Электропроводность и электрическое сопротивление нержавейки разных марок
Электропроводность (электрическая проводимость) и электрическое сопротивление нержавейки разных марок.
Под удельной электропроводностью металлов подразумевается способность стали проводить электрический ток (измеряется в Ом/м).
Также это физическая величина, характеризующая эту способность и обратная электрическому сопротивлению.
Все нержавеющие сплавы являются проводниками, но сопротивление у разных сплавов разная, некоторые из них проводят электрический ток хуже, некоторые – лучше.
Удельное электрическое сопротивление металла значительно зависит и от температуры. При увеличении температуры стали увеличивается частота и амплитуда колебаний атомов кристаллической решетки, это увеличивает сопротивление материала и затрудняет прохождение электрического тока. Поэтому, с ростом температуры сопротивление металла увеличивается.
В этой таблице можно посмотреть как проводимость, так и сопротивление нержавеющих сплавов и не только.
Пояснения по терминам в конце таблицы.*
| Материалы | Проводимость * (% IACS) | Проводимость * (сименс/м) | Сопротивление * (Ом*м) |
|---|
| Железо и чугун | |||
| Железо чистое | 18.00 | 1.044*107 | 9.579*10-8 |
| В слитке Iron Ingot (непр.назв.ignot) (99.9% Fe) | 15.60 | 9.048*106 | 1.105*10-7 |
| Низкоуглеродистый белый чугун | 3.25 | 5.300*10-7 | |
| Мартенситное хромо-никелевое (стое) железо /martensitic nickel-chromium iron | 2.16 | 8.000*10-7 | |
| Высококремнистый чугун / high-silicon iron | 3.45 | 5.000*10-7 | |
| Железо-никелевые сплавы/ h igh-nickel iron | 1.0-1.2 | 1. 4*10-6–1.7*10-6 | |
| Хромо-никелевое кремнистое железо / nickel-chromium-silicon iron | 1.0-1.2 | 1.5*10-6–1.7*10-6 | |
| Алюминиево-железные сплавы/ high-aluminum iron | 0.72 | 2.400*10-6 | |
| Кремнистый чугун/ medium-silicoon ductile iron | 2.0-3.0 | 5.8*10-7–8.7*10-7 | |
| Ниель-железные сплавы / high-nickel ductile (20% Ni) | 1.69 | 1.020*10-6 | |
| Углеродистые и низколегированные стали. AISI | |||
| 1008 (Отожженная) | 11.81 | 1.460*10-7 | |
| 1010 | 12.06 | 1.430*10-7 | |
| 1015 (Отожженная) | 10.84 | 1.590*10-7 | |
| 1016 (Отожженная) | 10.78 | 1.600*10 | |
| 1018 (Отожженная) | 10. 84 | 1.590*10-7 | |
| 1020 | 10.84 | 1.590*10-7 | |
| 1022 (Отожженная) | 10.84 | 1.590*10-7 | |
| 1025 (Отожженная) | 10.84 | 1.590*10-7 | |
| 1029 (Отожженная) | 10.78 | 1.600*10-7 | |
| 1030 (Отожженная) | 10.39 | 1.660*10-7 | |
| 1035 (Отожженная) | 10.58 | 1.630*10-7 | |
| 1040 (Отожженная) | 10.78 | 1.600*10-7 | |
| 1042 (Отожженная) | 10.08 | 1.710*10-7 | |
| 1043 (Отожженная) | 10.58 | 1.630*10-7 | |
| 1045 (Отожженная) | 10.64 | 1.620*10-7 | |
| 1046 | 10.58 | 1.630*10-7 | |
| 1050 (Отожженная) | 10. 58 | 1.630*10-7 | |
| 1055 | 10.58 | 1.630*10-7 | |
| 1060 | 9.58 | 1.800*10-7 | |
| 1065 | 10.58 | 1.630*10-7 | |
| 1070 | 10.26 | 1.680*10-7 | |
| 1078 (Отожженная) | 9.58 | 1.800*10-7 | |
| 1080 | 9.58 | 1.800*10-7 | |
| 1095 | 9.58 | 1.800*10-7 | |
| 1137 | 10.14 | 1.700*10-7 | |
| 1141 | 10.14 | 1.700*10-7 | |
| 1151 | 10.14 | 1.700*10-7 | |
| 1524 | 8.29 | 2.080*10 | |
| 1524 (Отожженная) | 10.78 | 1.600*10-7 | |
| 1552 | 10.58 | 1. 630*10-7 | |
| 4130 (Закаленная и отпущенная) | 7.73 | 2.230*10-7 | |
| 4140 (Закаленная и отпущенная) | 7.84 | 2.200*10-7 | |
| 4626 (Нормализованная и отпущенная) | 8.62 | 2.000*10-7 | |
| 4815 | 6.63 | 2.600*10-7 | |
| 5132 | 8.21 | 2.100*10-7 | |
| 5140 (Закаленная и отпущенная) | 7.56 | 2.280*10-7 | |
| Холоднодеформированные нержавеющие стали отожженные AISI | |||
| 201 | 2.50 | 6.900*10-7 | |
| 202 | 2.50 | 6.900*10-7 | |
| 301 | 2.39 | 7.200*10-7 | |
| 302 | 2.39 | 7.200*10-7 | |
| 302B | 2. | 7.200*10-7 | |
| 303 | 2.39 | 7.200*10-7 | |
| 304 | 2.39 | 7.200*10-7 | |
| 302Cu | 2.39 | 7.200*10-7 | |
| 304N | 2.39 | 7.200*10-7 | |
| 304 | 2.50 | 1.450*106 | 6.897*10-7 |
| 304 | 2.50 | 1.450*106 | 6.897*10-7 |
| 305 | 2.39 | 7.200*10-7 | |
| 308 | 2.39 | 7.200*10-7 | |
| 309 | 2.21 | 7.800*10-7 | |
| 310 | 2.21 | 7.800*10-7 | |
| 314 | 2.24 | 7.700*10-7 | |
| 316 | 2.33 | 7.400*10-7 | |
| 316N | 2. 33 | 7.400*10-7 | |
| 316 | 2.30 | 1.334*106 | 7.496*10-7 |
| 317 | 2.33 | 7.400*10-7 | |
| 317L | 2.18 | 7.900*10-7 | |
| 321 | 2.39 | 7.200*10-7 | |
| 329 | 2.30 | 7.500*10-7 | |
| 330 | 1.69 | 1.020*10-6 | |
| 347 | 2.36 | 7.300*10-7 | |
| 347 | 2.40 | 1.392*106 | 7.184*10-7 |
| 384 | 2.18 | 7.900*10-7 | |
| 405 | 2.87 | 6.000*10-7 | |
| 410 | 3.02 | 5.700*10-7 | |
| 414 | 2.46 | 7.000*10-7 | |
| 416 | 3.02 | 5. | |
| 420 | 3.13 | 5.500*10-7 | |
| 429 | 2.92 | 5.900*10-7 | |
| 430 | 2.87 | 6.000*10-7 | |
| 430F | 2.87 | 6.000*10-7 | |
| 431 | 2.39 | 7.200*10-7 | |
| 434 | 2.87 | 6.000*10-7 | |
| 436 | 2.87 | 6.000*10-7 | |
| 439 | 2.74 | 6.300*10-7 | |
| 440A | 2.87 | 6.000*10 | |
| 440C | 2.87 | 6.000*10-7 | |
| 444 | 2.78 | 6.200*10-7 | |
| 446 | 2.57 | 6.700*10-7 | |
| PH 13-8 Mo | 1.69 | 1.020*10-6 | |
| 15-5 PH | 2. 24 | 7.700*10-7 | |
| 17-4 PH | 2.16 | 8.000*10-7 | |
| 17-7 PH | 2.08 | 8.300*10-7 | |
| Холоднодеформированные и спеченные суперсплавы (супераллои, супералои) | |||
| Elgiloy | 1.73 | 9.950*10-7 | |
| Hastelloy Хастеллой “A” | 1.40 | 8.120*105 | 1.232*10-6 |
| Hastelloy Хастеллой”B” и “C” | 1.30 | 7.540*105 | 1.326*10-6 |
| Hastelloy Хастеллой”D” | 1.50 | 8.700*105 | 1.149*10-6 |
| Hastelloy Хастеллой”X” | 1.50 | 8.700*105 | 1.149*10-6 |
| Haynes 150 | 2.13 | 8.100*10-7 | |
| Haynes 188 | 1.87 | 9. 220*10-7 | |
| Haynes 230 | 1.38 | 1.250*10-6 | |
| Incoloy 800 Инкаллой | 1.74 | 9.890*10-7 | |
| Incoloy 825 | 1.53 | 1.130*10-6 | |
| Incoloy 903 | 2.83 | 6.100*10-7 | |
| Incoloy 907 | 2.47 | 6.970*10-7 | |
| Incoloy 909 | 2.37 | 7.280*10-7 | |
| Inconel 600 Инконель | 1.70 | 9.860*105 | 1.014*10-6 |
| Inconel 600 | 1.67 | 1.030*10-6 | |
| Inconel 601 | 1.45 | 1.190*10-6 | |
| Inconel 617 | 1.41 | 1.220*10-6 | |
| Inconel 625 | 1.34 | 1.290*10-6 | |
| Inconel 690 | 11.65 | 1. 480*10-7 | |
| Inconel 718 | 1.38 | 1.250*10-6 | |
| Inconel X750 | 1.41 | 1.220*10-6 | |
| L-605 | 1.94 | 8.900*10-7 | |
| M-252 | 1.58 | 1.090*10-6 | |
| MP35N | 1.71 | 1.010*10-6 | |
| Nimonic? 263 | 1.50 | 1.150*10-6 | |
| Nimonic 105 | 1.32 | 1.310*10-6 | |
| Nimonic 115 | 1.24 | 1.390*10-6 | |
| Nimonic 75 | 1.39 | 1.240*10-6 | |
| Nimonic 80A | 1.36 | 1.270*10-6 | |
| Nimonic 90 | 1.46 | 1.180*10-6 | |
| Nimonic PE.16 | 1.57 | 1.100*10-6 | |
Nimonic PK. 33 | 1.37 | 1.260*10-6 | |
| Rene 41 | 1.32 | 1.308*10-6 | |
| Stellite 6B Стеллит, стелит | 1.89 | 9.100*10-7 | |
| Udimet 500 | 1.43 | 1.203*10-6 | |
| Waspaloy | 1.39 | 1.240*10-6 |
ПОЯСНЕНИЯ:*
Электропроводимость (% IACS)
(International Annealed Copper Standard)
Это сокращение от «Международного стандарта по отожженной меди» = , это единица измерения проводимости, используемая для сравнения электрических проводников с традиционными медными. Проводимость указывается в процентах от стандартной.100% IACS соответствует проводимости 58 мегасименсов на метр. Что соответствует 1/58 ом на каждый метр провода поперечным сечением в 1 квадратный миллиметр.
