| | Адрес этой страницы (вложенность) в справочнике dpva.ru: главная страница / / Техническая информация / / Физический справочник / / Электрические и магнитные величины / / Электрическое сопротивление и проводимость проводников, растворов, почв…. / / Электропроводимость (электрическая проводимость) и электрическое сопротивление титана и титановых сплавов. Поделиться:
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Титан электросопротивления — Справочник химика 21
Титан, как и другие переходные металлы, имеет сравнительно высокое электрическое сопротивление, которое в большой степени зависит от присутствующих в металле примесей, поэтому для различных образцов титана электросопротивление, определяемое в процессе отдельных исследований, колеблется от 42-10 до 80 X X 10 Ом -м (титан после йодной очистки — электросопротивление 45 + 3-10 Ом-м технически чистый титан при комнатной температуре — электросопротивление 55 5 -10 Ом -м).Удельное электросопротивление и температурный коэффициент электросопротивления сплавов цирконий—титан при 0° С [287] [c.353]
В отличие от большинства металлов титан обладает значительным электросопротивлением еслп электропроводность серебра принять за 100, то электропроводность меди равна 94, алюминия — 60, железа и платины — 15, а ти-
Титан и цирконий характеризуются малым температурным коэффициентом расширения, близким к ТКр керамики и стекла. Иодидные металлы высокой чистоты отличаются малым электросопротивлением и меньшими механическими свойствами по сравнению с другими техническими сортами. [c.268]
Титан стал важнейшим металлом, наиболее полно удовлетворяющим требованиям работы в условиях повышенных скоростей, давлений, температур, в условиях агрессивного действия кислот. Сплавы с добавками титана приобретают пластичность, высокое электросопротивление, прочность, износоустойчивость.
Фазовые превращения в твердом состоянии найдены у ртути (рис. 124) (при 34 кбар), титана, циркония, хрома (при 4 кбар) и железа. У остальных -переходных металлов до давления 60—70 кбар электросопротивление и объем изменяются без заметных скачков и аномалий [230, 231, 232]. Фазовые диаграммы титана и циркония показаны на рис. 125. С повышением давления происходит расширение области неплотной ОЦК -фазы за счет областей а-фазы с плотной гексагональной структурой. Цирконий при давлении 59 кбар, а титан выше 85 кбар испытывают превращение в м-фазу со структурой, представляющей переход от ОЦК к плотной ГЦК упаковке. Температура превращения р->со при этом обнаруживает нормальное возрастание с повышением давления.
Катодная защита баков-аккумуляторов от внутренней коррозии. Катодная защита внутренней поверхности баков-аккумуляторов может почти полностью предотвратить ее коррозию. Суть метода состоит в следующем металлическую конструкцию бака присоединяют к отрицательному полюсу источника постоянного тока, а положительный полюс источника соединяют проводником со специальными анодами, которые помещают в воду внутри бака. При выборе материала анода необходимо учитывать возможность загрязнения воды продуктами его растворения. Срок службы анодов должен быть достаточно велик, в качестве материалов для них можно использовать железокремниевые сплавы, платинированный титан, алюминий. Аноды следует размещать внутри бака таким образом, чтобы обеспечить защиту всей поверхности при минимальном расходе тока. Необходимо учитывать высокое электросопротивление сетевой воды. Эффективность катодной защиты должна контролироваться по величине поляризационного потенциала. Необходимо принимать во внимание возможность образования карбонатного осадка, значительно сокращающего поверхность металла, на которую натекает ток, что приводит к существенному уменьшению тока, необходимого для поддержания защитного потенциала [30].
Для обеспечения постоянства электросопротивления паяных соединений меди используют свинцовые припои, в которые вводят кадмий, серебро (до 1 %), титан (0,05 %) и марганец (0,05 %).
