Hvad bestemmer modstanden af en leder
Modstand og dens gensidige - elektriske ledningsevne - for ledere lavet af kemisk rene metaller er en karakteristisk fysisk størrelse, men ikke desto mindre er deres modstandsværdier kendt med relativt lav nøjagtighed.
Dette forklares ved, at modstandsværdien af metaller i høj grad påvirkes af forskellige tilfældige, vanskelige at kontrollere omstændigheder.
For det første øger ofte mindre urenheder til det rene metal dets modstand.
Det vigtigste metal til elektroteknik er honning, hvorfra der er lavet ledninger og kabler til distribution af elektrisk energi, viser sig at være særligt følsom i denne henseende.
Ubetydeligt små urenheder af kulstof ved 0,05 % øger modstanden af kobber med 33 % sammenlignet med modstanden af kemisk rent kobber, en urenhed på 0,13 % fosfor øger modstanden af kobber med 48 %, 0,5 % af jern med 176 %, spor af zink i en mængde, der er svær at måle på grund af dens lillehed, med 20%.
Virkningen af urenheder på modstanden af andre metaller er mindre signifikant end i tilfældet med kobber.
Metallers modstandsdygtighed, kemisk rene eller generelt med en bestemt kemisk sammensætning, afhænger af metoden til deres termiske og mekaniske behandling.
Rulning, trækning, bratkøling og udglødning kan ændre metallets resistivitet med flere procent.
Dette forklares ved, at det smeltede metal krystalliserer under størkning og danner talrige og tilfældigt fordelte små enkeltkrystaller.
Enhver mekanisk bearbejdning ødelægger delvist disse krystaller og forskyder deres grupper i forhold til hinanden, som et resultat af hvilket den samlede elektriske ledningsevne af et stykke metal normalt ændres i retning af stigende modstand.
Langvarig udglødning ved en gunstig temperatur, forskellig for forskellige metaller, ledsages af krystalreduktion og reducerer normalt modstanden.
Der findes metoder, der gør det muligt at opnå mere eller mindre signifikante enkeltkrystaller (enkeltkrystaller) under størkning af smeltede metaller.
Hvis metallet giver krystaller af det korrekte system, så er modstanden af enkeltkrystallerne af et sådant metal den samme i alle retninger. Hvis metalkrystallerne tilhører et hexagonalt, tetragonalt eller trigonalt system, afhænger modstandsværdien af enkeltkrystallen af strømmens retning.
De begrænsende (ekstreme) værdier opnås i retningen af krystallens symmetriakse og i retningen vinkelret på symmetriaksen, i alle andre retninger har modstanden mellemværdier.
Metalstykker opnået ved konventionelle metoder, med en tilfældig fordeling af små krystaller, har en modstand svarende til en vis gennemsnitsværdi, medmindre der under størkning etableres en mere eller mindre ordnet fordeling af krystaller.
Heraf er det klart, at modstanden af prøver af andre kemisk rene metaller, hvis krystaller ikke tilhører det korrekte system, ikke kan have fuldstændigt bestemte værdier.
Modstandsværdier for de mest almindelige ledende metaller og legeringer ved 20 °C: Stoffers modstand og elektrisk ledningsevne
Temperaturens indflydelse på modstanden af forskellige metaller er genstand for talrige og grundige undersøgelser, da spørgsmålet om denne effekt er af stor teoretisk og praktisk betydning.
Rene metaller temperaturkoefficient for modstand, for det meste er tæt på temperaturkoefficienten for termisk lineær udvidelse af gasser, dvs. den adskiller sig ikke meget fra 0,004, derfor er modstanden i området fra 0 til 100 ° C omtrent proportional med den absolutte temperatur.
Ved temperaturer under 0° falder modstanden hurtigere end den absolutte temperatur, og jo hurtigere temperaturen falder. Ved temperaturer tæt på det absolutte nulpunkt bliver modstanden af nogle metaller praktisk talt nul. Ved høje temperaturer over 100 ° stiger temperaturkoefficienten for de fleste metaller langsomt, dvs. modstanden stiger lidt hurtigere end temperaturen.
Interessante fakta:
Den såkaldte ferromagnetiske metaller (jern, nikkel og kobolt) modstand øges meget hurtigere end temperaturen.Endelig viser platin og palladium en stigning i resistivitet, der er noget bagud i forhold til temperaturstigningen.
For at måle høje temperaturer, den såkaldte platin modstandstermometer, bestående af et stykke tynd ren platintråd viklet spiralformet over et rør af isolerende stof eller endda smeltet ind i væggene i et kvartsrør. Ved at måle ledningens modstand kan du bestemme dens temperatur fra en tabel eller fra en kurve for et temperaturområde fra -40 til 1000 ° C.
Blandt andre stoffer med metallisk ledningsevne bør kul, grafit, antracit bemærkes, som adskiller sig fra metaller med en negativ temperaturkoefficient.
Modstanden af selen i en af dens modifikationer (metallisk, krystallinsk selen, grå) ændres til et betydeligt fald, når det udsættes for lysstråler. Dette fænomen hører til området fotovoltaiske fænomener.
I tilfældet med selen og mange andre lignende det, flyver elektronerne, der er adskilt fra stoffets atomer, når det absorberer lysstråler, ikke væk gennem kroppens overflade, men forbliver inde i stoffet, hvilket resulterer i, at den elektriske ledningsevne af stoffet stiger naturligt. Fænomenet kaldes iboende fotoelektrisk fænomen.
Se også:
Hvorfor forskellige materialer har forskellig modstand
Grundlæggende elektriske egenskaber for ledninger og kabler