Электропроводимость (сименс/м)
Siemens – единица измерения электрической проводимости в системе СИ, величина обратная ому.
Иными словами, проводимость в сименсах – это просто единица, делённая на сопротивление в омах.
См = 1 / Ом = А / В = кг-1·м-2·с³А²
Сопротивление (Ом*м)
Физический смысл удельного сопротивления: материал имеет удельное сопротивление один Ом·см, если изготовленный из этого материала куб со стороной 1 сантиметр имеет сопротивление 1 Ом при измерении на противоположных гранях куба.
В технике чаще применяется единица Ом·мм²/м. Удельное сопротивление однородного куска проводника длиной 1 метр и площадью токоведущего сечения 1 мм² равно 1 Ом·мм²/м, если его сопротивление равно 1 Ом.
Химический состав сплава и электропроводность
Разный состав сплавов и процент содержания в них легирующих добавок очень сказывается на величине электрического сопротивления. Углеродистые и низколегированные стали в несколько раз лучше проводят электрический ток, чем высоколегированные и жаропрочные, которые имеют высокое содержание никеля и хрома.
Углеродистый сплав
Углеродистый сплав при комнатной температуре, имеет низкое удельное электросопротивление за счет высокого содержания железа.
При 20°С значение их удельного сопротивления находится в диапазоне от 13·10 -8 (для стали 08КП) до 20·10 -8 Ом·м (для У12).
При нагревании до температур более 1000°С способность углеродистого сплава проводить электрический ток заметно снижается. Сопротивление возрастает на порядок и может достигать значения 130·10 -8 Ом·м.
Низколегированный сплав
Низколегированный сплав способен сильнее сопротивляться прохождению электричества, чем углеродистый. Его удельное электросопротивление составляет (20…43)·10 -8 Ом·м при комнатной температуре.
Внимание, сплавы этого типа, которые очень плохо проводят электрический ток — это 18Х2Н4ВА и 50С2Г. Однако при высоких температурах, способность проводить электрический ток у сталей, приведенных в таблице, практически не различается.
Хромистая нержавеющая сталь
Хромистый нержавеющий сплав имеет высокую концентрацию атомов хрома, что повышает удельное сопротивление — токопроводимость такой нержавеющей стали мала. При обычных температурах ее сопротивление составляет (50…60)·10 -8 Ом·м.
Удельное электросопротивление хромоникелевых нержавеющих сталей ρэ·108, Ом·м
| Марка сплава | 20 | 100 | 300 | 500 | 700 | 900 | 1100 | 1300 |
|---|
| Х13 | 50,6 | 58,4 | 76,9 | 93,8 | 110,3 | 115 | 119 | 125,3 |
| 2Х13 | 58,8 | 65,3 | 80 | 95,2 | 110,2 | — | — | — |
| 3Х13 | 52,2 | 59,5 | 76,9 | 93,5 | 109,9 | 114,6 | 120,9 | 125 |
| 4Х13 | 59,1 | 64,6 | 78,8 | 94 | 108 | — | — | — |
Хромоникелевая нержавеющая аустенитная сталь
Хромоникелевый аустенитный сплав также являются нержавеющими, но из-за добавки никеля имеет удельное сопротивление в полтора раза выше, чем у хромистого — оно достигает величины (70…90)·10-8 Ом·м.
Удельное электросопротивление хромоникелевых нержавеющих сталей ρэ·108, Ом·м
| Марка сплава | 20 | 100 | 300 | 500 | 700 | 900 | 1100 |
|---|
| 12Х18Н9 | — | 74,3 | 89,1 | 100,1 | 109,4 | 114 | — |
| 12Х18Н9Т | 72,3 | 79,2 | 91,2 | 101,5 | 109,2 | — | — |
| 17Х18Н9 | 72 | 73,5 | 92,5 | 103 | 111,5 | 118,5 | — |
| Х18Н11Б | — | 84,6 | 97,6 | 107,8 | 115 | — | — |
| Х18Н9В | 71 | 77,6 | 91,6 | 102,6 | 111,1 | 117,1 | 122 |
| 4Х14НВ2М (ЭИ69) | 81,5 | 87,5 | 100 | 110 | 117,5 | — | — |
| 1Х14Н14В2М (ЭИ257) | — | 82,4 | 95,6 | 104,5 | 112 | 119,2 | — |
| 1х14Н18М3Т | — | 89 | 100 | 107,5 | 115 | — | — |
| 36Х18Н25С2 (ЭЯ3С) | — | 98,5 | 105,5 | 110 | 117,5 | — | — |
| Х13Н25М2В2 | — | 103 | 112,1 | 118,1 | 121 | — | — |
| Х7Н25 (ЭИ25) | — | — | 109 | 115 | 121 | 127 | — |
| Х2Н35 (ЭИ36) | 87,5 | 92,5 | 103 | 110 | 116 | 120,5 | — |
| Н28 | 84,2 | 89,1 | 99,6 | 107,7 | 114,2 | 118,4 | 122,5 |
FAQ Электропроводность нержавеющих сплавов
Что такое электропроводность?
Это способность стали проводить электрический ток (измеряется в Ом/м).
Также это физическая величина, характеризующая эту способность и обратная электрическому сопротивлению.
Влияет ли температура на электропроводность?
Удельное электрическое сопротивление металла значительно зависит и от температуры. При увеличении температуры стали увеличивается частота и амплитуда колебаний атомов кристаллической решетки, это увеличивает сопротивление материала и затрудняет прохождение электрического тока. Поэтому, с ростом температуры сопротивление металла увеличивается.
Влияет ли химический состав сплава и электропроводность?
Разные составы сплавов и процент содержания в них легирующих добавок сказывается на величине электрического сопротивления. Углеродистые и низколегированные стали в несколько раз лучше проводят электрический ток, чем высоколегированные и жаропрочные, которые имеют высокое содержание никеля и хрома.