Д. Катодная защита внутренних поверхностей труб, емкостей и сосудов. В трубопроводах, по которым транспортируется агрессивная среда, в емкостях, где хранятся агрессивные жидкости (например, золы, химические воды, загрязненная сливная вода и т. п.), опасность коррозии устраняется с помощью покрытия на цементной основе. Катодная защита применяется, в основном, для небольших по размеру объектов — светлых труб, дюкеров и т. п. В этом случае важен расчет анодов и их расположение из-за относительно высокого электросопротивления, небольшого объема электролота и большой плотности защитного тока. В качестве анодного материала хорошо зарекомендовали себя ферросилиций и платинированный титан. Также достаточно широко применяются кремниевые аноды, имеющие преимущество по отношению к платинированным титановым, состоящее в том, что кремниевые аноды не ограничивают анодное напряжение, в то время как в анодах из плати-шфованного титана напряжение анод— электролт-должно быть не менее 12 В, иначе пробивается нерастворимый слой диоксида титана и электрод интенсивно корродирует. Преимущество платинотитановых электродов заключается в их большей технологичности. Такие аноды можно изготавливать в виде проволоки, благодаря чему достигается необходимое распределение токов и потенциалов внутри защищаемого объекта. Состав и свойства анодов при катодной внутренней защите с посторонним источником тока приведены в табл. 1.4.57. Пределы катодной защиты внутренних поверхностей зависят, прежде всего, от требуемой плотности защитного тока, т. е. от внутреннего покрытия. Для защиты светлых поверхностей (т. е. поверхностей без специальной защиты) требуется плотность защитного тока 50-220 мА/м в зависимости от скорости истечения среды. Для поверхностей с покрытиями требуется плотность тока в пределах 0,2-0,5 мА/м .
II (111)р и направление [1120] , 1[110]р. Возникает в процессе термической обработки (закалки, старения металлов) сплавов титана с переходными элементами, сплавов на основе циркония, гафния и сплавов урана с цирконием и ниобием, а иногда при эксплуатации этих сплавов в условиях повышенных т-р. Образуется в результате резкого охлаждения (когда происходит без-диффузионпое превращение) или изотермического распада (связанного с расслоением на участки различной концентрации легирующего элемента) метастабильной бета-фазы. Устойчива в критической области определенных электронных концентраций при т-ре ниже 400—500° С. В отличие от обычных мартенситных превращений, присущих сталям и сплавам на основе цветных металлов, образование О.-ф. не сопровождается появлением характерного рельефа на поверхности полированного образца. О.-ф. резко снижает пластичность сплавов, что часто исключает возможность их использования, значительно повышает прочность и упругие св-ва. Образование О.-ф. сопровождается отрицательным объемным эффектом. Кроме того, О.-ф. отличается положительным коэфф. электрического сопротивления. Выявляют ее в основном с помощью электронномикроскопического анализа, рентгеновского анализа, методом электросопротивления и дилатометрического анализа. Лит. Носова Г. И. Фазовые превращения в сплавах титана. М., 1968 Г р а -б и н В. Ф. Основы металловедения и
Теплопроводность, плотность и другие физические свойства титана Ti
Сегодня титан является одним из наиболее популярных металлов. Сплавы титана находят применение во многих отраслях промышленности, а особенно в авиакосмической сфере. Благодаря низкой плотности и другим уникальным свойствам титан применяется, как при изготовлении ортопедических и стоматологических имплантов, так и самолетов последнего поколения и космических кораблей.
Повсеместное применение титана делает его одним из самых востребованных металлов на Земле. Популярность титана обусловлена его высокой сопротивляемости коррозии, по сравнению с другими металлами. Титан очень прочный и легкий металл, его плотность немногим выше плотности алюминия. При одинаковой прочности титановые конструкции легче стальных на 45%.
Титан «работает» в кислых средах, в морской воде, не реагирует с большинством агрессивных веществ. Титан легко сплавляется с алюминием, железом, ванадием, молибденом, образуя прочные и легкие титановые сплавы.
В таблицах приведены следующие теплофизические свойства титана Ti: плотность титана, теплоемкость, температуропроводность, теплопроводность титана, удельное сопротивление, функция Лоренца, коэффициент температурного расширения.
Плотность титана равна 4500 кг/м3 при комнатной температуре. При нагревании титан расширяется и его плотность снижается. Плотность жидкого титана имеет значение 4120 кг/м3. Теплоемкость титана при температуре 27°С составляет величину 530,8 Дж/(кг·град) и при повышении температуры растет.
Свойства титана представлены в зависимости от от температуры, в интервале от 100 до 2000 К.
Теплопроводность титана не высока, ее значение сравнимо с теплопроводностью нержавеющей стали. Теплопроводность титана при комнатной температуре в среднем составляет величину 18 Вт/(м·град). По мере нагревания, теплопроводность титана увеличивается.
Источники:
1. В.Е. Зиновьев. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах.
