Wat bepaalt de weerstand van een geleider

Weerstand en zijn wederzijdse - elektrische geleidbaarheid - voor geleiders gemaakt van chemisch zuivere metalen is een karakteristieke fysieke grootheid, maar toch zijn hun weerstandswaarden bekend met een relatief lage nauwkeurigheid.

Dit wordt verklaard door het feit dat de weerstandswaarde van metalen sterk wordt beïnvloed door verschillende willekeurige, moeilijk te beheersen omstandigheden.

In de eerste plaats verhogen vaak kleine onzuiverheden van het pure metaal de weerstand ervan.

Het belangrijkste metaal voor elektrotechniek is Honing, waaruit draden en kabels worden gemaakt voor de distributie van elektrische energie, blijkt in dit opzicht bijzonder gevoelig te zijn.

Verwaarloosbaar kleine onzuiverheden van koolstof met 0,05% verhogen de weerstand van koper met 33% in vergelijking met de weerstand van chemisch zuiver koper, een onzuiverheid van 0,13% fosfor verhoogt de weerstand van koper met 48%, 0,5% van ijzer met 176%, sporen van zink in een moeilijk te meten hoeveelheid vanwege zijn kleinheid, met 20%.

Het effect van onzuiverheden op de weerstand van andere metalen is minder groot dan bij koper.

De weerstand van metalen, chemisch zuiver of in het algemeen met een bepaalde chemische samenstelling, hangt af van de methode van hun thermische en mechanische behandeling.

Door walsen, trekken, afschrikken en uitgloeien kan de soortelijke weerstand van het metaal met enkele procenten veranderen.

Dit wordt verklaard door het feit dat het gesmolten metaal tijdens het stollen kristalliseert en talrijke en willekeurig verdeelde kleine enkele kristallen vormt.

Elke mechanische bewerking vernietigt deze kristallen gedeeltelijk en verschuift hun groepen ten opzichte van elkaar, waardoor de algehele elektrische geleidbaarheid van een stuk metaal meestal verandert in de richting van toenemende weerstand.

Langdurig gloeien bij een gunstige temperatuur, verschillend voor verschillende metalen, gaat gepaard met kristalreductie en vermindert meestal de weerstand.

Er zijn methoden die het mogelijk maken om meer of minder significante eenkristallen (enkelkristallen) te verkrijgen tijdens het stollen van gesmolten metalen.

Als het metaal kristallen van het juiste systeem geeft, dan is de weerstand van de enkele kristallen van zo'n metaal in alle richtingen hetzelfde. Als de metaalkristallen tot een zeshoekig, tetragonaal of trigonaal systeem behoren, dan hangt de weerstandswaarde van het enkele kristal af van de richting van de stroom.

De beperkende (extreme) waarden worden verkregen in de richting van de symmetrie-as van het kristal en in de richting loodrecht op de symmetrie-as, in alle andere richtingen heeft de weerstand tussenliggende waarden.

Stukken metaal verkregen met conventionele methoden, met een willekeurige verdeling van kleine kristallen, hebben een weerstand gelijk aan een bepaalde gemiddelde waarde, tenzij tijdens het stollen een min of meer geordende verdeling van kristallen tot stand komt.

Hieruit blijkt duidelijk dat de weerstand van monsters van andere chemisch zuivere metalen, waarvan de kristallen niet tot het juiste systeem behoren, geen volledig bepaalde waarden kan hebben.

Weerstandswaarden van de meest voorkomende geleidende metalen en legeringen bij 20 °C: Weerstand en elektrische geleidbaarheid van stoffen

De invloed van temperatuur op de weerstand van verschillende metalen is het onderwerp van talrijke en grondige studies, aangezien de kwestie van dit effect van groot theoretisch en praktisch belang is.

Zuivere metalen temperatuurcoëfficiënt van weerstand, ligt voor het grootste deel dicht bij de temperatuurcoëfficiënt van thermische lineaire uitzetting van gassen, d.w.z. het verschilt niet veel van 0,004, daarom is de weerstand in het bereik van 0 tot 100 ° C ongeveer evenredig met de absolute temperatuur.

Bij temperaturen onder 0° daalt de weerstand sneller dan de absolute temperatuur en hoe sneller de temperatuur daalt. Bij temperaturen dicht bij het absolute nulpunt wordt de weerstand van sommige metalen praktisch nul. Bij hoge temperaturen boven de 100° neemt de temperatuurcoëfficiënt van de meeste metalen langzaam toe, d.w.z. de weerstand neemt iets sneller toe dan de temperatuur.

Interessante feiten:

De zogenoemde ferromagnetische metalen (ijzer, nikkel en kobalt) weerstand neemt veel sneller toe dan temperatuur.Ten slotte vertonen platina en palladium een ​​verhoging van de soortelijke weerstand die enigszins achterblijft bij de verhoging van de temperatuur.

Om hoge temperaturen te meten, de zgn platina weerstandsthermometer, bestaande uit een stuk dun, puur platinadraad dat spiraalvormig is gewonden over een buis van isolerende stof of zelfs is versmolten in de wanden van een kwartsbuis. Door de weerstand van de draad te meten, kunt u de temperatuur ervan bepalen aan de hand van een tabel of een curve voor een temperatuurbereik van -40 tot 1000 ° C.

Onder andere stoffen met metalen geleidbaarheid moeten steenkool, grafiet en antraciet worden opgemerkt, die verschillen van metalen met een negatieve temperatuurcoëfficiënt.

De weerstand van selenium in een van zijn modificaties (metallisch, kristallijn selenium, grijs) verandert in een significante afname bij blootstelling aan lichtstralen. Dit fenomeen hoort bij het gebied fotovoltaïsche verschijnselen.

In het geval van selenium en vele soortgelijke, vliegen de elektronen die van de atomen van de stof worden gescheiden wanneer deze lichtstralen absorbeert, niet weg door het oppervlak van het lichaam, maar blijven in de stof, waardoor de elektrische geleidbaarheid van de stof neemt op natuurlijke wijze toe. Het fenomeen wordt intrinsiek foto-elektrisch fenomeen genoemd.

Zie ook:

Waarom verschillende materialen verschillende weerstanden hebben

Elektrische basiskenmerken van draden en kabels