С этим файлом связано 1 файл(ов).  Среди них: должностная инструкция маркетолога.docx.Показать все связанные файлы Подборка по базе: 1. Электрическое поле.doc, Урок на тему_ _Закон электромагнитной индукции. Вихревое электри, Вертикальное электрическое зондирование.pptx, Электромеханический Кафедра Электрическая тяга.doc, Схема электрическая принципиальная _ хххх.хххх.-хх Э3.pdf, ГОСТ 21.608-2014.внутренненее электрическое освещение (1).pdf, Козловская В.Б., Радкевич В.Н., Сацукевич В.Н. Электрическое осв, Лекция 1. Электрическое поле в вакууме. Напряженность электричес, Ковалева СУЗ-19 л.р 5 Испытание веществ на электрическую проводи, 1. Электрическое влияния в возбудимых тканях. Рефлексы и рефлект 1 2 3 4 Электрическая проводимость в проводнике. Электрическое сопротивление Электрическая проводимость характеризует способность тела проводить электрический ток. Проводимость — величина обтаная сопротивлению. В формуле она обратно пропорциональна электрическому сопротивлению, и используются они фактически для обозначения одних и тех же свойств материала.  Измеряется проводимость в Сименсах: [См]=[1/Ом]. Виды электропроводимости: — Электронная проводимость, где переносчиками зарядов являются электроны. Такая проводимость характерна в первую очередь для металлов, но присутствует в той или иной степени практически в любых материалах. С увеличением температуры электронная проводимость снижается.Электрическая проводимость характеризует способность тела проводить электрический ток. Проводимость — величина обтаная сопротивлению. В формуле она обратно пропорциональна электрическому сопротивлению, и используются они фактически для обозначения одних и тех же свойств материала. Измеряется проводимость в Сименсах: [См]=[1/Ом]. Виды электропроводимости: — Электронная проводимость, где переносчиками зарядов являются электроны. Такая проводимость характерна в первую очередь для металлов, но присутствует в той или иной степени практически в любых материалах. С увеличением температуры электронная проводимость снижается. — Ионная проводимость. Существует в газообразных и жидких средах, где имеются свободные ионы, которые также переносят заряды, перемещаясь по объёму среды под действием электромагнитного поля или другого внешнего воздействия. — Дырочная проводимость. Эта проводимость обуславливается недостатком электронов в кристаллической решётке материала. Фактически, переносят заряд здесь опять же электроны, но они как бы движутся по решётке, занимая последовательно свободные места в ней, в отличии от физического перемещения электронов в металлах. Такой принцип используется в полупроводниках, наряду с электронной проводимостью. Свойство проводника препятствовать прохождению через него электрического тока называется электрическим сопротивлением, или сопротивлением. Чем больше сопротивление проводника, тем меньше его проводимость, и наоборот. Проводимость обозначается латинской буквой G. За единицу проводимости принята проводимость проводника с сопротивлением в 1 ом. Эта единица называется сименс (сим). Понятия сопротивления и проводимости имеют очень большое значение в электротехнике. Но есть вещества, которые очень плохо проводят электрический ток, т. е. имеют очень большое сопротивление. Такие вещества называются непроводниками электрического тока, или изоляторами. К изоляторам относятся фарфор, стекло, шерсть, смола, резина, эбонит, слюда, воск, парафин и т. д. Изоляторы широко применяются в электротехнике. Без них нельзя осуществить ни одной электрической цепи. Следует помнить, что обычно сопротивление изолятора больше сопротивления проводника в несколько миллионов раз. Кроме проводников и изоляторов, в природе существуют так называемые полупроводники электрического тока. Характерная особенность полупроводников состоит в том, что их сопротивление в широких пределах изменяется под действием света, электрических и магнитных полей, радиоактивного излучения и от посторонних примесей. Из некоторых полупроводников изготовляются термисторы (резисторы, величина которых резко изменяется с изменением температуры) и фоторезисторы (величина их сопротивления зависит от освещенности). Полупроводники применяются для изготовления диодов, транзисторов, тиристоров и интегральных схем. Возможность использования полупроводников для усиления и генерации колебаний была открыта в 1922 г. сотрудником Нижегородской радиолаборатории имени В. И. Ленина радиолюбителем О. В. Лосевым, который назвал изобретенный им прибор кристадином. Зависимость электрического сопротивление от температуры Электрическое сопротивление металлов находится в прямой зависимости от температуры. Чем выше температура металлического провода, тем выше скорость теплового движения частиц. Следовательно растёт количество столкновений свободных электронов, и снижение их свободного пробега τ. Снижение свободного пробега уменьшает удельную проводимость и, одновременно, увеличивает удельное электрическое сопротивление материала. Удельное сопротивление электролитов и угля при нагревании наоборот уменьшается, поскольку кроме уменьшения времени τ повышается концентрация носителей зарядов. Некоторых сплавы, например, как манганин и константан обладают повышенным удельным сопротивлением и крайне низким температурным коэффициентом сопротивления. Так как обладают неправильной структурой и небольшим временем «свободного» пробега электронов. Данные сплавы нашли широкое применение при изготовлении образцовых катушек сопротивления и резисторов с постоянным (независимым от температуры) сопротивлением. Практически в электротехнике выло выявлено, что с увеличением температуры сопротивление проводников из металла возрастает, а с понижением уменьшается. Для всех проводников из металла это изменение сопротивления почти одинаково и в среднем равно 0,4% на 1°С. Если быть точным, то на самом деле при изменении температуры проводника изменяется его удельное сопротивление, которое имеет следующую зависимость:
где ρ и ρ0, R и R0 — соответственно удельные сопротивления и сопротивления проводника при температурах t и 0°С (шкала Цельсия), α — температурный коэффициент сопротивления, [α] = град-1. Изменение удельного сопротивления проводника приводит к изменения самого сопротивления, что видно из следующего выражения:
Зная электронную теорию строения вещества, можно дать следующее объяснение увеличению сопротивления металлических проводников с повышением температуры. При увеличении температуры проводник получает тепловую энергию, которая, несомненно, передается всем атомам вещества, в результате чего. С понижением температуры направленное движение электронов облегчается (уменьшается возможность столкновения свободных электронов с атомами), и сопротивление проводника уменьшается. Этим объясняется интересное явление — сверхпроводимость металлов. Сверхпроводимость, т. е. уменьшение сопротивления металлов до нуля, наступает при огромной отрицательной температуре —273° С, называемой абсолютным нулем. При температуре абсолютного нуля атомы металла как бы застывают на месте, совершенно не препятствуя движению электронов. График зависимости сопротивления металлического проводника от температуры представлен на рисунке 1. Рисунок 1. График зависимости удельного сопротивления металлического проводника от температуры
Необходимо сказать, что сопротивление электролитов и полупроводников (уголь, селен и другие) с увеличением температуры уменьшается. Температурная зависимость сопротивления электролита объясняется также в основном изменением удельного сопротивления, однако всегда температурный коэффициент сопротивления — α
Поэтому кривая зависимости сопротивления электролита от температуры имеет вид, представленный на рисунке 2.
Рисунок 2. График зависимости удельного сопротивления электролита от температуры Для полупроводников характер изменения удельного сопротивления от температуры будет схож с таковым для электролитов. Электрическая цепь и ее основные элементы ЭДС, и мощность источника электрической энергии Электрическая цепь — совокупность устройств и объектов, образующих путь для электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятии об электродвижущей силе, токе и напряжении. Простейшая электрическая установка состоит из источника (гальванического элемента, аккумулятора, генератора и т. п.), потребителей или приемников электрической энергии (ламп накаливания, электронагревательных приборов, электродвигателей и т. Основные элементы цепи. Все электроприемники характеризуются электрическими параметрами, среди которых основные — напряжение и мощность. Для нормальной работы электроприемника на его зажимах необходимо поддерживать номинальное напряжение. Элементы электрической цепи делятся на активные и пассивные. К активным элементам электрической цепи относятся те, в которых индуцируется ЭДС (источники ЭДС, электродвигатели, аккумуляторы в процессе зарядки и т. п.). К пассивным элементам относятся электроприемники и соединительные провода. Элементы электрической цепи, обладающие электрическим сопротивлением и называемые резисторами, характеризуются так называемой вольтамперной характеристикой — зависимостью напряжения на зажимах элемента от тока в нем или зависимостью тока в элементе от напряжения на его зажимах. Если сопротивление элемента постоянно при любом значении тока в нем и любом значении приложенного к нему напряжения, то вольтамперная характеристика прямая линия и такой элемент называется линейным элементом. В общем случае сопротивление зависит как от тока, так и от напряжения. Одна из причин этого состоит в изменении сопротивления проводника при протекании по нему тока из-за его нагрева. При повышении температуры сопротивление проводника увеличивается. Но так как во многих случаях эта зависимость незначительна, элемент считают линейным. Электрическая цепь, электрическое сопротивление участков которой не зависит от значений и направлений токов и напряжений в цепи, называется линейной электрической цепью. Такая цепь состоит только из линейных элементов, а ее состояние описывается линейными алгебраическими уравнениями. Если сопротивление элемента цепи существенно зависит от тока или напряжения, то вольтамперная характеристика носит нелинейный характер, а такой элемент называется нелинейным элементом. Электрическая цепь, электрическое сопротивление хотя бы одного из участков которой зависит от значений или от направлений токов и напряжений в этом участке цепи, называется нелинейной электрической цепью. Такая цепь содержит хотя бы один нелинейный элемент. Режим работы электрических цепей: номинальный, рабочий, холостого хода и короткого замыкания п Номинальный режим. Источники и приемники электрической энергии, провода, а также вспомогательные аппараты и приборы характеризуются номинальными величинами тока Iн, напряжения Uн, мощности Pн, на которые эти устройства рассчитаны заводами-изготовителями для нормальной работы. Номинальные величины обычно указываются в паспорте устройства. Режим работы, при котором действительные токи, напряжения, мощности элементов электрической цепи соответствуют их номинальным значениям, называется номинальным (нормальным). Рабочий режим. Режимы электрической цепи по различным причинам могут отличаться от номинального. Если в электрической цепи действительные характеристики режима отличаются от номинальных величин ее элементов, но отклонения находятся в допустимых пределах, то режим называется рабочим. Рисунок 1 – Схема цепи с переменным сопротивлением приемника электрической энергии Ток в цепи Уравнение баланса напряжений или где U0 — внутреннее падение напряжения в источнике; U — напряжение на внешних зажимах источника. Напряжение U на внешних зажимах источника, равное в этом случае напряжению на приемнике, меньше ЭДС источника на величину внутреннего падения напряжения Общее определение коэффициента полезного действия Отношение мощности Pпр приемника к мощности Pист источника называется коэффициентом полезного действия (КПД) источника КПД источника можно определить отношением напряжения на зажимах источника к его ЭДС Также КПД источника можно определить отношением сопротивления нагрузки к полному сопротивлению цепи Из последней формулы видно, что чем меньше внутреннее сопротивление R0, тем выше КПД источника. Режимы холостого хода и короткого замыкания При R = ∞ тока в цепи не будет. Этот случай соответствует размыканию цепи. Режим электрической цепи или отдельных источников, при котором ток в них равен нулю, называется режимом холостого хода. При холостом ходе напряжение на внешних зажимах источника равно его ЭДС U = Е. При R = 0, согласно выражению (1), а напряжение на зажимах приемника и источника равно нулю Режим электрической цепи, при котором накоротко замкнут участок с одним или несколькими элементами, в связи с чем, напряжение на этом участке равно нулю, называется режимом короткого замыкания. Соответственно ток Iк в цепи называется током короткого замыкания. Напряжение на зажимах источника уменьшается от U = Е до U = 0, если ток нагрузки увеличивается от 0 до тока короткого замыкания Iк (рисунок 2). Рисунок 2 – Графики зависимости напряжения U на зажимах источника, мощности источника Pист, мощности приемника Pпр, КПД η источника, мощности потерь внутри источника P0 от тока в цепи при изменении сопротивления нагрузки от R = ∞ (холостой ход) до R = 0 (короткое замыкание), считая ЭДС источника постоянной Задача Источник электрической энергии имеет в качестве нагрузки реостат с переменным сопротивлением R. ЭДС источника E = 24 В, а его внутреннее сопротивление R0 = 1 Ом. Построить графики зависимости напряжения U на зажимах источника, мощности источника Pист, мощности приемника Pпр, КПД η источника, мощности потерь внутри источника P0 от тока в цепи при изменении сопротивления нагрузки от R = ∞ (холостой ход) до R = 0 (короткое замыкание), считая ЭДС источника постоянной. Решение Для решения задачи воспользуемся схемой рисунок 1. Например, для сопротивления нагрузки R = 11 Ом: 1 2 3 4 |
Используется в электролитах. С ростом температуры ионная проводимость увеличивается, поскольку образуется большее количество ионов с высокой энергией, а также снижается вязкость среды.