2. Чиркин В.С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники.
Удельное сопротивление чистых металлов — Энциклопедия по машиностроению XXL
Зависимость удельного сопротивления чистого металла от температуры [c.193]При высоких температурах колеблющиеся атомы решетки могут рассматриваться как независимые беспорядочные центры рассеяния и поэтому вероятность рассеяния зависит от среднеквадратичной амплитуды решеточных колебаний X . Среднеквадратичная амплитуда гармонических колебаний пропорциональна Т. Таким образом, если пренебречь тепловым расширением, удельное сопротивление чистого металла в области высоких температур должно быть пропорционально Т. Действительно, для простого гармонического осциллятора с массой М на основании теоремы о равном распределении энергии по степеням свободы можно записать [c.193]
На рис. 7.6, а схематически показана кривая зависимости удельного сопротивления чистых металлов от температуры, достаточно хорошо подтверждаемая экспериментально (рис. 7.6, б). [c.188]
| Рис. 7.6. Зависимость удельного сопротивления чистых металлов от температуры |  |
Наряду с малым удельным сопротивлением чистые металлы обладают хорошей пластичностью, т. е. могут вытягиваться в тонкую проволоку (до диаметра 0,01 м), ленты (до толщины 0,01 мм) и прокатываются в фольгу толщиной менее 0,01 мм. Сплавы металлов обладают меньшей пластичностью по сравнению с чистыми металлами, они более упруги и имеют большую механическую прочность. Характерной особенностью всех металлических проводниковых материалов является их электронная электропроводность. Удельное сопротивление всех металлических проводников увеличивается с ростом температуры, а также в результате механической обработки, вызывающей остаточную деформацию в металле. К холодной обработке (прокатка, волочение) Приходится прибегать для получения проводниковых изделий с повышенны.м пределом прочности при разрыве, например), при изготовлении проводов воздушных линий, троллейны.х [c.176]
Зависимость удельного сопротивления чистых металлов от температуры не может быть удовлетворительно объяснена в рамках классической электронной теории электропроводности. В современной квантовой теории электропроводности металлов доказывается, что при всех температурах, кроме абсолютного нуля, свободные электроны испытывают такие взаимодействия с узлами кристаллической решетки металла, что среднее время Т свободного пробега электронов в области средних температур обратно пропорционально абсолютной температуре Т металла [c.220]
Так как для сплавов р обычно много больше р , то вплоть до высоких температур их удельное сопротивление меняется с температурой значительно слабее, чем у чистых металлов, и температурный коэффициент сопротивления сплавов, как правило, значительно ниже температурного коэффициента сопротивления чистых металлов. [c.190]
Титан — тугоплавкий металл [температура плавления (1665 5) С], плотность 4500 кг/м . Временное сопротивление чистого титана = 250 МПа, относительное удлинение б =70 %, он обладает высокой коррозионной стойкостью. Удельная прочность титана выше, чем у многих легированных конструкционных сталей. Поэтому при замене сталей титановыми сплавами можно при равной прочности уменьшить массу детали на 40 %. Одпако титан имеет низкую жаропрочность, так как при температурах выше 550— 600 °С легко окисляется и поглощает водород. Титан хорошо обрабатывается давлением, сваривается, из него изготовляют сложные отливки, но обработка его резанием затруднительна. [c.19]
Выше отмечалось, что при низких температурах в почти чистых металлах удельное сопротивление сильно зависит от концентрации примесей и дефектов. Интересные эффекты наблюдаются, когда очень малое количество магнитного металла растворено в каком-либо немагнитном металле. Эти эффекты возникают, когда растворенная магнитная примесь образует то, что называется локализованными магнитными моментами. Вопрос о том, будет ли локализованный момент возникать в конкретном разбавленном сплаве, слишком сложен, чтобы рассмат- [c.195]
В основе электротехнических угольных материалов лежат графит и уголь — разновидности почти чистого углерода, являющегося полупроводником, вследствие чего графит и уголь имеют отрицательный температурный коэ( ициент удельного сопротивления, хотя по проводимости они немногим уступают металлам и их сплавам, в силу чего в различных электротехнических устройствах угольные изделия используются как проводящие элементы. Важнейшими видами электротехнических угольных изделий являются 1) щетки для электрических машин 2) угольные электроды (для электрических печей, электролитических ванн и сварки) 3 осветительные угли 4) непроволочные сопротивления [c.264]Железо (сталь) как наиболее дешевый и доступный металл, обладающий к тому же высокой механической прочностью, представляет большой интерес для использования в качестве проводникового материала. Однако даже чистое железо имеет значительно более высокое сравнительно с медью и алюминием удельное сопротивление р (около 0,1 мкОм-м) значение р стали, т. е. железа с примесью углерода и других элементов, еще выше. [c.203]
