdot S}{l}}} следует, что единица измерения удельного сопротивления в системе СИ равна такому удельному сопротивлению вещества, при котором однородный проводник длиной 1 м с площадью поперечного сечения 1 м², изготовленный из этого вещества, имеет сопротивление, равное 1 Ом

[2]. Соответственно, удельное сопротивление произвольного вещества, выраженное в единицах СИ, численно равно сопротивлению участка электрической цепи, выполненного из данного вещества, длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 м².

В технике также применяется устаревшая внесистемная единица Ом·мм²/м, равная 10−6 от 1 Ом·м[1]. Данная единица равна такому удельному сопротивлению вещества, при котором однородный проводник длиной 1 м с площадью поперечного сечения 1 мм², изготовленный из этого вещества, имеет сопротивление, равное 1 Ом[2]. Соответственно, удельное сопротивление какого-либо вещества, выраженное в этих единицах, численно равно сопротивлению участка электрической цепи, выполненного из данного вещества, длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм².

Обобщение понятия удельного сопротивления

\rho ={\frac  {R\cdot S}{l}}
Кусок резистивного материала с электрическими контактами на обоих концах

Удельное сопротивление можно определить также для неоднородного материала, свойства которого меняются от точки к точке. В этом случае оно является не константой, а скалярной функцией координат — коэффициентом, связывающим напряжённость электрического поля E → ( r → ) {\displaystyle {\vec {E}}({\vec {r}})} и плотность тока J → ( r → ) {\displaystyle {\vec {J}}({\vec {r}})} в данной точке r → {\displaystyle {\vec {r}}} . Указанная связь выражается законом Ома в дифференциальной форме:

E → ( r → ) = ρ ( r → ) J → ( r → ) . {\displaystyle {\vec {E}}({\vec {r}})=\rho ({\vec {r}}){\vec {J}}({\vec {r}}).}

Эта формула справедлива для неоднородного, но изотропного вещества. Вещество может быть и анизотропно (большинство кристаллов, намагниченная плазма и т. д.), то есть его свойства могут зависеть от направления. В этом случае удельное сопротивление является зависящим от координат тензором второго ранга, содержащим девять компонент ρ i j {\displaystyle \rho _{ij}} . В анизотропном веществе векторы плотности тока и напряжённости электрического поля в каждой данной точке вещества не сонаправлены; связь между ними выражается соотношением

E i ( r → ) = ∑ j = 1 3 ρ i j ( r → ) J j ( r → ) . {\displaystyle E_{i}({\vec {r}})=\sum _{j=1}^{3}\rho _{ij}({\vec {r}})J_{j}({\vec {r}}).}

В анизотропном, но однородном веществе тензор ρ i j {\displaystyle \rho _{ij}} от координат не зависит.

Тензор ρ i j {\displaystyle \rho _{ij}} симметричен, то есть для любых i {\displaystyle i} и j {\displaystyle j} выполняется ρ i j = ρ j i {\displaystyle \rho _{ij}=\rho _{ji}} .

Как и для всякого симметричного тензора, для ρ i j {\displaystyle \rho _{ij}} можно выбрать ортогональную систему декартовых координат, в которых матрица ρ i j {\displaystyle \rho _{ij}} становится диагональной, то есть приобретает вид, при котором из девяти компонент ρ i j {\displaystyle \rho _{ij}} отличными от нуля являются лишь три: ρ 11 {\displaystyle \rho _{11}} , ρ 22 {\displaystyle \rho _{22}} и ρ 33 {\displaystyle \rho _{33}} . В этом случае, обозначив ρ i i {\displaystyle \rho _{ii}} как ρ i {\displaystyle \rho _{i}} , вместо предыдущей формулы получаем более простую

E i = ρ i J i . {\displaystyle E_{i}=\rho _{i}J_{i}.}

Величины ρ i {\displaystyle \rho _{i}} называют главными значениями тензора удельного сопротивления.

Связь с удельной проводимостью

В изотропных материалах связь между удельным сопротивлением ρ {\displaystyle \rho } и удельной проводимостью σ {\displaystyle \sigma } выражается равенством

ρ = 1 σ . {\displaystyle \rho ={\frac {1}{\sigma }}.}

В случае анизотропных материалов связь между компонентами тензора удельного сопротивления ρ i j {\displaystyle \rho _{ij}} и тензора удельной проводимости σ i j {\displaystyle \sigma _{ij}} имеет более сложный характер. Действительно, закон Ома в дифференциальной форме для анизотропных материалов имеет вид:

J i ( r → ) = ∑ j = 1 3 σ i j ( r → ) E j ( r → ) . {\displaystyle J_{i}({\vec {r}})=\sum _{j=1}^{3}\sigma _{ij}({\vec {r}})E_{j}({\vec {r}}).}

Из этого равенства и приведённого ранее соотношения для E i ( r → ) {\displaystyle E_{i}({\vec {r}})} следует, что тензор удельного сопротивления является обратным тензору удельной проводимости. С учётом этого для компонент тензора удельного сопротивления выполняется:

ρ 11 = 1 det ( σ ) [ σ 22 σ 33 − σ 23 σ 32 ] , {\displaystyle \rho _{11}={\frac {1}{\det(\sigma )}}[\sigma _{22}\sigma _{33}-\sigma _{23}\sigma _{32}],}
ρ 12 = 1 det ( σ ) [ σ 33 σ 12 − σ 13 σ 32 ] , {\displaystyle \rho _{12}={\frac {1}{\det(\sigma )}}[\sigma _{33}\sigma _{12}-\sigma _{13}\sigma _{32}],}

где det ( σ ) {\displaystyle \det(\sigma )}  — определитель матрицы, составленной из компонент тензора σ i j {\displaystyle \sigma _{ij}} . Остальные компоненты тензора удельного сопротивления получаются из приведённых уравнений в результате циклической перестановки индексов 1, 2 и 3[3].

Удельное электрическое сопротивление некоторых веществ

Металлические монокристаллы

В таблице приведены главные значения тензора удельного сопротивления монокристаллов при температуре 20 °C[4].