Если вещество обладает небольшим сопротивлением (большой проводимостью), то оно называется проводником электрического тока, или проводником. К проводникам относятся большинство металлов (серебро, медь, алюминий, железо, никель, свинец, ртуть), а также сплавы металлов, морская вода, растворы солей и кислот и т. д. Особенно хорошо проводят электрический ток серебро и медь (обладают наилучшей проводимостью). Проводники используются для соединения отдельных элементов электрических схем.
Их проводимость больше, чем изоляторов, но меньше, чем проводников. К полупроводникам относятся: германий, кремний, селен, теллур, многие окислы, карбиды, сульфиды, огромное количество сплавов и химических соединений (арсенид галлия и др.) и т. д.
возрастает их тепловое движение. Увеличившееся тепловое движение атомов создает большее сопротивление направленному движению свободных электронов (увеличивается вероятность столкновения свободных электронов с атомами), от этого и возрастает сопротивление проводника.
п.) и соединительных проводов, соединяющих зажимы источника напряжения с зажимами потребителя. Т.е. электрическая цепь — совокупность соединенных между собой источников электрической энергии, приемников и соединяющих их проводов (линия передачи).
|
Навигация: Главная Случайная страница Обратная связь ТОП Интересно знать Избранные Топ: Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов… История развития методов оптимизации: теорема Куна-Таккера, метод Лагранжа, роль выпуклости в оптимизации… Генеалогическое древо Султанов Османской империи: Османские правители, вначале, будучи еще бейлербеями Анатолии, женились на дочерях византийских императоров… Интересное: Как мы говорим и как мы слушаем: общение можно сравнить с огромным зонтиком, под которым скрыто все. Искусственное повышение поверхности территории: Варианты искусственного повышения поверхности территории необходимо выбирать на основе анализа следующих характеристик защищаемой территории… Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов: Изучение оползневых явлений, оценка устойчивости склонов и проектирование противооползневых сооружений — актуальнейшие задачи, стоящие перед отечественными… Дисциплины: Автоматизация Антропология Археология Архитектура Аудит Биология Бухгалтерия Военная наука Генетика География Геология Демография Журналистика Зоология Иностранные языки Информатика Искусство История Кинематография Компьютеризация Кораблестроение Кулинария Культура Лексикология Лингвистика Литература Логика Маркетинг Математика Машиностроение Медицина Менеджмент Металлургия Метрология Механика Музыкология Науковедение Образование Охрана Труда Педагогика Политология Правоотношение Предпринимательство Приборостроение Программирование Производство Промышленность Психология Радиосвязь Религия Риторика Социология Спорт Стандартизация Статистика Строительство Теология Технологии Торговля Транспорт Фармакология Физика Физиология Философия Финансы Химия Хозяйство Черчение Экология Экономика Электроника Энергетика Юриспруденция |
⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 25Следующая ⇒ а) Электрическое сопротивление и электрическая проводимость. Свойство материалов препятствовать прохождению через них электрического тока называется электрическим сопротивлением. С другой стороны можно сказать, что не все материалы препятствуют прохождению через них электрического тока. Говорят, что такие материалы обладают хорошей электропроводностью. Таким образом, электропроводность и электрическое сопротивление являются взаимообратными величинами. Сопротивление проводника зависит от его геометрических размеров: его длины и площади поперечного сечения, а также материала, из которого изготовлен проводник..
Для проводников сопротивление прямо пропорционально длине и обратно пропорционально площади их поперечного сечения: где:l — длина проводника; м. s — площадь поперечного сечения; м2. — удельное сопротивление, характеризующее электропроводность данного металла, Ом * м.
Рис. 8.1. Алюминиевый проводник
Величина, обратная электрическому сопротивлению называется электрической проводимостью G. Где: G – проводимость, См (сименс) Удельная проводимость, величина, обратная удельному сопротивлению. Удельное сопротивление различных проводников: (·10-6) [Ом·м]
Серебро 0,016 Медь 0,017 Алюминий 0,03 Вольфрам 0,05 Железо 0,13 Свинец 0,2 Никелин 0,42 Манганин 0,43 Константан 0,5 Ртуть 0,94 Нихром 1,1
Удельное сопротивление проводника зависит от температуры.
где: ро — удельное сопротивление при 0 градусов, Занятие 11. Закон Ома
а) Закон Ома для участка цепи: Сила тока на участке цепи прямопропорциональна напряжению на этом участке и обратнопропорциональна сопротивлению этого же участка цепи.
Рис.11.1. Схема участка цепи б) Закон Ома для полной цепи При рассмотрении полной электрической цепи необходимо учитывать, что ток проходит не только по внешней части цепи, но также и по внутренней части цепи, т.е. внутри источника напряжения.
С учетом этого вывода закон Ома для полной цепи формулируется: Сила тока в цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе источника и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи
Где: Е — эдс источника, В. R- сопротивление внешнего участка цепи. Ом. r0 — внутреннее сопротивление источника. Ом
Занятие 12 Контрольная работа Контрольные вопросы:
1. 2. Как определяется напряженность электрического поля заряженной сферы? 3. Каковы свойства линий напряженности электрического поля? 4. Что такое потенциал и разность потенциалов? 5. Дайте определение электрической цепи и ее элементов. 6. Какие преобразования энергии происходят в источнике и потребителе? 7. Объясните строение металлического проводника 8. Дайте определение электрического тока и объясните его физическую сущность. 9. От чего зависит сопротивление металлического проводника? 10. Чем отличается напряжение от электродвижущей силы? 11. Что такое электрическая проводимость ? 12. Сформулируйте закон Ома для участка цепи? 13. Сформулируйте закон Ома для полной цепи цепи? 14. Что такое внутреннее сопротивление цепи?
Примечание: Каждому учащемуся необходимо решить задачу, предложенную преподавателем.
⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒ Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰). Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни… Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций… Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого… |
..
Назовите основное свойство электрического поля.
..Улучшение теплового сопротивления и электропроводности пленки DLC, легированной бором, с использованием RF-PECVD
Введение
Алмазоподобный углерод (DLC) имеет аморфную кристаллическую структуру и включает как sp 3 (алмазоподобный), так и sp 2 (графитоподобные) связки. Соотношение этих двух типов связей определяет кристаллические свойства и используется для классификации углеродных материалов (Lifshitz, 1999; Donnet and Erdemir, 2007). Обычный DLC имеет низкую термостойкость, что приводит к ухудшению характеристик при высоких температурах.