Для определения результирующих потоков излучения необходимо располагать данными по коэффициентам излучения. Коэффициент излучения является сложной функцией, зависящей от природы излучающего тела, его температуры, состояния поверхности, а для металлов — от степени окисления этой поверхности. Для чистых металлов с полированными поверхностями коэффициент излучения имеет низкие значения. Так, при температуре 100 °С коэффициент излучения по отношению к его величине для абсолютно черного тела не превышает 0,1. Металлы характеризуются высокой отражательной способностью, так как из-за большой электропроводности луч проникает лишь на небольшую глубину. Для чистых металлов коэффициент излучения может быть найден теоретическим путем. Относительный коэффициент (степень черноты) полного нормального излучения для них связан с удельным электрическим сопротивлением рэ зависимостью [c.385]
Помимо уменьшения толщины пленки повышение удельного сопротивления можно добиться путем использования ряда явлений в чистых металлах, сплавах и композициях. [c.434]
Пленки хрома, как и большинство резистивных пленок чистых металлов, состоят из относительно чистых островков металла в матрице изолирующей окиси хрома. Обнаружено (рис. 8), что пленки с минимальным удельным сопротивлением могут быть получены только при одном сочетании температуры подложки и скорости осаждения. [c.435]
Способность к взаимному растворению и образованию однородных растворов присуща не только жидкостям, но и твердым кристаллическим веществам. Твердые фазы, в которых отношения между составными частями (компонентами) могут изменяться без нарушения однородности, называются твердыми растворами. Твердые растворы металлов обнаруживают под микроскопом, подобно чистым металлам, структуру, состоящую из однородных зерен. Твердым растворам присущи многие свойства, характерные для жидких растворов. Здесь также наблюдаются явление диффузии при соответствующей температуре и стремление благодаря этому к химической и физической однородности. Твердые растворы могут изменять свой химический состав без внезапного изменения физических свойств. Твердость, удельное электрическое сопротивление и другие свойства твердых растворов меняются непрерывно по мере изменения состава. [c.206]
Добавление к платине или палладию элементов, упомянутых выше в этом разделе, приводит к изменению физических свойств, которое даст некоторые практические преимущества сплавам перед чистыми металлами. Вообще легирующие элементы обычно повышают удельное электрическое сопротивление, твердость и предел прочности при растяжении этих металлов. Добавление других металлов платиновой группы или золота способствует повышению стойкости их против потускнения и коррозии при действии различных химикалий. [c.497]
Электросопротивление алюминия высокой чистоты (99,99 %) при температуре 20 °С составляет 2,6548-10 Ом-м (0,0265 МКОМ М). В интервале температур 273—300 К температурная зависимость электрического сопротивления чистого алюминия почти линейна при постоянном коэффициенте 1,15-10 Ом-м-К . Электрическая проводимость алюминия в значительной степени зависит от чистоты металла, причем влияние различных примесей на электрическое сопротивление зависит не только от концентрации данной примеси, но и от ее нахождения в твердом растворе или вне его. Наиболее сильно повышают сопротивление алюминия примеси хрома, лития, марганца, магния, титана и ванадия [5]. Удельное электросопротивление р (мкОм м) отожженной алюминиевой проволоки в зависимости от содержания примесей (%) можно приближенно определить по следующей формуле [9] [c.12]
Чистые металлы обладают малым удельным сопротивлением, которое находится в пределах 0,0150…0,105 мкОм м. Сплавы имеют более высокие значения удельного сопротивления в пределах 0,30.. 1,8 мкОм м. [c.6]
Многие металлы обладают наряду с малым удельным сопротивлением хорошей пластичностью, т. е. могут вытягиваться в тонкую проволоку диаметром до 0,01 мм и прокатываться в фольгу толщиной менее 0,01 мм. Сплавы могут иметь большую механическую прочность, обладают меньшей пластичностью по сравнению с чистыми металлами, они более упруги. [c.6]
Наряду с малым удельным сопротивлением чистые металлы обладают хорошей пластичностью, т. е. могут протягиваться в тонкую проволоку (до диаметра 0,01 мм) и ленты (до толщины 0,01 мм). Сплавы металлов обладают меньшей пластичностью по сравнению с чистыми металлами, они более упруги и имеют большую механическую прочность. Характерной осббенностью всех металлических проводниковых материалов является их электронная электропроводность. [c.207]