Кристалл ρ12, 10−8 Ом·м ρ3, 10−8 Ом·м
Олово 9,9 14,3
Висмут 109 138
Кадмий 6,8 8,3
Цинк 5,91 6,13
Теллур 2,90·109 5,9·109

Металлы и сплавы, применяемые в электротехнике

Разброс значений обусловлен разной химической чистотой металлов, способов изготовления образцов, изученных разными учеными и непостоянством состава сплавов.

Металл ρ, Ом·мм²/м
Серебро 0,015…0,0162
Медь 0,01724…0,018
Золото 0,023
Алюминий 0,0262…0,0295
Иридий 0,0474
Молибден 0,054
Вольфрам 0,053…0,055
Цинк 0,059
Никель 0,087
Железо 0,098
Платина 0,107
Олово 0,12
Свинец 0,217…0,227
Титан 0,5562…0,7837
Висмут 1,2
Сплав ρ, Ом·мм²/м
Сталь 0,103…0,137
Никелин 0,42
Константан 0,5
Манганин 0,43…0,51
Нихром 1,05…1,4
Фехраль 1,15…1,35
Хромаль 1,3…1,5
Латунь 0,025…0,108
Бронза 0,095…0,1

Значения даны при температуре t = 20 °C. Сопротивления сплавов зависят от их химического состава и могут варьироваться. Для чистых веществ колебания численных значений удельного сопротивления обусловлены различными методами механической и термической обработки, например, отжигом проволоки после волочения.

Другие вещества

Тонкие плёнки

Сопротивление тонких плоских плёнок (когда её толщина много меньше расстояния между контактами) принято называть «удельным сопротивлением на квадрат», R S q . {\displaystyle R_{\mathrm {Sq} }.} Этот параметр удобен тем, что сопротивление квадратного куска проводящей плёнки не зависит от размеров этого квадрата, при приложении напряжения по противоположным сторонам квадрата. При этом сопротивление куска плёнки, если он имеет форму прямоугольника, не зависит от его линейных размеров, а только от отношения длины (измеренной вдоль линий тока) к его ширине L/W: R S q = R W / L , {\displaystyle R_{\mathrm {Sq} }=RW/L,} где R — измеренное сопротивление. В общем случае, если форма образца отличается от прямоугольной, и поле в пленке неоднородное, используют метод ван дер Пау.

Примечания

  1. 1 2 Деньгуб В. М., Смирнов В. Г. Единицы величин. Словарь-справочник. — М.: Издательство стандартов, 1990. — С. 93. — 240 с. — ISBN 5-7050-0118-5.
  2. 1 2 Чертов А. Г. Единицы физических величин. — М.: «Высшая школа», 1977. — 287 с.
  3. Давыдов А. С. Теория твёрдого тела. — М.: «Наука», 1976. — С. 191—192. — 646 с.
  4. Шувалов Л. А. и др. Физические свойства кристаллов // Современная кристаллография / Гл. ред. Б. К. Вайнштейн. — М.: «Наука», 1981. — Т. 4. — С. 317.

См. также

Удельное сопротивление — это что такое?

Когда говорят, что медь является более тяжелым металлом, чем алюминий, то сравнивают их плотности. Аналогичным образом, когда говорят, что медь является лучшим проводником, чем алюминий, сравнивают их удельное сопротивление (ρ), значение которых не зависит от размера или формы конкретного образца — только от самого материала.

Теоретическое обоснование

Измерение удельного сопротивления

Резистентность является мерой сопротивления электрической проводимости для заданного размера материала. Ее противоположность — электрическая проводимость. Металлы — хорошие электрические проводники (высокая проводимость и низкое значение ρ), в то время как неметаллы в основном являются плохими проводниками (низкая проводимость и высокое значение ρ).

Более знакомое термическое электрическое сопротивление измеряет, насколько трудно материалу проводить электричество. Это зависит от размера детали: сопротивление выше для более длинного или более узкого участка материала. Чтобы устранить эффект размера от сопротивления, используется удельное сопротивление провода — это материальное свойство, которое не зависит от размера. Для большинства материалов сопротивление увеличивается с температурой. Исключением являются полупроводники (например, кремний), в которых оно уменьшается с температурой.

Легкость, с которой материал проводит тепло, измеряется теплопроводностью. В качестве первой оценки хорошие электрические проводники также являются хорошими тепловыми проводниками. Сопротивление обозначается символом r, а его единица измерения — омметр. Сопротивление чистой меди составляет 1,7 × 10 -8 Ом. Это очень небольшое число — 0,000 000 017 Ом говорит о том, что кубический метр меди практически не оказывает сопротивление. Чем меньше удельное сопротивление (омметр или Ωm), тем лучше материал используется в электропроводке. Сопротивление — это обратная сторона проводимости.

Классификация материалов

Сравнение материалов

Величина сопротивления материала часто используется для классификации в качестве проводника, полупроводника или изолятора. Твердые элементы классифицируются как изоляторы, полупроводники или проводники по их «статическому сопротивлению» в периодической таблице элементов. Удельное сопротивление в изоляторе, полупроводнике или проводящем материале является основным свойством, которое учитывается для применения в электротехнике.

Удельное сопротивление

В таблице показаны некоторые данные ρ, σ и температурных коэффициентов. Для металлов сопротивление возрастает по мере увеличения температуры. Для полупроводников и многих изоляторов верно обратное.

Материал

ρ (Ωm) при 20 ° C

σ (S / m) при 20 ° C

Температурный коэффициент (1 / ° C) x10 ^ -3

Серебро

1,59 × 10 -8

6,30 × 10 7

3,8

Медь

1,68 × 10 -8

5,96 × 10 7

3,9

Золото

2,44 × 10 -8

4,10 × 10 7

3,4

Алюминий

2,82 × 10 -8

3,5 × 10 7

3,9

Вольфрам

5,60 × 10 -8

1,79 × 10 7

4.5

Цинк

5,90 × 10 -8

1,69 × 10 7

3,7

Никель

6,99 × 10 -8

1,43 × 10 7

6

Литий

9,28 × 10 -8

1.08 × 10 7

6

Железо

1,0 × 10 -7

1,00 × 10 7

5

Платиновый

1,06 × 10 -7

9,43 × 10 6

3,9

Свинец

2,2 × 10 -7

4,55 × 10 6

3,9

Константан

4,9 × 10 -7

2.04 × 10 6

0,008

Меркурий

9,8 × 10 -7

1,02 × 10 6

0.9

Нихром

1.10 × 10 -6

9,09 × 10 5

0,4

Углерод (аморфный)

5 × 10 -4 до 8 × 10 -4

1,25-2 × 10 3

-0,5

Расчет удельного сопротивления

Для любой заданной температуры мы можем вычислить электрическое сопротивление объекта в омах, используя следующую формулу.

