Таблица удельных электрических сопротивлений металлов и сплавов

Электричество играет важную роль в нашей повседневной жизни. Знание свойств материалов, используемых для передачи электроэнергии, критически важно для инженеров и ученых.

Основные понятия и определения

Электрическое сопротивление характеризует способность проводника препятствовать прохождению электрического тока. Оно зависит от размеров и формы проводника, а также от свойств материала, из которого он изготовлен.

Удельное электрическое сопротивление - это характеристика только материала. Оно показывает, какому сопротивлению будет соответствовать проводник из данного материала при определенных размерах.

Единицей измерения удельного сопротивления в СИ является Ом·м.

Для вычисления удельного сопротивления используется формула:

На удельное сопротивление влияют: структура материала, наличие примесей, температура.

Удельное сопротивление различных материалов

Металлы обладают наименьшим удельным сопротивлением благодаря большому количеству свободных электронов.

Полупроводники и диэлектрики имеют более высокие значения удельного сопротивления.

Ниже приведена подробная таблица удельного сопротивления наиболее распространенных металлов и сплавов при комнатной температуре 20°C:

Из таблицы видно, что наименьшим удельным сопротивлением обладает серебро. Однако из-за высокой стоимости оно редко используется в чистом виде, чаще применяется для покрытий.

Медь и алюминий наиболее широко используются благодаря приемлемой цене и технологичности.

Такие сплавы как константан, манганин, нихром также востребованы в электротехнике.

Применение данных об удельном сопротивлении

Знание удельного сопротивления материалов используется при:

• Расчете параметров проводников и резисторов
• Проектировании радиоэлектронной аппаратуры
• Выборе материала для изготовления нагревательных элементов

Например, для изготовления нагревательного элемента выбирают материал с достаточно высоким удельным сопротивлением, чтобы обеспечить необходимую величину сопротивления в заданных габаритах.

При расчете параметров проводников учитывается температурная зависимость удельного сопротивления с помощью температурного коэффициента.

Измерение удельного сопротивления

Для определения удельного сопротивления материалов используются различные методы измерений:

• Метод амперметра и вольтметра
• Мостовые методы
• Резонансные методы
• Индукционные методы

Наиболее распространен метод с использованием амперметра, вольтметра и источника постоянного тока. Измеряются ток через образец и падение напряжения на нем. Затем по закону Ома рассчитывается удельное сопротивление.

Подготовка образцов

Для получения надежных и воспроизводимых результатов очень важна правильная подготовка образцов материала. Необходимо обеспечить хороший контакт с измерительными электродами.

Стандартизованные методики

Существуют ГОСТы и другие стандарты, регламентирующие методики измерения удельного электрического сопротивления для конкретных групп материалов. Это обеспечивает сопоставимость результатов разных исследователей.

Справочные таблицы значений

На основе большого количества измерений для различных материалов составлены справочные таблицы удельного сопротивления. Они позволяют инженерам подбирать материалы для решения практических задач без проведения дополнительных испытаний.

Далее приведена таблица типичных значений удельного сопротивления некоторых материалов:

Выбор материалов для проводников

При выборе материала для изготовления проводников важно учитывать такой параметр, как удельное сопротивление. Чем оно ниже, тем меньше потери энергии при протекании электрического тока.

Для проводников чаще всего используют металлы, некоторые сплавы, углерод. В качестве изоляторов применяют полимеры, керамику, стекло.

Температурная зависимость удельного сопротивления

Удельное сопротивление металлов увеличивается с ростом температуры. Это связано с увеличением интенсивности теплового движения ионов кристаллической решетки, что затрудняет движение электронов.

Для учета температурной зависимости используется температурный коэффициент удельного сопротивления. Он индивидуален для каждого материала.

Сверхпроводимость

При очень низких температурах, близких к абсолютному нулю, удельное сопротивление некоторых материалов резко падает до нуля. Такое явление называется сверхпроводимостью.

Первым сверхпроводником была обнаружена ртуть. В дальнейшем было открыто множество сверхпроводящих материалов и сплавов.

Перспективные материалы

Ведутся интенсивные исследования по созданию новых материалов с улучшенными характеристиками удельного сопротивления.

К перспективным направлениям относится использование наноматериалов, например углеродных нанотрубок. Предполагается возможность создания проводников нового поколения.

Применение сверхпроводников

Благодаря исключительно низкому электрическому сопротивлению, сверхпроводники находят применение в различных областях:

• Магниты для МРТ
• Высокочувствительные датчики
• Элементы ЭВМ

Однако их использование ограничено необходимостью поддержания криогенных температур.

Примеси и дефекты

Наличие примесей и структурных дефектов оказывает существенное влияние на величину удельного сопротивления материалов.

Как правило, примеси увеличивают удельное сопротивление металлов, поскольку они являются дополнительными центрами рассеяния для электронов.

С помощью легирования полупроводников можно в широких пределах изменять их удельное сопротивление, что используется при создании полупроводниковых приборов.

Зависимость от давления

Величина удельного сопротивления зависит также от внешнего давления. С увеличением давления межатомные расстояния в кристаллической решетке уменьшаются, что влияет на подвижность носителей заряда.

Это свойство используется в датчиках давления на основе тензорезистивного эффекта. Например, в тензодатчиках на кремнии.

Частотная дисперсия

При переменном токе величина удельного сопротивления зависит от частоты. Это явление называется частотной дисперсией.

Оно обусловлено инерционностью процессов переноса заряда и проявляется в широком диапазоне частот - от постоянного тока до оптических.