Наряду с малым удельным сопротивлением чистые металлы обладают хорошей пластичностью, т. е. могут вытягиваться в тонкую проволоку (до диаметра 0,01 м) и ленты (до толщины 0,01 мм) н прокатываться в фольгу тoлш шoй менее 0,01 мм. Сплавы металлов обладают меньшей пластичностью по сравнению с чистыми металлами, они более упруги и имеют большую механическую прочность. Удельное сопротивление всех металлических проводников увеличивается с ростом температуры, а также в результате механической обработки, вызывающей остаточную деформацию в металле. К холодной обработке (прокатка, волочение) приходится прибегать для получения проводниковых изделий с повышенным пределом прочности при растяжении, например при Изготовлении проводов воздушных линий, троллейных проводов и t. д. Чтобы вернуть деформированным металлическим проводникам прежнюю величину удельного сопротивления их подвергают тер.мической обработке — отжигу, без доступа кислорода. Характерной особенностью всех ме. таллических проводниковых материалов является их электронная электропроводность. [c.142]
Таким образом, при описании результатов измерений удельного сопротивления чистых металлов в области температур, где электрон-фононное рассеяние стремится к нулю по занояу пропорционально i по-видимому, следует учитывать квадратичный член, обусловленный электрон-электронным взаимодейств1 ем. В обзоре [31] показано, что у чистых переходных металлов при температуре жидкого гелия электрон-электронное сопротивление может на порядок превосходить электрон-фоиоиное. Например, у вольфрама рее/рер=90, молибдена— 60, ру гения и платины— laO и т. д. [c.32]
Теорию Займана можно использовать для вычисления удельного сопротивления чистых жидких металлов из экспериментальных данных по дифракции. Это было сделано для нескольких металлов [316, 317]. В большинстве случаев совпадение всегда было хорошим, однако пока не ясно, теория или данные по дифракции являются источником расхождения. Теория Займана основана на существенных допушениях, наиболее значительное из которых модель почти свободных электронов. Использование ее при изучении жидких металлов уже критиковалось [312, 318]. На основании экспериментальных исследований допускается, что модель почти свободных электронов можно применить к щелочным металлам и, возможно, немногим металлам с более высокой валентностью, но вообще средний свободный пробег электрона, определенный экспериментально, короче предсказанного на основании модели свободных электронов. Это особенно относится к жидким металлам со сложной структурой, таким, как галлий, в то время как в олове, к нашему удивлению, электроны ведут себя почти как свободные [319]. Поэтому использование теории Займана для некоторых металлов ставится под вопрос. [c.108]
В табл. 19.1 представлены значения удельного сопротивления и температурного коэффициента сопротивления чистых металлов, а также, в некоторых случаях, отношение удельного сопротивления при температуре жидкого гелия к удельному сопротивлению при нормальных условиях, р4.2°к/р273 к, характеризующее достигнутую степень чистоты материала. В тех случаях, когда для данного металла приводятся более подробные данные, соответствующее указание дается в первом столбце таблицы. Металлы в таблице расположены в порядке возрастания массового числа. [c.304]
Из приведенных данных видно, что квадратичные относительно концентрации с члены появились только при определении р2 и они указывают на правило Нордхейма. Наоборот, р1 должно изменяться приблизительно линейно между рА и рв — удельными сопротивлениями чистого растворителя и чистого растворенного металла. Общее поведение, найденное для жидких сплавов, зависит от того, какое из слагаемых — р1 или р2 преобладает в [c.76]
Удельное электрическое сопротивление медных и серебряных покрытий с включениями посторонних веществ при определанной температуре резко повышается. Оно падает с очень высоквго тачального значения почти до значения сопротивления чистого металла, но всегда оставаясь выше этого значения. Это объясняется образованием пор вследствие появления газов при распаде посторонних веществ. Усиленное образование пар также является причиной наблюдаемого при высоких температурах обратного повышения сопротивлания. По сравнению с изменением тве,рдости, которая уменьшается ступенчато, электрическое сопротивление имеет лишь одно колебание, зависящее от вида включений. Это температурное колебание чаще всего лежит значительно ниже температуры размягчения. [c.98]
Удельное электрическое сопротивление металлов от наклепа возрастает. По данным Б. Г. Лившица [12], удельное электрическое сопротивление чистых металлов (алюминий, медь, серебро, железо и др.), измеренное при комнатной температуре, возрастает от наклепа на 2—6%. При различных удельных сопротивлениях наклепанных и ненаклепанных металлов режимы сварки для них будут различными. [c.8]
Пластическая деформация повышает удельное электрическое сопротивление па несколько процентов. Только электросопротивление вольфрама при значительной деформации возрастает на десятки процентов. Согласно правилу Маттиссена, удельное электрическое сопротивление чистых металлов и твердых растворов низкой концентрации можно представить в виде [c.55]