Удельное сопротивление

В этой формуле:

  • R — сопротивление объекта, в омах;
  • ρ – сопротивление (удельное) материала, из которого изготовлен объект;
  • L — длина объекта в метрах;
  • A—площадь поперечного сечения объекта, в квадратных метрах.

Удельное сопротивление равно определенному количеству омметров. Несмотря на то, что единица ρ в системе СИ, как правило, омметр, иногда применяют размерность ом на сантиметр.

Сопротивление материала определяется по величине электрического поля по нему, что дает определенную плотность тока.

ρ = E/ J, где:

  • ρ — в омметр;
  • E — величина электрического поля в вольтах на метр;
  • J — величина плотности тока в амперах на квадратный метр.

Как определить удельное сопротивление? Многие резисторы и проводники имеют равномерное поперечное сечение с равномерным потоком электрического тока. Поэтому существует более конкретное, но более широко используемое уравнение.

ρ = R*А/ J, где:

  • R — сопротивление однородного образца материала, измеренного в омах;
  • l — длина части материала, измеренная в метрах, м;
  • A — площадь поперечного сечения образца, измеренная в квадратных метрах, м2.

Основы резистивности материалов

Удельное сопротивление

Электросопротивление материала также известно как удельное электрическое сопротивление. Это показатель того, насколько сильно материал противостоит потоку электрического тока. Определить его можно через деление сопротивления на единицу длины и на единицу площади поперечного сечения, для конкретного материала при заданной температуре.

Это означает, что низкое ρ указывает на материал, который легко позволяет перемещать электроны. И наоборот, материал с высоким ρ будет иметь высокое сопротивление и препятствовать потоку электронов. Элементы, такие как медь и алюминий, известны своим низким уровнем ρ. Серебро и, в частности, золото имеют очень низкое значение ρ, но по очевидным причинам их использование ограничено.

Область резистивности

Материалы помещаются в разные категории в зависимости от их показателя ρ. Краткое изложение приведено в таблице ниже.

Уровень проводимости полупроводников зависит от уровня легирования. Без легирования они выглядят почти как изоляторы, что аналогично и для электролитов. Уровень ρ материалов изменяется в широких пределах.

Категории оборудования и тип материалов

Область резистивности наиболее распространенных материалов в зависимости от ρ

Электролиты

Переменная

Изоляторы

~ 10 ^ 16

Металлы

~ 10 ^ -8

Полупроводники

Переменная

Сверхпроводники

0

Температурный коэффициент сопротивления

В большинстве случаев сопротивление увеличивается с температурой. В результате возникает необходимость в понимании температурной зависимости сопротивления. Причина температурного коэффициента сопротивления в проводнике может быть обоснована интуитивно. Сопротивление материала имеет зависимость от ряда явлений. Одним из них является число столкновений, которые происходят между носителями заряда и атомами в материале. Удельное сопротивление проводника с ростом температуры будет расти, так как увеличивается число столкновений.

Это может быть не всегда, и вызвано тем, что с повышением температуры высвобождаются дополнительные носители заряда, что приведет к снижению удельного сопротивления материалов. Данный эффект часто наблюдается в полупроводниковых материалах.

При рассмотрении температурной зависимости сопротивления обычно считается, что температурный коэффициент сопротивления следует линейному закону. Это касается температуры в помещении и для металлов и многих других материалов. Однако было обнаружено, что эффекты сопротивления, возникающие в результате числа столкновений, не всегда постоянны, особенно при очень низких температурах (явление сверхпроводимости).

График температуры сопротивления

График температур

Сопротивление проводника при любой заданной температуре можно рассчитать по значению температуры и ее температурному коэффициенту сопротивления.

R= Rref*(1+ α (T- Tref)), где:

  • R — сопротивление;
  • Rref — сопротивление при эталонной температуре;
  • α- температурный коэффициент сопротивления материала;
  • Tref -эталонная температура, для которой указан температурный коэффициент.

Температурный коэффициент сопротивления, обычно стандартизованный относительно температуры 20 °C. Соответственно, уравнение, обычно используемое в практическом смысле:

R= R20*(1+ α20 (T- T20)), где:

  • R20 = сопротивление при 20 °C;
  • α20 — температурный коэффициент сопротивления при 20 °C;
  • T20- температура равная 20 °C.

Сопротивление материалов при комнатной температуре

Таблица сопротивлений, приведенная ниже, содержит многие из веществ, широко используемых в электротехнике, включая медь, алюминий, золото и серебро. Эти свойства особенно важны потому, что определяют, может ли вещество использоваться при изготовлении широкого спектра электрических и электронных компонентов от проводов до более сложных устройств, таких как резисторы, потенциометры и многие другие.

Таблица резистивности различных материалов при температуре наружного воздуха 20 ° C
Материалы Сопротивление ОМ при температуре 20 ° C
Алюминий 2,8 x 10 -8
Сурьма 3,9 × 10 -7
Висмут 1,3 х 10 -6
Латунь ~ 0,6 — 0,9 × 10 -7
Кадмий 6 x 10 -8
Кобальт 5,6 × 10 -8
Медь 1,7 × 10 -8
Золото 2,4 х 10 -8
Углерод (графит) 1 x 10 -5
Германий 4.6 x 10 -1
Железо 1.0 x 10 -7
Свинец 1,9 × 10 -7
Нихром 1,1 × 10 -6
Никель 7 x 10 -8
Палладий 1.0 x 10 -7
Платиновый 0,98 × 10 -7
Кварцевый 7 x 10 17
Кремний 6,4 × 10 2
Серебряный 1,6 × 10 -8
Тантал 1,3 х 10 -7
Вольфрам 4,9 х 10 -8
Цинк 5,5 x 10 -8

Сравнение проводимости меди и алюминия

Сравнения меди и алюминия

Проводники состоят из материалов, которые проводят электрический ток. Немагнитные металлы обычно считаются идеальными проводниками электричества. В проводной и кабельной промышленности используются различные металлические проводники, но наиболее распространенными являются медь и алюминий. Проводники имеют разные свойства, такие как проводимость, прочность на растяжение, вес и воздействие на окружающую среду.