При высоких температурах sp 3 — связи меняются на sp 2 — связи, влияющие на графитизацию DLC пленки (Robertson, 2002). Пленка DLC является метастабильным материалом при высоких нагрузках. Во время нагревания и отжига структура пленки DLC меняется с алмазоподобной на графитоподобную (Sánchez-López and Fernández, 2008). Термическое сопротивление пленок DLC обычно низкое, что ограничивает их применение в условиях высоких температур. Термическое сопротивление пленки DLC напрямую связано с ее физическими характеристиками и структурой, химическим составом и толщиной. Добавление гетерогенных элементов улучшает общие свойства DLC-пленок (Tallant et al., 19).95). Исследования DLC-пленок, легированных бором, в основном сосредоточены на их электрических свойствах. Обычно удельное сопротивление измеряется в диапазоне 1×10 12 -1×10 16 Ом/см. Интересно, что удельное сопротивление зависит от степени деформации кристаллической структуры. Было показано, что легирование бором приводит к графитизации (Kakiuchi et al.
, 2000), а также к значительному улучшению электропроводности и снижению внутреннего напряжения в DLC-пленках, таких как использованные Cu/Ti и OPT-DLC (Ahmad and Alsaad, 2007). ; Нирадж и др., 2012, 2013а). Однако результаты предыдущих исследований не были одинаковыми из-за несоответствия используемых методов осаждения. В космической программе максимальный уровень трибологических, тепловых и электрических характеристик должен требовать для длительной миссии ориентации солнечных элементов, азимута антенны, карданной регулировки двигателей. Требуется высокая твердость поверхности, но наличие проводимости, чтобы избавиться от заряда электронов в плазменных условиях на орбите, ожидается, что DLC-обработка электропроводящих, терморезистивных и механических жгутов будет удовлетворительным решением.
Эксперимент
Образцами в этом исследовании были кремниевые пластины (110) с размерами 20 мм (Ш) × 20 мм (Д), как показано на рисунке 1. Сначала была проведена ультразвуковая очистка в течение 30 минут с использованием C .
3 H 6 O (ацетон), C 2 H 5 OH (этанол) и деионизированная (ДИ) вода для удаления примесей с поверхности. Было проведено химическое осаждение из паровой фазы с радиочастотным усилением плазмы RF-PECVD пленки DLC. Внутренняя стенка была проверена на удаление остатков негатива, а плазма, источником которой является газообразный аргон (Ar), поддерживалась в течение 30 минут, что вызвало горячее начальное состояние, операция предварительной очистки обеспечила термически стабильную обстановку в камере. Образец был предварительно обработан для обеспечения лучшей адгезии к поверхности пленок алмазоподобного углерода, как показано в таблице 1. Два газа, CH 4 (метан) и B 2 H 6 (диборан) поставлялись в условиях 0, 10, 20, 30 и 40 об.% . Мощность радиочастотного источника питания 300 Вт, время работы 60 мин, давление в камере 2,0 × 10 −2 Торр. Состояние образцов покрытий показано в таблице 2.
Рисунок 1 . Фотография DLC, легированного бором, нанесенного на подложку Si (100).
Таблица 1 . Условия предварительной обработки перед осаждением DLC.
Таблица 2 . Условия осаждения пленки DLC.
. Результаты и обсуждение. Состояние легированного бора в DLC-пленке анализировали с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS), как показано на рис. 2.
1 с в диапазоне 196,38–199,68 эВ. Однако интенсивность пика B 1 с была слабее, чем у других кристаллических углеродных материалов, таких как алмаз; считается, что BC или BH оседают во время процесса нестабильного связывания. Во время реакции отложения DLC в плазме цепи C-C и C-H с большей вероятностью реагируют, чем цепи B-C и B-H. Сила связывания бора больше, чем у углерода, но в условиях процесса с низкой температурой осаждения энергии достаточно только для слабого связывания. Для измерения толщины пленки DLC и определения скорости роста пленок, нанесенных на подложку, использовался инструмент Stylus Profiler (Bruker), измеряющий среднюю скорость роста через равные промежутки времени.
Скорость роста легированной бором пленки составила 897,6 нм/ч под B 2 H 6 , а скорость роста нелегированной пленки составила 799,6 нм/ч. Таким образом, легирование бором увеличивает толщину пленки. Твердость проверяли наноиндентором. Максимальная твердость по Виккерсу составила 1572 HV для нелегированных DLC-пленок, что выше, чем у легированных DLC-пленок (1176,3 HV; рис. 3). Структурное напряжение связано с долей углерода sp2, увеличение отношения sp3/sp2 определяет улучшенную твердость, но снижает электропроводность, прочная связь с ближайшими соседними атомами фракций sp3 и меньшего количества sp2 показывает высокие значения H (Neeraj et al., 2011, 2013b). ). Этот результат может быть связан с агрегацией нанокластеров, расщепляющих sp 2 и sp 3 , которые, в свою очередь, влияют на кристаллическую структуру пленки DLC и создают границу, состоящую из sp 2 . Таким образом, легированный бор уменьшил влияние цепочек sp 3 .
Спектры комбинационного рассеяния света показали асимметричный пик на 1100–1700 см -1 , D-пик, алмазоподобный углерод, отмеченный на 1320 см -1 , и G-пик, графитоподобный, отмеченный на 1540 см -1 выделены вертикальными линиями, как показано на рис. 4. По мере увеличения количества легированного бора отношение интенсивностей пиков D и G (I D /I G ) постепенно увеличивается; полная ширина на полувысоте (FWHM) пика G также увеличилась, как показано в таблице 3 (Ferrari et al., 2002). В пленках DLC с аморфной углеродной структурой, например, когда алмазо- и графитоподобные сетки смешиваются вместе, бор контролирует свойства углеродной сетки. Легирование бором и термообработка в DLC способствуют образованию связи sp 2 . Активный бор в процессе легирования мешает нормальному сочетанию sp3 с более быстрым и легким свойством атомных характеристик и вызывает расщепление в структуре аморфного углерода и агрегацию sp 3 индуцирует цепочку из sp 2 атомов углерода.
Переход из аморфного состояния в псевдокристаллическое, переход области между аморфным образованием и полнокристаллическим, приводит к образованию графитоподобных частиц и снижению поверхностной твердости. Связи sp 3 лежат в основе свойств пленок алмазоподобного углерода. В данном исследовании количество связей sp 3 в пленке DLC было пропорционально твердости. Высокие внутренние напряжения (в частности, напряжения сжатия) в пленках АПУ связаны с неравномерностью sp 3 облигации. Твердость пленки DLC также увеличивается с увеличением внутреннего напряжения, и результаты показали, что легирование бором снижает внутреннее напряжение в пленках DLC. Для термообработки использовали муфельную печь для оценки расслаивания тонких пленок при нагревании. Как показано на рис. 5, температуры нагрева составляли 300, 350 и 400°С со скоростью 10°С в минуту при времени выдержки 15 мин. Затем образцы охлаждали при комнатных условиях перед извлечением из печи. Морфологию термообработанных образцов исследовали с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), как показано на рисунке 6.
Все тонкие пленки не изменились или остались неповрежденными при термообработке при 300°C. Однако тонкие пленки нелегированного алмазоподобного углерода расслаивались при повышении температуры нагрева до 350°С. С другой стороны, тонкие пленки DLC, легированные 30 об.% бора, оставались неповрежденными при всех условиях нагрева. Нелегированные и легированные бором пленки алмазоподобного углерода (менее 30 об.% B 2 H 6 ) подвергали термогравиметрическому анализу (ТГА). На рис. 7 показан прибор ТГА. Кривая ТГА пленок DLC характерна для одностадийного распада. Кривая ТГА DLC нелегированного бора показана на рисунке 8A. Потеря массы происходила примерно при 300°С и продолжалась по мере повышения температуры. Кривая ТГА DLC-пленок, легированных 30 об.% бора, показана на рисунке 8B. Потеря веса происходила примерно при 460°С. Эти результаты показывают улучшенную термостойкость пленки DLC, легированной бором. Пленки DLC, легированные 10 и 40 об. % бора, проявляли явление осыпания, и на их поверхности были обнаружены трещины.
Пленки DLC, легированные 20 об.% B 2 H 6 показал частичные трещины на поверхности. Пленки DLC, легированные 30 об.% B 2 H 6 , имели неповрежденную поверхность при всех термических обработках. Среди пленок DLC, легированных бором, пленки, легированные 30 об.% бора, показали самое высокое термическое сопротивление. Для определения электропроводности пленок DLC, легированных бором, использовали метод четырехзондового зонда. Пленки, легированные 40 об.% B 2 H 6 , имели самую высокую электропроводность, как показано на рисунке 9.. Увеличение концентрации бора улучшило электропроводность и уменьшило поверхностное сопротивление. Пленки DLC, легированные 30 об.% B 2 H 6 , продемонстрировали наихудшие характеристики независимо от примененной термообработки; это было связано с насыщением sp 3 и накоплением свободных электронов из-за действия бора внутри углеродной структуры. Модель электронного транспорта использовалась для оценки взаимосвязи между проводимостью DLC-пленки и температурой, как показано ниже:σDC(T)=σ0exp[-Eact/(kT)] (1)
Где k – постоянная Больцмана, lnσ DC ~1/T – прямая, E act – энергия активации, и E act /k представляет собой наклон кривой, показывающей взаимосвязь между проводимостью и температурой.