Простая модель электронного газа, созданная Друде в 1900 г., успещно предсказала законы Ома и Видемана — Франца. Однако она не объяснила зависимость электропроводности от температуры, а также магнитные свойства и малую величину электронной теплоемкости по сравнению с классическим значением 3/ . В настоящее время ясно, почему удельное сопротивление особо чистых металлов падает от типичного для комнатных температур значения 10 мкОм см до значения менее 10 з мкОм -см при температуре жидкого гелия в то время как удельное сопротивление концентрированного сплава падает всего в два раза в том же диапазоне температур. Поведение полупроводников также хорошо понято удельное сопротивление экспоненциально возрастает при уменьшении температуры, и при очень низких температурах чистые полупроводники становятся хорошими диэлектриками. Добавка в образец полупроводника небольшого количества примесей чаще всего существенно уменьшает удельное сопротивление (в противоположность чистым металлам, в которых наличие примесей ведет к увеличению удельного сопротивления). [c.187]
Прежде чем перейти к подробному обсуждению зависимости удельного сопротивления металлов и полупроводников от температуры, коснемся особенностей поведения концентрированных сплавов. Введение значительного количества примесных атомов в твердый раствор приводит к искажению кристаллической решетки. Вследствие этого появляется дополнительный вклад в рассеяние. Его величина почти не зависит от температуры и может во много раз превышать долю электрон-фонон-ного рассеяния в чистом металле. Изменение остаточного удельного сопротивления неупорядоченного сплава Си—Аи в зави- [c.191]
Однако нри измерении сонротивленпя чистых металлов ири низких температурах приходится преодолевать специфические трудности. Для иллюстрации рассмотрим, например, случай измерения сопротивления чистого натрия нри HnsKoii температуре. Удельное сопротивление натрия [c.171]
Поэтому значение удельной проводимости у (или удельного сопротивления р) в основном зависит от средней длины свободного пробега электронов в данном проводнике X, которая, в свою очередь, олределяется структурой проводникового материала. Все чистые металлы с наиболее правильной кристаллической решеткой харак-т( ризуются наименьшими значениями удельного сопротивления поимеси, искажая решетку, приводят к увеличению р. К такому же выводу можно прийти, исходя из волновой природы электронов. Рассеяние электронных волн происходит на дефектах кристалличе-С1 ой решетки, которые соизмеримы с расстоянием около четверти [c.191]
Электрические свойства КЭП. В результате исследования серебряных и медных покрытий было показано, что значения тепло- и электроироводимости КЭП имеют такой же порядок, что и значения этих величин для чистых металлов [1, с. 52]. При нагрузке 0,05—2 Н переходные сопротивления серебряных покрытий и покрытий серебро — корунд близки и составляют 0,5—1,5 мОм. Значения сопротивлений покрытий медь — графит, медь — дисульфид молибдена и медь — корунд были почти одинаковы со значениями сопротивления медных покрытий. При измерении сопротивления спеченных композиций Си—ВеО, Си—АЬОз Ag—AI2O3 было выявлено, что удельная электропроводимость материалов составляет соответственно 46—49 48—51 и 42— 52 МСм/м, в то время как для меди эта величина равна 58 МСм/с, а для серебра 62 МСм/м. [c.105]
По мере понижения температуры удельное сопротивление металлов и сплавов стремится к некоторому постоянному значению — остаточному удельному сопротивлению ро. Оно сильно зависит от концентрации дефектов решетки (повышается с увеличением концентрации). Остаточное удельное сопротивление практически не зависит от температуры, так что р = р(Т)-Еро, где р(Т)—зависящая от температуры составляющая удельного сопротивления бездефектного (чистого) металла (правило Маттиссена). [c.295]
А. А. Смирнов теоретически рассчитал остаточное сопротивление упорядочивающихся сплавов в зависимости от состава и степени дальнего порядка. Автор исходил из предположения, что упорядоченный сплав при абсолютном нуле, как и чистый металл, не имеет электрического сопротивления и что оно появ-.чяется только при нарушении порядка в расположении атомов. Учитывая связь между средни.м временем свободного пробега и вероятностью рассеяния электронов при разупо-рядочении, автор пришел к следующему выражению для остаточного удельного сопротивления р = а[с(1—с)— 4 (1—v)тl-], где с—относительная атомная концентрация компонента А в сплаве V — относительная концентрация узлов решетки, предназначенных для атомов этого компонента а—коэффициент, зависящий от природы компонентов ц — степень дальнего порядка ц (р—с)/(1—м), где р — число мест, занятых своими атомами. [c.302]
Электрическое сопротивление r (Ом) 1м проволоки (провода…) в зависимости от ее диаметра d или сечения и материала при 20 °С.