Удельное сопротивление проводника из меди гораздо чаще используется в производстве кабелей, чем алюминия. Почти все электронные кабели изготовлены из меди, как и другие устройства и оборудование, которые используют высокую проводимость меди. Медные проводники также широко используются в системах распределения и производства электроэнергии, автомобилестроения. Для экономии веса и затрат электропередающие предприятия используют алюминий в воздушных линиях электропередач.

Алюминий используется в отраслях, где важна его легковесность, таких как самолетостроение, в будущем ожидается увеличение применения его в автомобилестроении. Для более мощных кабелей применяют алюминиевую проволоку с медным покрытием, чтобы использовать удельное сопротивление меди, получая значительную экономию веса конструкции от легковесного алюминия.

Медные проводники

Медь — один из древнейших известных материалов. Ее пластичность и электропроводность были использованы ранними экспериментаторами с электричеством, такими, как Бен Франклин и Майкл Фарадей. Низкое ρ материалов меди привело к тому, что она были принята в качестве основных проводников, используемым в изобретениях, таких как телеграф, телефон и электродвигатель. Медь является наиболее распространенным проводящим металлом. В 1913 году был принят международный стандарт по прокаливанию меди (МАКО) для сравнения проводимости других металлов с медью.

Согласно этому стандарту, коммерчески чистая отожженная медь обладает проводимостью 100% IACS. Удельное сопротивление материалов сравнивают с эталоном. Коммерчески чистая медь, производимая сегодня, может иметь более высокие значения проводимости IACS, поскольку технология обработки со временем значительно шагнула вперед. В дополнение к превосходной проводимости меди, металл обладает высокой прочностью на растяжение, теплопроводностью и тепловым расширением. Отожженная медная проволока, используемая для электрических целей, соответствует всем требованиям стандарта.

Алюминиевые проводники

Несмотря на то, что медь имеет долгую историю в качестве материала для производства электроэнергии, алюминий обладает определенными преимуществами, которые делают его привлекательным для конкретного применения, а его удельное сопротивление тока позволяет расширить область его использования многократно. Алюминий имеет 61% проводимости меди и только 30% веса меди. Это означает, что провод из алюминия весит в два раза меньше, чем провод из меди, с таким же электрическим сопротивлением.

Алюминий, как правило, дешевле по сравнению с медной жилой. Алюминиевые проводники состоят из различных сплавов, имеют минимальное содержание алюминия 99,5%. В 1960-х и 1970-х годах из-за высокой цены на медь, этот класс алюминия стал широко использоваться для бытовой электропроводки.

Из-за низкого качества изготовления при соединениях и физических различий между алюминием и медью устройства и провода, изготовленные на базе их соединений, в местах контактов медь-алюминий стали пожароопасными. Для противодействия негативному процессу были разработаны алюминиевые сплавы, обладающие свойствами ползучести и удлинения, более похожими на медь. Эти сплавы применяются для изготовления многожильных алюминиевых проводов, удельное сопротивление тока которых приемлемо для массового использования, отвечающих требованиям безопасности для электрических сетей.

Если алюминий используется в местах, где ранее использовалась медь, чтобы сохранить равные показатели сети, приходится использовать алюминиевый провод в два раза превышающий размер медного провода.

Применение электропроводности материалов

Кварцевый генератор

Многие из материалов, найденных в таблице удельного сопротивления, широко используются в электронике. Алюминий и особенно медь используются из-за их низкого уровня сопротивления. Большинство проводов и кабелей, используемых в наши дни для соединений в электросетях, изготавливаются из меди, поскольку она обеспечивает низкий уровень ρ, и имеют доступную цену. Хорошая проводимость золота, несмотря на цену, также используется в некоторых особо точных приборах.

Часто покрытие золотом встречается на высококачественных низковольтных соединениях, где стоит задача обеспечить наименьшее контактное сопротивление. Серебро не так широко используется в промышленной электротехнике, так как оно быстро окисляется, и это приводит к большому контактному сопротивлению. В некоторых случаях оксид может выступать в качестве выпрямителя. Сопротивление тантала используют в конденсаторах, никель и палладий — в концевых соединениях для многих компонентов поверхностного монтажа. Кварц находит свое основное применение в качестве пьезоэлектрического резонансного элемента. Кристаллы кварца используются в качестве частотных элементах во многих генераторах, где его высокое значение позволяет создавать надежные частотные контуры.

Значение словосочетания УДЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ. Что такое УДЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ?

УДЕ́ЛЬНЫЙ1, —ая, —ое. Ист. 1. Относящийся к феодальному владению, уделу (в 1 и 2 знач.). Удельный князь. Удельный период.

УДЕ́ЛЬНЫЙ2, —ая, —ое. Относящийся к единице измерения объема или массы тела (вещества) (обычно о физическом свойстве). Удельный вес (вес единицы объема вещества). Удельное сопротивление (сопротивление проводника с поперечным сечением 1 см2 и длиной 1 см). Удельная теплоемкость (теплоемкость 1 г вещества).

Все значения слова «удельный»

СОПРОТИВЛЕ́НИЕ, -я, ср. 1. Действие по глаг. сопротивляться (в 1 знач.).

Все значения слова «сопротивление»
  • За счёт миелина увеличивается удельное сопротивление и происходит уменьшение электрической ёмкости оболочки.

  • Сведения об удельных сопротивлениях и температурных коэффициентах проводниковых материалов приводятся в справочной литературе.