Механизм тепловой активации зависит от носителей, генерируемых в расширенном состоянии, которые находятся вблизи уровня Ферми. Под воздействием тепла электроны перескакивают через щель Ферми. Сообщалось, что пленки DLC имеют сетку, которая способствует удержанию и, таким образом, накоплению электронов. Однако при подаче тепловой энергии возбужденные электроны могут демонстрировать туннельное поведение, как это наблюдается в полупроводниках. Также сообщалось, что при определенных условиях в DLC-пленках может образовываться слабая примесь p-типа; следовательно, можно получить полупроводниковые DLC-пленки p-типа путем легирования их бором (Al Mamun et al., 2018). Для полупроводников n-типа E акт = E C — E F , а для полупроводников p-типа E акт = E F — E V , где E F — уровень энергии, E C — передний край подвижности зоны, а E V — край подвижности валентной зоны (Ma and Liu, 2001; Godet, 2002).
Проводимость DLC пленок зависит от их sp 2 связей и степени легирования. В этом исследовании улучшенная электропроводность DLC-пленок была достигнута за счет легирования бором, что позволило сформировать легирующую примесь p-типа и увеличить sp 2 облигаций (Wei and Hing, 2002). Поверхность пленок DLC была визуализирована с помощью SEM, и не было замечено существенной разницы между аморфной и псевдокристаллической структурой. Наконец, была применена ПЭМ с поправкой на Cs (Themis Z, FEI, США), расположенная в Корейском институте керамической инженерии и технологии (KICET) для получения существенного вида поперечного сечения (Takanori et al., 2009) кристалла. или атомная структура B-DLC, которая также включает углеродный кристалл sp2 и sp3. Аморфный кристалл B-DLC на верхнем слое и очевидный кристалл кремниевой подложки с ориентацией 110 на нижнем слое, как показано на рисунке 10. Был предложен метод осаждения, как показано на рисунке 11, и результаты показали, что легированная бором пленка DLC включал цепи C-C, C-H, B-C и B-H и аморфную углеродную сеть; были признаки туннелирования электронов, и образование пограничной области привело к образованию кластеров.
Кроме того, некоторые из B 2 H 6 и CH 4 газ выделялся в условиях низких температур, что приводило к редкому явлению связывания бора с C-C и C-H.
Рисунок 2 . XPS пленок DLC, легированных бором.
Рисунок 3 . Твердость по Виккерсу нелегированных DLC-пленок и легированных бором DLC-пленок с различным процентным содержанием легирования B 2 H 6 .
Рисунок 4 . Спектры комбинационного рассеяния нелегированных DLC-пленок и легированных бором DLC-пленок с разным значением B 2 H 6 процент легирования.
Таблица 3 . Спектры комбинационного рассеяния показывают положение пика G, полуширину пика G и соотношение интенсивностей пика D и пика G.
Рисунок 5 . Условия термообработки в муфельной печи.
Рисунок 6 . СЭМ-изображения морфологии и расслаивания тонких пленок после термообработки в муфельной печи.
Рисунок 7 . Схема прибора ТГА.
Рисунок 8 . Кривая ТГА нелегированных DLC-пленок (A) и DLC-пленок (B) , легированных бором.
Рисунок 9 . Электрическое сопротивление пленок алмазоподобного углерода после осаждения при различном уровне легирования бором.
Рисунок 10 . Вид в поперечном сечении по изображению TEM.
Рисунок 11 . Гипотетическая схема процесса осаждения DLC, легированного бором.
Заключение
Пленка DLC была нанесена на подложку Si методом RF-PECVD и легирована борн-легированием с использованием 10, 20, 30 или 40 об.% B 2 Н 6 . Скорость осаждения DLC-пленки, легированной бором, была выше, чем у нелегированной DLC-пленки. Твердость и количество связей sp 3 в DLC-пленках, легированных бором, были ниже, чем в нелегированной пленке. Легирование бором уменьшило внутреннее напряжение за счет уменьшения сетки sp 3 , что улучшило термическую стойкость до температуры 460°C, как показал ТГА; Между тем, DLC-пленки, легированные 30 об.
% бора, показали превосходные результаты во всех условиях нагрева, тогда как нелегированная DLC-пленка показала термостойкость только до 300°C. Нелегированные DLC-пленки имели наихудшую электропроводность при всех термообработках, в результате чего DLC-пленки, легированные 40 об.% бора, значительно улучшили электропроводность. Получение полупроводниковых DLC-пленок p-типа возможно путем легирования бором. По мере повышения температуры больше sp 2 образовались связи, что привело к увеличению кластеризации. Это исследование показывает, что DLC-пленки, легированные бором, могут найти применение в космических проектах.
Заявление о доступности данных
Все наборы данных, созданные для этого исследования, включены в статью/дополнительный материал.
Вклад авторов
WL, YP и TK: внесли свой вклад в концепцию и дизайн исследования. ДС и ДК: организовали базу данных. WL, DS и DK: выполнен статистический анализ. WL и XT: написали первый черновик рукописи.
WL и XT: написаны разделы рукописи. Все авторы внесли свой вклад в доработку рукописи, прочитали и одобрили представленную версию.
Финансирование
Это исследование было поддержано Программой фундаментальных научных исследований через Национальный исследовательский фонд Кореи (NRF), финансируемый Министерством образования (грант № 2018R1D1A1B07046366).
Конфликт интересов
Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.
Ссылки
Ахмад, А. А., и Алсаад, А. М. (2007). Адгезивные DLC-пленки, легированные бором, на биомедицинских сплавах, используемые для фиксации костей. Бык. Матер. науч. 30, 301–308. doi: 10.1007/s12034-007-0050-5
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Аль Мамун, М. А., Фурута, Х., и Хатта, А. (2018). Импульсная плазменная система CVD постоянного тока для осаждения пленок алмазоподобного углерода.
Матер. Сегодня коммун. 14, 40–46. doi: 10.1016/j.mtcomm.2017.12.008
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Доннет С. и Эрдемир А. (ред.). (2007). Трибология алмазоподобных углеродных пленок: основы и приложения . Бостон, Массачусетс: Springer Science & Business Media. дои: 10.1007/978-0-387-49891-1
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Google Scholar
Феррари А.С., Родии С.Е., Робертсон Дж. и Милн В.И. (2002). Необходим ли стресс для стабилизации sp3-связи в алмазоподобном углероде? Алмаз Отн. Матер. 11, 994–999. doi: 10.1016/S0925-9635(01)00705-1
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Годе, К. (2002). Еще раз о скачкообразном изменении диапазона: случай экспоненциального распределения локализованных состояний. J. Некристалл. Твердые вещества 299, 333–338. doi: 10.1016/S0022-3093(01)01008-0
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Какиути Х., Кобаяши Т. и Тераи Т. (2000): Изменение свойств тонких алмазоподобных углеродных пленок в результате ионной имплантации.
Методы ядерных приборов Phys. Рез. Раздел B: Взаимодействие с лучом . Матер. Атомы 166, 415–419. doi: 10.1016/S0168-583X(99)01056-3
Полный текст CrossRef | Google Scholar
Лифшиц Ю. (1999). Алмазоподобный углерод — современный статус. Материал, связанный с бриллиантами. 8, 1659–1676. doi: 10.1016/S0925-9635(99)00087-4
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Ma, ZQ, and Liu, BX (2001). Легированный бором алмазоподобный аморфный углерод как фотогальванические пленки в солнечных элементах. Материал солнечной энергии. Солнечные элементы 69, 339–344. doi: 10.1016/S0927-0248(00)00400-1
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Нирадж Д., Кумар С. и Малик Х. (2013b). Странная характеристика твердости тонкой пленки гидрогенизированного алмазоподобного углерода в процессе химического осаждения из паровой фазы, усиленного плазмой Заявл. физ. Письмо .102:011917. doi: 10.1063/1.4775372
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Нирадж Д.
, Кумар С. и Малик Х.К. (2013a). Роль базового давления на структурные и наномеханические свойства бислоев металл/алмазоподобный углерод. Заяв. Поверхностные науки. 274, 282–287. doi: 10.1016/j.apsusc.2013.03.037
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Нирадж Д., Кумар С., Малик Х.К., Говинд, Раутан К.М.С. и Панвар О.С. (2011). Корреляция sp3- и sp2-фракций углерода с электрическими, оптическими и наномеханическими свойствами алмазоподобных углеродных пленок, разбавленных аргоном Заявл. Поверхностные науки. 257, 6804–6810. doi: 10.1016/j.apsusc.2011.02.134
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Нирадж Д., Кумар С., Сингх С. и Малик Х.К. (2012). Модифицированный кислородом алмазоподобный углерод в качестве оконного слоя для солнечных элементов из аморфного кремния. Солнечная энергия 86, 220–230. doi: 10.1016/j.solener.2011.09.025
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Google Scholar
Робертсон, Дж. (2002). Алмазоподобный аморфный углерод.