| |||||||
Удельное электрическое сопротивление — это… Что такое Удельное электрическое сопротивление?
Удельное электрическое сопротивление, или просто удельное сопротивление вещества характеризует его способность препятствовать прохождению электрического тока.
Единица измерения удельного сопротивления в Международной системе единиц (СИ) — Ом·м; также измеряется в Ом·см и Ом·мм²/м. Физический смысл удельного сопротивления в СИ: сопротивление однородного куска проводника длиной 1 м и площадью токоведущего сечения 1 м².
В технике часто применяется в миллион раз меньшая производная единица: Ом·мм²/м, равная 10−6 от 1 Ом·м: 1 Ом·м = 1·106 Ом·мм²/м. Физический смысл удельного сопротивления в технике: сопротивление однородного куска проводника длиной 1 м и площадью токоведущего сечения 1 кв.мм.
Величина удельного сопротивления обозначается греческой буквой .
Сопротивление проводника с удельным сопротивлением , длиной и площадью сечения может быть рассчитано по формуле
Обобщение понятия удельного сопротивления
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 — коэффициентом, связывающим напряжённость электрического поля и плотность тока в данной точке
Эта формула справедлива для неоднородного, но изотропного вещества. Вещество может быть и анизотропно (большинство кристаллов, намагниченная плазма и т. д.), то есть его свойства зависят от направления (вообще говоря, в нём векторы тока и напряжённости электрического поля в данной точке не сонаправлены). В этом случае удельное сопротивление является зависящим от координат тензором второго ранга:
Удельное электрическое сопротивление металлов и сплавов, применяемых в электротехнике
|
|
Значения даны при температуре t = 20° C. Сопротивления сплавов зависят от их точного состава и могут варьироваться.
Тонкие плёнки
Удельное сопротивление в тонких плёнках (когда толщина образца много меньше расстояния между контактами) характеризуется «удельным сопротивлением на квадрат», . В этом случае удельное сопротивление не зависит от линейных размеров образца если он имеет форму прямоугольника, а только от отношения (длины к ширине) L/W: , где R — измеренное сопротивление. В случае если форма образца отличается от прямоугольной используют метод ван дер Пау.
См. также
Ссылки
Удельное электрическое сопротивление Википедия
Уде́льное электри́ческое сопротивле́ние (удельное сопротивление) — физическая величина, характеризующая способность материала препятствовать прохождению электрического тока, выражается в Ом·метр. Удельное электрическое сопротивление принято обозначать греческой буквой ρ. Значение удельного сопротивления зависит от температуры в различных материалах по-разному: в проводниках, удельное электрическое сопротивление с повышением температуры возрастает, а в полупроводниках и диэлектриках — наоборот, уменьшается. Величина, учитывающая изменение электрического сопротивления от температуры называется температурный коэффициент удельного сопротивления. 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⋅lS{\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⋅Sl.{\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⋅Sl{\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.
Зависимость от температуры
В проводниках удельное электрическое сопротивление увеличивается с увеличением температуры. Это объясняется тем, что с ростом температуры увеличивается интенсивность колебания атомов в узлах кристаллической решетки проводника, что препятствует движению свободных электронов[3].