  • Суть метода состоит в электрозондировании подземных горизонтов, после чего чертят вертикальный разрез с указанием удельных сопротивлений разных слоёв.

  • (все предложения)

удельное волновое сопротивление среды — это… Что такое удельное волновое сопротивление среды?


удельное волновое сопротивление среды
  1. characteristic acoustic impedance

 

удельное волновое сопротивление среды
волновое сопротивление среды

Отношение амплитуды звукового давления к амплитуде колебательной скорости в бегущей волне. Для сред с малыми потерями обычно выражается как произведение плотности среды на скорость упругой волны в ней: z=ρс. Для сред с большими потерями z — комплексная величина.
Единица измерения
Па∙с/м
Примечание
В англоязычной литературе единица волнового сопротивления среды и акустического импеданса называется Rayl (Рейл), причем 1 Rayl=1 Па∙с/м.
[Система неразрушающего контроля. Виды (методы) и технология неразрушающего контроля. Термины и определения (справочное пособие). Москва 2003 г.]

Тематики

  • виды (методы) и технология неразр. контроля

Синонимы

  • волновое сопротивление среды

EN

  • characteristic acoustic impedance

Русско-английский словарь нормативно-технической терминологии. academic.ru. 2015.

  • удельная эффективность вытеснения
  • удельное вращение вещества

Смотреть что такое «удельное волновое сопротивление среды» в других словарях:

  • удельное волновое сопротивление среды — волновое сопротивление среды Отношение амплитуды звукового давления к амплитуде колебательной скорости в бегущей волне. Для сред с малыми потерями обычно выражается как произведение плотности среды на скорость упругой волны в ней: z=ρс. Для… …   Справочник технического переводчика

  • Волновое сопротивление — В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете …   Википедия

  • Удельное акустическое сопротивление — упругой среды величина, равная отношению амплитуды звукового давления в среде к колебательной скорости её частиц при прохождении через среду звуковой волны: Единица измерения паскаль секунда на метр (Па•с/м). Удельное акустическое сопротивление… …   Википедия

  • ГОСТ Р 52002-2003: Электротехника. Термины и определения основных понятий — Терминология ГОСТ Р 52002 2003: Электротехника. Термины и определения основных понятий оригинал документа: 128 (идеальный электрический) ключ Элемент электрической цепи, электрическое сопротивление которого принимает нулевое либо бесконечно… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • важнейшие производные единицы СИ —                  |                                                                | Единица                                                                                            |         |                                                     … …   Энциклопедический словарь

  • Список обозначений в физике — Необходимо проверить качество перевода и привести статью в соответствие со стилистическими правилами Википедии. Вы можете помочь …   Википедия

  • МЕТАЛЛООПТИКА — раздел физики, в к ром изучается вз ствие металлов с эл. магн. волнами оптич. диапазона (электродинамич. св ва металлов). Для металлов характерны: большие коэфф. отражения волн R в широком диапазоне длин волн l, что связано с высокой… …   Физическая энциклопедия

Что такое удельное сопротивление — формула и единицы

Удельное электрическое сопротивление является ключевым параметром для любого материала, используемого в электрических цепях, электронных компонентах и ​​многих других предметах.


Resistance Tutorial:
Что такое сопротивление Закон Ома удельное сопротивление Таблица удельного сопротивления для обычных материалов Температурный коэффициент сопротивления Электрическая проводимость Последовательные и параллельные резисторы Таблица параллельных резисторов Калькулятор параллельных резисторов


Удельное сопротивление — это мера сопротивления определенного размера материала определенного размера электрической проводимости.

Удельное сопротивление также может называться удельным электрическим сопротивлением или объемным сопротивлением, хотя эти термины используются менее широко.

Хотя материалы сопротивляются прохождению электрического тока, одни из них проводят его лучше, чем другие.

Удельное сопротивление — это показатель, позволяющий сравнивать то, как различные материалы позволяют или сопротивляются протеканию тока.

Чтобы значения удельного сопротивления были значимыми, для удельного сопротивления используются определенные единицы, и существуют формулы для его расчета и соотнесения с сопротивлением в Ом для данного размера материала.

Материалы, которые легко проводят электрический ток, называются проводниками и имеют низкое удельное сопротивление. Те, которые плохо проводят электричество, называются изоляторами, и эти материалы обладают высоким удельным сопротивлением.

Удельное сопротивление различных материалов играет важную роль при выборе материалов, используемых для изготовления электрических проводов во многих электронных компонентах, включая резисторы, интегральные схемы и многое другое.

Определение удельного сопротивления и единицы

Удельное электрическое сопротивление образца материала может быть также известно как его удельное электрическое сопротивление.Это показатель того, насколько сильно материал противостоит прохождению электрического тока.

Определение удельного сопротивления:

Удельное сопротивление вещества — это сопротивление куба этого вещества, имеющего края единичной длины, при том понимании, что ток течет перпендикулярно противоположным граням и равномерно распределяется по ним.

Удельное электрическое сопротивление — это электрическое сопротивление на единицу длины и на единицу площади поперечного сечения при заданной температуре.

Resistivity

Единицей измерения удельного электрического сопротивления в системе СИ является омметр (Ом · м). Обычно обозначается греческой буквой ρ, ро.

Хотя обычно используется единица измерения удельного сопротивления в системе СИ, омметр, иногда значения могут быть выражены в омах-сантиметрах, Ом⋅см.

В качестве примера, если твердый куб из материала размером 1 M 3 имеет листовые контакты на двух противоположных гранях, которые сами по себе не создают никакого сопротивления, а сопротивление между контактами составляет 1 Ом, тогда удельное сопротивление материала называется 1 & Omega: & dot; ⋅m.-2

Многие резисторы и проводники имеют одинаковое поперечное сечение с равномерным течением электрического тока. Таким образом, можно создать более конкретную, но более широко используемую формулу или уравнение электрического сопротивления:

Где:
R — электрическое сопротивление однородного образца материала, измеренное в омах,
l — длина куска материала, измеренная в метрах, м
A — площадь поперечного сечения образца, измеренная в квадратных метрах, м ^ 2

Из уравнений видно, что сопротивление можно изменять, изменяя множество различных параметров.