Матер. науч. англ. Р: Отзыв 37, 129–281. doi: 10.1016/S0927-796X(02)00005-0
Полный текст CrossRef | Google Scholar
Санчес-Лопес, Дж. К., и Фернандес, А. (2008). Влияние легирования и легирования на DLC-покрытия. Трибология алмазоподобных углеродных пленок. (Бостон, Массачусетс: Спрингер), 311–338. doi: 10.1007/978-0-387-49891-1_12
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Таканори Т., Комияма Т., Мики Х., Такаги Т. и Аояма Т. (2009). Исследование двухслойной пленки W-DLC/DLC с помощью XPS и TEM Тонкие твердые пленки 517, 5010–5013. doi: 10.1016/j.tsf.2009.03.033
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Таллант Д. Р., Парметер Дж. Э., Сигал М. П. и Симпсон Р. Л. (1995). Термическая стабильность алмазоподобного углерода. Алмаз Отн. Матер. 4, 191–199. doi: 10.1016/0925-9635(94)00243-6
CrossRef Full Text | Google Scholar
Вэй, Дж., и Хинг, П. (2002). Электрические свойства реактивно напыленных пленок нитрида углерода.
Тонкие твердые пленки 410, 21–27. doi: 10.1016/S0040-6090(02)00243-2
CrossRef Full Text | Google Scholar
Сопротивление, удельное сопротивление и проводимость: взаимосвязь, формула- Embibe
- Автор Анум
- Последнее изменение 19-07-2022
- Автор Анум
- Последнее изменение 19-07-2022
Сопротивление, удельное сопротивление и проводимость: Мы работаем с различными материалами. Некоторые из металлов, некоторые из пластика, некоторые из дерева, а некоторые из жидкостей. Нас часто предупреждают, прежде чем прикасаться к выключателю мокрыми руками или к проводу на улице во время дождя, но таких предупреждений не дается при прикосновении к пластиковым или деревянным предметам! Почему это? Это связано с тем, что некоторые материалы позволяют току легко проходить через них, а другие нет. Почему через одни объекты ток течет легко, а через другие материалы сильно ограничен?
Некоторые материалы являются проводниками, некоторые — изоляторами, и почти все они являются резисторами.
Природа материала, его размер и размеры могут играть важную роль в определении его текущего потока. О природе материала можно судить по его сопротивлению или проводимости. Давайте узнаем подробно о понятии сопротивления, удельного сопротивления и проводимости.
Сопротивление
Сопротивление может быть определено как мера сопротивления электрического тока в цепи или потока электронов в проводнике. Таким образом, сопротивление контролирует количество тока, протекающего через цепь. Каждый материал оказывает определенное сопротивление потоку электронов через него. Физик Георг Саймон Ом обнаружил связь между током, протекающим по металлическому проводу, и разностью потенциалов, приложенной к проводу. По его словам, при постоянной температуре ток, протекающий по данному металлическому проводу в электрической цепи, прямо пропорционален разности потенциалов на его выводах. Таким образом, если \(V\) — разность потенциалов на концах, а \(I\) — ток, то:
\(V \propto I\)
\(V = IR\,\,\,\,…\влево( 1 \вправо)\)
Здесь.
\(R\) есть константа пропорциональности, называемая сопротивлением.
\(R = \frac{V}{I}\)
Таким образом, сопротивление обратно пропорционально току, протекающему по цепи. Следовательно, чем выше значение сопротивления, тем меньше ток; чем меньше значение сопротивления, тем больше величина тока, протекающего в цепи.
Уравнение (1) известно как закон Ома. Единицей сопротивления в системе СИ является Ом, обозначаемый буквой \(\Омега\).
Сопротивление и удельное сопротивление
Рассмотрим отдельный отрезок электрического проводника длиной \(L\), с одинаковой площадью поперечного сечения \(A\).
Если сопротивление проводника равно \(R\) и по нему течет ток \(i\), то по закону Ома
\(i = V/R\)
Теперь, если два таких провода соединены встык, т.е. в последовательном соединении:
Эффективная длина проводника увеличивается, а площадь поперечного сечения остается неизменной. В этой серии комбинация проводников
Длина проводника: \(L + L = 2L\)
Площадь проводника: \(A\)
Поскольку резисторы соединены последовательно, эффективное сопротивление \(R + R = 2R\)
Таким образом, удвоение длины проводника удвоило его сопротивление.
Это означает, что сопротивление проводника прямо пропорционально его длине или \(R \propto L\).
Таким образом, для проводника данной площади увеличение длины приведет к увеличению сопротивления на нем и наоборот.
Если два проводника соединены по длине, т.е. в параллельной комбинации:
Эффективная длина проводника остается неизменной, хотя эффективная площадь поперечного сечения увеличивается. Параллельное соединение проводников:
Длина проводника: \(L\)
Площадь проводника: \(A + A = 2A\)
Поскольку резисторы соединены параллельно, эффективное сопротивление \(\frac{1}{{\left[ {\left({\frac{1}{R}} \right) + \left({\frac{ 1}{R}} \справа)} \справа]}} = R/2\)
Таким образом, удвоение площади поперечного сечения проводника уменьшило сопротивление на нем вдвое. Это означает, что сопротивление проводника обратно пропорционально его площади или \(R \propto \frac{1}{A}\)
Таким образом, для проводника данной длины увеличение площади поперечного сечения уменьшает его сопротивление и наоборот.
Таким образом, сверху \(R \propto \frac{l}{A}\)
или \(R = \frac{{\rho l}}{A}\)
Здесь – удельное сопротивление материала. Это зависит от природы материала, поскольку разные проводящие материалы имеют разные физические и электрические свойства.
Удельное сопротивление
Удельное электрическое сопротивление является мерой сопротивления протеканию электрического тока через данный проводник. Это позволяет нам сравнивать, насколько эффективно различные материалы пропускают или ограничивают протекание тока через них. Удельное сопротивление также известно как «удельное сопротивление». Это дает нам представление о сопротивлении, оказываемом току, протекающему через проводник. Чем выше удельное сопротивление проводника; выше будет сопротивление, предлагаемое им.
Удельное сопротивление вещества можно определить как сопротивление, оказываемое кубом, сделанным из этого вещества, с ребрами единичной длины, при этом ток протекает нормально через противоположные грани куба и равномерно распределяется по ним.
2 }}}{{{\rm{метр}}}}\) 9{14}}\Омега – м\).
Температурная зависимость удельного сопротивления
Изменение сопротивления и, следовательно, удельного сопротивления проводника зависит от различных факторов, и температура является одной из наиболее важных характеристик, влияющих на удельное сопротивление проводника.
Удельное сопротивление данного металлического проводника увеличивается с повышением температуры. Когда проводник нагревается, составляющие его атомы начинают колебаться с большей амплитудой. Это, в свою очередь, приводит к увеличению частоты столкновений между ионами и электронами. Благодаря этому среднее время между двумя последовательными столкновениями уменьшается, что приводит к уменьшению скорости дрейфа. Таким образом, это увеличение столкновений с повышением температуры приведет к увеличению удельного сопротивления.
Формулу удельного сопротивления металлов при малых колебаниях температуры можно получить из уравнения:
\(\rho \left( T \right) = \rho \left( {{T_0}} \right)\left[ {1 + \alpha \left( {T – {T_0}} \right)} \right ]\)
Здесь,
\(\rho \left( T \right):\) удельное сопротивление материала при температуре \(T\)
\(\rho \left( {{T_0}} \right):\) удельное сопротивление материала при температуре \({T_0}\)
\(\alpha :\) Это константа для данного материала, известная как коэффициент удельного сопротивления
Температурное изменение сопротивления может быть получено из уравнения:
\(R\влево( T \вправо) = R\влево( {{T_0}} \вправо)\влево[ {1 + \alpha \влево( {T – {T_0}} \вправо)} \вправо]\ )
Величина удельного сопротивления сплавов также увеличивается с температурой, но это увеличение гораздо меньше, чем у металлов, хотя удельное сопротивление неметаллов уменьшается с повышением температуры.
Аналогичное поведение наблюдается и для полупроводников, температурный коэффициент удельного сопротивления для полупроводников и неметаллов отрицателен, а для полупроводниковых материалов его значение часто велико.
Проводимость
Электропроводность материала является мерой легкости, с которой электрический ток может проходить через материал. Его также называют удельной проводимостью. Электропроводность вещества обратно пропорциональна его удельному сопротивлению. Чем выше значение удельного сопротивления; ниже будет значение проводимости и наоборот.
Обозначается \(\sigma\).
\(\sigma = \frac{1}{\rho }\)
Где \(\rho\) — удельное сопротивление.
9{ – 1}}\) или Сименс/метр или \(См/м\).Проводимость материала тесно связана со свойством проводимости, а проводимость данного материала обратно пропорциональна электрическому сопротивлению.