В полупроводниках и диэлектриках удельное электрическое сопротивление уменьшается. Это объясняется тем, что с увеличением температуры увеличивается концентрация основных носителей заряда.
Величина, учитывающая изменение удельного электрического сопротивление от температуры называют температурным коэффициентом удельного сопротивления.
Обобщение понятия удельного сопротивления
Кусок резистивного материала с электрическими контактами на обоих концахУдельное 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 ρij{\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
- Ei(r→)=∑j=13ρij(r→)Jj(r→).{\displaystyle E_{i}({\vec {r}})=\sum _{j=1}^{3}\rho _{ij}({\vec {r}})J_{j}({\vec {r}}).}
В анизотропном, но однородном веществе тензор ρij{\displaystyle \rho _{ij}} от координат не зависит.
Тензор ρij{\displaystyle \rho _{ij}} симметричен, то есть для любых i{\displaystyle i} и j{\displaystyle j} выполняется ρij=ρji{\displaystyle \rho _{ij}=\rho _{ji}}.
Как и для всякого симметричного тензора, для ρij{\displaystyle \rho _{ij}} можно выбрать ортогональную систему декартовых координат, в которых матрица ρij{\displaystyle \rho _{ij}} становится диагональной, то есть приобретает вид, при котором из девяти компонент ρij{\displaystyle \rho _{ij}} отличными от нуля являются лишь три: ρ11{\displaystyle \rho _{11}}, ρ22{\displaystyle \rho _{22}} и ρ33{\displaystyle \rho _{33}}. В этом случае, обозначив ρii{\displaystyle \rho _{ii}} как ρi{\displaystyle \rho _{i}}, вместо предыдущей формулы получаем более простую
- Ei=ρiJi.{\displaystyle E_{i}=\rho _{i}J_{i}.}
Величины ρi{\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=1σ.{\displaystyle \rho ={\frac {1}{\sigma }}.}
В случае анизотропных материалов связь между компонентами тензора удельного сопротивления ρij{\displaystyle \rho _{ij}} и тензора удельной проводимости σij{\displaystyle \sigma _{ij}} имеет более сложный характер. Действительно, закон Ома в дифференциальной форме для анизотропных материалов имеет вид:
- Ji(r→)=∑j=13σij(r→)Ej(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 Ei(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:
- ρ11=1det(σ)[σ22σ33−σ23σ32],{\displaystyle \rho _{11}={\frac {1}{\det(\sigma )}}[\sigma _{22}\sigma _{33}-\sigma _{23}\sigma _{32}],}
- ρ12=1det(σ)[σ33σ12−σ13σ32],{\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 σij{\displaystyle \sigma _{ij}}. Остальные компоненты тензора удельного сопротивления получаются из приведённых уравнений в результате циклической перестановки индексов 1, 2 и 3[4].
Удельное электрическое сопротивление некоторых веществ
Металлические монокристаллы
В таблице приведены главные значения тензора удельного сопротивления монокристаллов при температуре 20 °C[5].
| Кристалл | ρ1=ρ2, 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.
|
|
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», RSq.{\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: RSq=RW/L,{\displaystyle R_{\mathrm {Sq} }=RW/L,} где R — измеренное сопротивление. В общем случае, если форма образца отличается от прямоугольной, и поле в плёнке неоднородное, используют метод ван дер Пау.
См. также
Примечания
- ↑ 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.
- ↑ 1 2 Чертов А. Г. Единицы физических величин. — М.: «Высшая школа», 1977. — 287 с.
- ↑ Никулин Н. В., Назаров А. С. Радиоматериалы и радиокомпоненты. — 3-е изд. — М.: Высшая школа, 1986. — 208 с.
- ↑ Давыдов А. С. Теория твёрдого тела. — М.: «Наука», 1976. — С. 191—192. — 646 с.
- ↑ Шувалов Л. А. и др. Физические свойства кристаллов // Современная кристаллография / Гл. ред. Б. К. Вайнштейн. — М.: «Наука», 1981. — Т. 4. — С. 317.
Литература
- Никулин Н. В., Назаров А. С. Радиоматериалы и радиокомпоненты. — 3-е изд., переработанное и дополненное. — М.: Высшая школа, 1986. — С. 6—7. — 208 с.