Например, сохраняя постоянное удельное сопротивление материала, сопротивление образца можно увеличить, увеличив длину или уменьшив площадь поперечного сечения. Из уравнений удельного сопротивления также видно, что увеличение удельного сопротивления материала приведет к увеличению сопротивления при тех же размерах. Аналогичным образом уменьшение удельного сопротивления приведет к уменьшению сопротивления.

Уровни удельного сопротивления материалов

Материалы делятся на разные категории в зависимости от их уровня или удельного сопротивления.Обобщение приведено в таблице ниже.

Области удельного сопротивления для различных категорий материалов
Тип материала Область удельного сопротивления
Электролиты

Переменная *

Изоляторы

~ 10 ^ 16

Металлы

~ 10 ^ -8

Полупроводники

Переменная *

Сверхпроводники

0

* Уровень проводимости полупроводников зависит от уровня легирования.Без легирования они выглядят почти как изоляторы, но с легированием доступны носители заряда, и сопротивление резко падает. Аналогично для электролитов уровень удельного сопротивления широко варьируется.


Практическое значение удельного сопротивления

Удельное сопротивление материалов важно, поскольку оно позволяет использовать правильные материалы в нужных местах в электрических и электронных компонентах.

Материалы, используемые в качестве проводников, например в электрических и общих соединительных проводах, должны иметь низкий уровень удельного сопротивления.Это означает, что для данной площади поперечного сечения сопротивление провода будет низким. Выбор правильного материала зависит от знания его свойств, одним из которых является его удельное сопротивление.

Например, медь является хорошим проводником, поскольку она обеспечивает низкий уровень удельного сопротивления, ее стоимость не слишком высока, а также она обеспечивает другие физические характеристики, которые полезны во многих электрических и электронных приложениях. Удельное сопротивление меди составляет около 1,7 x 10 -8 Ом · метр (или 17.нОм), хотя цифры могут немного отличаться в зависимости от марки меди

.

Такие материалы, как медь и даже алюминий, обладают низким удельным сопротивлением, что делает их идеальными для использования в качестве электрических проводов и кабелей, причем медь часто является фаворитом. Серебро и золото имеют очень низкие значения удельного сопротивления, но, поскольку они значительно дороже, они не получили широкого распространения. Тем не менее, серебро иногда используется для обшивки проводов там, где необходимо его низкое удельное сопротивление, а золотое покрытие используется для сопрягаемых поверхностей многих электронных разъемов, чтобы обеспечить наилучшие контакты.Золото также хорошо подходит для электрических разъемов, поскольку оно не тускнеет и не окисляется, как другие металлы.

Другие материалы должны действовать как изоляторы, пропускающие как можно меньший ток. Удельное сопротивление изолятора будет на много порядков выше. Одним из примеров является воздух, и у него очень высокий показатель удельного сопротивления, превышающий 1,5 x 10 14 , что, как можно видеть, очень, очень много выше, чем удельное сопротивление меди.

Удельное электрическое сопротивление играет важную роль во многих других электронных компонентах.В резисторах, например, удельное сопротивление различных материалов играет ключевую роль в обеспечении правильного сопротивления резисторов.

Удельное сопротивление также играет ключевую роль в других электронных компонентах. Для интегральных схем очень важно удельное сопротивление материалов в кристалле. Некоторые области должны иметь очень низкое сопротивление и иметь возможность соединять различные области ИС внутри, тогда как другие материалы должны изолировать разные области. Опять же, для этого важно сопротивление.

Удельное сопротивление играет ключевую роль во многих областях электронных компонентов, а также многих электрических деталей.

Удельное электрическое сопротивление — ключевой параметр для материалов, которые будут использоваться в электрических и электронных системах. Эти вещества с высоким электрическим сопротивлением называются изоляторами и могут использоваться для этой цели. Они с низким уровнем удельного электрического сопротивления являются хорошими проводниками и могут использоваться во множестве приложений, от проводов до электрических соединений и многого другого.

Дополнительные основные понятия:
Напряжение Текущий сопротивление емкость Мощность трансформеры RF шум Децибел, дБ Q, добротность
Вернуться в меню «Основные понятия»., ,

.

удельное сопротивление | Определение, символ и факты

Удельное сопротивление , электрическое сопротивление проводника единичной площади поперечного сечения и единичной длины. Удельное сопротивление, характерное свойство каждого материала, полезно при сравнении различных материалов на основе их способности проводить электрические токи. Высокое сопротивление указывает на плохие проводники.

Британская викторина

Гаджеты и технологии: факт или вымысел?

Виртуальная реальность используется только в игрушках.

Удельное сопротивление, обычно обозначаемое греческой буквой ро, ρ , количественно равно сопротивлению R образца, такого как провод, умноженному на площадь его поперечного сечения A, и разделенному на его длину l; ρ = RA / л. Единицей измерения сопротивления является ом. В системе метр-килограмм-секунда (мкс) отношение площади в квадратных метрах к длине в метрах упрощается до простых метров. Таким образом, в системе метр-килограмм-секунда единицей удельного сопротивления является ом-метр.Если длина измеряется в сантиметрах, удельное сопротивление может быть выражено в единицах ом-сантиметр.

Удельное сопротивление исключительно хорошего электрического проводника, такого как жестко вытянутая медь, при 20 ° C (68 ° F) составляет 1,77 × 10 8 Ом-метр или 1,77 × 10 6 Ом-сантиметр. С другой стороны, электрические изоляторы имеют удельное сопротивление в диапазоне от 10 1 2 до 10 2 0 Ом-метров.