Мы знаем, что электрическое сопротивление \(R\) и удельное сопротивление \(\rho \) зависят от физической природы данного материала; его размеры или физическая форма выражаются через его длину \(L\) и площадь поперечного сечения А.
Таким образом, проводимость материала является функцией природы и физических свойств данного вещества.
Электропроводность вещества равна обратной величине электрического сопротивления. Он представлен \(G\).
\(G = \frac{1}{R}\)
Где \(R\) сопротивление.
Единицей проводимости в системе СИ является сейменс (См), она представлена перевернутым омом и представлена ℧ (мхо).
Точно так же, как сопротивление дает представление о сопротивлении протеканию тока, проводимость дает представление о легкости прохождения тока через вещество. Таким образом, хорошие проводники, такие как медь и алюминий, имеют большие значения проводимости, в то время как изоляторы, такие как пластик и дерево, имеют низкие значения проводимости.
Резюме
Сопротивление может быть определено как мера сопротивления электрического тока в цепи или потока электронов в проводнике. По закону Ома сопротивление обратно пропорционально току, протекающему по цепи.
{ – 1}}\), или Сименс/метр, или \({\rm{См/м} }\).
Часто задаваемые вопросы по сопротивлению, удельному сопротивлению и проводимости
Ниже приведены некоторые из наиболее часто задаваемых вопросов, связанных с удельным сопротивлением и проводимостью:
Q.1 . Что такое единица удельного сопротивления в системе СИ?
Ответ: Единицей удельного сопротивления в системе СИ является ом-метр.
Q.2. Дайте определение сопротивлению.
Ответ: Сопротивление – это сопротивление протеканию электрического тока через проводник.
В.3. От каких факторов зависит сопротивление материала?
Ответ: Зависит от:
1. Природа материала
2. Площадь материала
3. Длина материала
4. Температура
В.4. Какова связь между удельным сопротивлением и проводимостью материала?
Ответ: Удельное сопротивление материала обратно пропорционально его проводимости.
Q.5. Как еще называется проводимость?
Ответ: Другое название проводимости – удельная проводимость.
Изучите комбинацию сопротивлений здесь
Мы надеемся, что эта статья о сопротивлении, удельном сопротивлении и проводимости окажется для вас полезной. Если у вас есть какие-либо вопросы, связанные с этой страницей, отправьте нам сообщение через поле для комментариев ниже, и мы свяжемся с вами как можно скорее.
Практические вопросы по сопротивлению, удельному сопротивлению и электропроводности с советами и решениями
Электропроводность материалов | ядерная энергия.com
Электрическая проводимость и обратное ей значение, удельное электрическое сопротивление , является фундаментальным свойством материала, которое количественно определяет, как он проводит поток электрического тока. Электропроводность или удельная проводимость обратны удельному электрическому сопротивлению. Символом электропроводности является κ (каппа), а также σ (сигма) или γ (гамма). Единицей электропроводности в системе СИ является сименс на метр (См/м). Высокая проводимость указывает на материал, который легко пропускает электрический ток. Обратите внимание, что удельное электрическое сопротивление — это не то же самое, что электрическое сопротивление. Электрическое сопротивление выражается в Омах. В то время как удельное сопротивление является свойством материала, сопротивление является свойством объекта.
Проводники – Полупроводники – Резисторы
Вещества, в которых может течь электричество, называются проводниками . Проводники изготовлены из материалов с высокой проводимостью, таких как металлы, особенно медь и алюминий.
С другой стороны, изоляторы изготавливаются из различных материалов в зависимости от таких факторов, как требуемое сопротивление.
Полупроводники — это неорганические или органические материалы, которые могут контролировать свою проводимость в зависимости от химической структуры, температуры, освещения и присутствия примесей. Имя полупроводник происходит из-за того, что эти материалы имеют электрическую проводимость между металлом, таким как медь, золото и т. д., и изолятором, таким как стекло. У них энергетическая щель менее 4 эВ (около 1 эВ). В физике твердого тела эта энергетическая щель или запрещенная зона представляет собой диапазон энергий между валентной зоной и зоной проводимости, где электронные состояния запрещены. В отличие от проводников электроны в полупроводниках должны получать энергию (например, от ионизирующего излучения), чтобы пересечь запрещенную зону и достичь зоны проводимости.
Чтобы понять разницу между металлами , полупроводниками, и электрическими изоляторами , мы должны определить следующие термины из физики твердого тела:
- Валентная зона . В физике твердого тела валентная зона и зона проводимости являются зонами, наиболее близкими к уровню Ферми и, таким образом, определяют электропроводность твердого тела.
В электрических изоляторах и полупроводниках валентная зона представляет собой самый высокий диапазон энергий электронов, в котором электроны обычно присутствуют при температуре абсолютного нуля. Например, атом кремния имеет четырнадцать электронов. В основном состоянии они располагаются в электронной конфигурации [Ne]3s 2 3p 2 . Четыре из них — валентные электроны , занимающие 3s-орбиталь и две из 3p-орбиталей. Различие между валентной зоной и зоной проводимости в металлах не имеет смысла, потому что проводимость происходит в одной или нескольких частично заполненных зонах, которые приобретают свойства как валентной зоны, так и зоны проводимости. - Лента проводимости . В физике твердого тела валентная зона и зона проводимости являются зонами, ближайшими к уровню Ферми, и, таким образом, определяют электропроводность твердого тела. Зона проводимости является нижним диапазоном вакантных электронных состояний в электрических изоляторах и полупроводниках. На графике электронной зонной структуры материала валентная зона расположена ниже уровня Ферми, а зона проводимости — выше него. В полупроводниках электроны могут достигать зоны проводимости, когда они находятся в возбуждают , например, ионизирующим излучением (т. е. они должны получить энергию выше, чем E зазор ). Например, алмаз представляет собой широкозонный полупроводник (E ширина запрещенной зоны = 5,47 эВ) с высоким потенциалом использования в качестве материала электронных устройств во многих устройствах. С другой стороны, германий имеет небольшую ширину запрещенной зоны (E ширина запрещенной зоны = 0,67 эВ), что требует работы детектора при криогенных температурах. Различие между валентной зоной и зоной проводимости в металлах не имеет смысла, потому что проводимость происходит в одной или нескольких частично заполненных зонах, которые приобретают свойства как валентной зоны, так и зоны проводимости.
- Ширина запрещенной зоны . В физике твердого тела энергетическая щель или запрещенная зона представляет собой диапазон энергий между валентной зоной и зоной проводимости, в котором электронные состояния запрещены. В отличие от проводников электроны в полупроводниках должны получать энергию (например, от ионизирующего излучения), чтобы пересечь запрещенную зону и достичь зоны проводимости. Ширина запрещенной зоны , естественно, различна для разных материалов. Например, алмаз является широкозонным полупроводником (E пробел = 5,47 эВ) с высоким потенциалом в качестве материала для электронных устройств во многих устройствах. С другой стороны, германий имеет небольшую ширину запрещенной зоны (E ширина запрещенной зоны = 0,67 эВ), что требует работы детектора при криогенных температурах.
- Уровень Ферми . Термин «уровень Ферми» происходит из статистики Ферми-Дирака , которая описывает распределение частиц по энергетическим состояниям в системах, состоящих из фермионов (электронов), подчиняющихся принципу запрета Паули. Поскольку они не могут существовать в одинаковых энергетических состояниях, уровень Ферми — это термин, используемый для описания вершины набора уровень энергии электрона при температуре абсолютного нуля. Уровень Ферми — это поверхность моря Ферми при абсолютном нуле, где ни у одного электрона не будет достаточно энергии, чтобы подняться над поверхностью. В металлах уровень Ферми лежит в гипотетической зоне проводимости, дающей свободные электроны проводимости. В полупроводниках положение уровня Ферми находится внутри запрещенной зоны, примерно в середине запрещенной зоны.
- Пара электрон-дырка . В полупроводниках свободных носителей заряда — это электрон и электрон-дырка (пары электрон-дырка). Возбуждение электрона создает электроны и дырки из валентной зоны в зону проводимости. Электрон-дырка (часто называемая просто дыркой) — это отсутствие электрона в положении, в котором он мог бы существовать в атоме или атомной решетке. Это один из двух носителей заряда, отвечающих за создание электрического тока в полупроводниковых материалах. Поскольку в нормальном атоме или кристаллической решетке отрицательный заряд электронов уравновешивается положительным зарядом атомных ядер, отсутствие электрона оставляет чистый положительный заряд в месте расположения дырки. Когда электроны покидают свои позиции, положительно заряженные дырки могут перемещаться от атома к атому в полупроводниковых материалах. Когда электрон встречается с дыркой, они рекомбинируют, и эти свободные носители эффективно исчезают. Рекомбинация означает, что электрон, который был возбужден из валентной зоны в зону проводимости, возвращается в пустое состояние в валентной зоне, известное как дырки.
Ссылки:
Материаловедение:
- Министерство энергетики США, материаловедение. Справочник по основам Министерства энергетики, том 1 и 2. Январь 1993 г.
- Министерство энергетики США, материаловедение.