Значение удельного сопротивления зависит также от температуры материала; в таблицах удельных сопротивлений обычно указаны значения при 20 ° C.Сопротивление металлических проводников обычно увеличивается с повышением температуры; но удельное сопротивление полупроводников, таких как углерод и кремний, обычно уменьшается с повышением температуры.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего 1768 First Edition с подпиской. Подпишитесь сегодня

Проводимость обратно пропорциональна удельному сопротивлению, и она также характеризует материалы на основе того, насколько хорошо в них протекает электрический ток. Единица измерения проводимости метр-килограмм-секунда — это mho на метр или ампер на вольт-метр.Хорошие электрические проводники имеют высокую проводимость и низкое удельное сопротивление. Хорошие изоляторы или диэлектрики имеют высокое удельное сопротивление и низкую проводимость. Полупроводники имеют промежуточные значения обоих показателей.

.

Удельное сопротивление

Введение

Важно понимать, как удельное электрическое сопротивление (или проводимость) соотносится с реальными геологическими свойствами земли. Он может помочь ответить на следующие вопросы:

  • Если интерпретация геофизических исследований предполагает наличие 10-метрового слоя перекрывающих пород с удельным сопротивлением 11000 Ом-м, перекрывающего «фундамент» с удельным сопротивлением 140 Ом-м, какие геологические материалы будут соответствовать этим двум слоям разное удельное сопротивление?
  • Что, если бы профиль удельного сопротивления, собранный над рудным телом в Австралии, показал кажущихся удельных сопротивлений в диапазоне от 40 до 600 Ом-м, в то время как анализ керна скважин показал, что истинное объемное сопротивление находится в диапазоне от 80 до> 1000 Ом-м.Согласованы ли эти результаты и указывают ли они на присутствие экономичного рудного тела?
  • Если объемное удельное сопротивление глубоко заглубленного песчаника составляет 1000 Ом · м, можно ли получить подробную информацию о матрице (единицах породы, в которых находятся флюиды) и / или удельном сопротивлении флюидов? Это представляет особый интерес для гидрогеологии, разведки нефти и газа и исследований окружающей среды (загрязняющих веществ).

В этой главе электрические свойства геологических материалов обсуждаются отдельно для металлических минералов, горных пород, почв и электролитов (грунтовых жидкостей).

Что такое сопротивление ?

Электропроводность (или удельное сопротивление) — это объемное свойство материала, описывающее, насколько хорошо этот материал пропускает через себя электрические токи.

  • Сопротивление — это измеренное напряжение, деленное на ток. Это закон Ома. Сопротивление изменится при изменении геометрии измерения или объема материала. Следовательно, это НЕ физическое свойство.
  • Удельное сопротивление — это сопротивление на единицу объема.Рассмотрим ток, протекающий через единичный куб материала, показанный справа: удельное сопротивление определяется как напряжение, измеренное на длине единичного куба (вольт на метр или В / м), деленное на ток, протекающий через площадь поперечного сечения единичного куба (амперы на квадратный метр, или А / м 2 ). Это приводит к единицам Ом-м 2 / м или Ом-м. Греческий символ ро, часто используется для обозначения удельного сопротивления.
  • Электропроводность , часто обозначаемая с помощью сигмы, является обратной величиной удельного сопротивления: = 1 /.Электропроводность указывается в единицах Сименс на метр или См / м. Единицы миллисименс на метр (мСм / м) часто используются для малых значений проводимости; 1000 мСм / м = 1См / м. Итак, 1 мСм / м = 1000 Ом-м, поскольку удельное сопротивление и проводимость обратно пропорциональны.

Электропроводность материалов Земли варьируется на многие порядки. Это зависит от многих факторов, в том числе от типа породы, пористости, связности пор, природы флюида и содержания металлов в твердой матрице.Очень приблизительное указание диапазона проводимости горных пород и минералов показано на следующем рисунке.


Рисунок 2.

Напоминание об этом разделе описывает факторы, влияющие на электрическую проводимость минералов, горных пород, флюидов в земле, почв


Электропроводность металлических минералов

Металлические рудные минералы относительно редки по сравнению с другими материалами земной коры. Однако они часто становятся объектом разведки полезных ископаемых.Даже в небольших количествах они могут значительно повлиять на объемное удельное сопротивление геологических материалов. Большинство металлических рудных минералов представляют собой электронные полупроводники. Их удельное сопротивление ниже, чем у металлов, и сильно варьируется, потому что включение примесных ионов в конкретный металлический минерал оказывает большое влияние на удельное сопротивление. Например, чистый пирит имеет удельное сопротивление около 3х10 -5 Ом · м, но добавление небольших количеств меди может увеличить удельное сопротивление на шесть порядков до 10 Ом · м.Свойства электропроводности некоторых важных минералов можно резюмировать следующим образом:

  • Пирротин (FeS) — неизменно высокопроводящий минерал.
  • Графит (C) — настоящий проводник, как металл (то есть не полупроводник, как рудные минералы), и он очень проводящий даже при очень низких концентрациях. Он также является платным (другое физическое свойство — см. Отдельную главу о заряжаемости), и его, как известно, трудно отличить от металлических рудных минералов.
  • Пирит (FeS 2 ) является наиболее распространенным сульфидом металлов и имеет самую переменную проводимость. Его проводимость обычно выше, чем у пористых пород.
  • Галенит (PbS) и магнетит (Fe 3 O 4 ) являются проводящими минералами, но гораздо менее проводящими, чем руда из-за их рыхлой кристаллической структуры.
  • Другие проводящие минералы включают борнит (CuFeS 4 ), халькоцит (Cu 2 S), ковеллит (CuS), ильменит (FeTiO 3 ), молибденит (MoS 2 ), а также минералы марганца , холандит и пиролюзит .
  • Гематит и цинковая обманка обычно почти изоляторы.

Хотя металлические минералы (особенно сульфиды) могут быть проводящими, есть по крайней мере две причины, по которым залежи этих минералов с содержанием руды могут быть не такими проводящими, как ожидалось.

  • Сульфидные месторождения могут быть либо рассеченными, или массивными. В первом типе минерал присутствует в виде мелких частиц, рассредоточенных по матрице, а во втором — минерал в более однородной форме. Дессеминированные сульфиды могут быть резистивными или проводящими, тогда как массивные сульфиды могут быть проводящими.
  • Химическое и / или термическое изменение может преобразовать металлические минералы в оксиды или другие формы, которые не обладают такой проводимостью, как исходные минералы.

Электрические свойства горных пород

Из всех геофизических свойств горных пород удельное электрическое сопротивление является наиболее изменчивым.Могут встречаться значения, доходящие до 10 порядков, и даже отдельные типы горных пород могут различаться на несколько порядков. Следующий рисунок представляет собой типичную диаграмму (адаптированную из Palacky , 1987), которая очень в общих чертах показывает, как удельные сопротивления важных групп горных пород сравниваются друг с другом. Этот тип рисунков приводится в большинстве текстов по прикладной геофизике.


Рисунок 3.

Почвы и горные породы состоят в основном из силикатных минералов, которые, по сути, являются изоляторами, а это означает, что они имеют низкую электропроводность.Наиболее частые исключения включают магнетит, зеркальный гематит, углерод, графит, пирит и пирротин. Следовательно, проводимость в значительной степени является электролитической, а проводимость в основном зависит от:

  • Пористость,

  • гидравлическая проницаемость, которая описывает, как поры связаны между собой,

  • влажность,
  • концентрация растворенных электролитов,

  • температура и фаза порового флюида,

  • количество и состав коллоидов (глинистость).

Рисунок 4.

Поровое пространство и геометрия пор являются наиболее важными факторами. Пористость существует в основном в трещинах, кавернах (растворенных карманах в известняках и доломитах) и межкристаллитных пустотах в осадочных породах. Рисунок выше и таблицы ниже (из Geonics TN5 , 1980) дают некоторое представление о сложности и диапазоне возможных пористостей.

Столбец «Соотношение» представляет собой объемное удельное сопротивление, деленное на удельное сопротивление электролита (см. Закон Арчи ниже).

Волнистая пористость (состоящая из более крупных дискретных пустот) может иметь очень низкую проницаемость, что приводит к низкому удельному сопротивлению при измерении гальваническими методами (постоянный ток).Однако индуктивно измеренное удельное сопротивление (с использованием методов электромагнитной индукции) может быть выше, потому что токи, индуцированные колебательными электромагнитными полями, не должны проходить на большие расстояния. См. Разделы «Основы => Методы съемки» и «Основы => Геофизические исследования» для получения подробной информации об этих методах съемки.

Удельное сопротивление может быть анизотропным в слоистых породах, особенно для сланцев, где коэффициент анизотропии (отношение поперечного сопротивления к продольному сопротивлению) может достигать 4.См. Более подробную информацию в разделе «Анизотропия» ниже.

Большая часть наших знаний об удельном сопротивлении пористых пород пришла из индустрии каротажа нефтяных / газовых скважин. Влияние других жидкостей, кроме воды, закон Арчи, фактор образования и т. Д. Подробно описано в следующих нескольких разделах.


Электролиты в земле

Электропроводность жидкостей зависит от количества и подвижности (скорости) носителей заряда.Мобильность зависит от

.

Разница между сопротивлением и удельным сопротивлением со сравнительной таблицей

Одно из основных различий между сопротивлением и удельным сопротивлением материала состоит в том, что сопротивление противодействует потоку свободных электронов, тогда как удельное сопротивление — это свойство материала, которое определяет сопротивление материала, имеющего определенные размеры. Другие различия между ними описаны ниже в сравнительной таблице.

Содержание: Сопротивление V / S Удельное сопротивление

  1. Таблица сравнения
  2. Определение
  3. Ключевые отличия

Сравнительная таблица

Основа для сравнения Сопротивление Удельное сопротивление
Определение Свойство вещества, благодаря которому оно противодействует потоку электронов. Определяется как сопротивление материала определенных размеров.
Формула equation-1 equation-2
Единица СИ Ом Ом-метр
Символ R ρ
Зависимость Длина, площадь поперечного сечения жилы и температура. Температура

Определение сопротивления

Сопротивление — это свойство материала, которое препятствует прохождению тока.Когда к проводнику прикладывается напряжение, свободные электроны начинают двигаться в определенном направлении. При движении эти электроны коллапсируют с атомами или молекулами и, следовательно, выделяют тепло. Эти атомы или молекулы препятствуют движению свободных электронов в материале.

resistance

Это противостояние известно как сопротивление. Он представлен формулой

equation-1

Где l — длина жилы
a — площадь поперечного сечения жилы
ρ — удельное сопротивление материала.

Единица измерения материала в системе СИ — ом, который обозначается как Ω при кΩ.

Факторы, влияющие на сопротивление

Сопротивление провода зависит от следующих факторов.

  1. Сопротивление провода увеличивается с увеличением длины проводника.
  2. Он обратно пропорционален площади поперечного сечения проводника.
  3. Зависит от материала проволоки.
  4. Стойкость материалов зависит от их температуры.

Определение удельного сопротивления

Удельное сопротивление также известно как удельное сопротивление. Удельное сопротивление представляет собой сопротивление материала, который имеет определенные размеры, то есть материал имеет длину 1 метр и площадь поперечного сечения 1 квадратный метр.

specific-resistance

Формула представляет собой удельное сопротивление материала

equation-2

Где l — длина жилы
a — площадь поперечного сечения жилы
R — сопротивление материала

Единица измерения удельного сопротивления в системе СИ — омметр.Удельное сопротивление прямо пропорционально температуре материала. Удельное сопротивление куба со стороной один метр определяется как сопротивление между двумя противоположными фазами куба длиной один метр.

Ключевые различия между сопротивлением и удельным сопротивлением

  1. Сопротивление — это свойство материала, которое препятствует прохождению тока, тогда как удельное сопротивление дает сопротивление материала, имеющего фиксированные размеры.
  2. Сопротивление — это отношение длины и площади поперечного сечения проводника, тогда как удельное сопротивление материала — это отношение произведения сопротивления и площади к длине проводника.
  3. Сопротивление обозначается символом R, тогда как удельное сопротивление обозначается символом ρ.
  4. Единица измерения сопротивления в системе СИ — ом, а в системе СИ — ом-метр.
  5. Сопротивление материала зависит от длины, поперечного сечения и площади проводника, тогда как удельное сопротивление зависит от природы и температуры материала.

Обратное сопротивление известно как проводимость материала.

,

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.