ما الذي يحدد مقاومة الموصل
تعتبر المقاومة والموصلية الكهربائية - للموصلات المصنوعة من معادن نقية كيميائيًا - كمية فيزيائية مميزة ، ولكن مع ذلك فإن قيم مقاومتها معروفة بدقة منخفضة نسبيًا.
ويفسر ذلك حقيقة أن قيمة مقاومة المعادن تتأثر بشكل كبير بظروف عشوائية مختلفة يصعب السيطرة عليها.
في المقام الأول ، غالبًا ما تزيد الشوائب البسيطة الموجودة في المعدن النقي من مقاومته.
أهم معدن للهندسة الكهربائية هو عسل، التي تُصنع منها الأسلاك والكابلات لتوزيع الطاقة الكهربائية ، تبين أنها حساسة بشكل خاص في هذا الصدد.
تزيد شوائب الكربون الصغيرة بشكل مهمل عند 0.05٪ مقاومة النحاس بنسبة 33٪ مقارنة بمقاومة النحاس النقي كيميائياً ، شوائب 0.13٪ فوسفور تزيد من مقاومة النحاس بنسبة 48٪ ، 0.5٪ من الحديد بنسبة 176٪ ، آثار من الزنك بكمية يصعب قياسها بسبب صغر حجمه بنسبة 20٪.
تأثير الشوائب على مقاومة المعادن الأخرى أقل أهمية مما هو عليه في حالة النحاس.
تعتمد مقاومة المعادن ، النقية كيميائياً أو بشكل عام مع تركيبة كيميائية معينة ، على طريقة معالجتها الحرارية والميكانيكية.
يمكن أن يؤدي التدحرج والرسم والتبريد والتلدين إلى تغيير مقاومة المعدن بعدة بالمائة.
يفسر ذلك حقيقة أن المعدن المنصهر يتبلور أثناء التصلب ، مكونًا بلورات مفردة صغيرة عديدة وموزعة عشوائيًا.
أي معالجة ميكانيكية تدمر هذه البلورات جزئيًا وتغير مجموعاتها بالنسبة لبعضها البعض ، ونتيجة لذلك تتغير الموصلية الكهربائية الكلية لقطعة من المعدن عادةً في اتجاه زيادة المقاومة.
التلدين المطول عند درجة حرارة مواتية ، يختلف باختلاف المعادن ، يكون مصحوبًا بتقليل البلور وعادة ما يقلل من المقاومة.
هناك طرق تجعل من الممكن الحصول على بلورات مفردة أكثر أو أقل أهمية (بلورات مفردة) أثناء تصلب المعادن المنصهرة.
إذا أعطى المعدن بلورات من النظام الصحيح ، فإن مقاومة البلورات المفردة لهذا المعدن هي نفسها في جميع الاتجاهات. إذا كانت البلورات المعدنية تنتمي إلى نظام سداسي أو رباعي الزوايا أو مثلث ، فإن قيمة مقاومة البلورة المفردة تعتمد على اتجاه التيار.
يتم الحصول على القيم المحددة (المتطرفة) في اتجاه محور تناظر البلورة وفي الاتجاه العمودي على محور التناظر ، وفي جميع الاتجاهات الأخرى يكون للمقاومة قيم وسيطة.
القطع المعدنية التي يتم الحصول عليها بالطرق التقليدية ، مع التوزيع العشوائي للبلورات الصغيرة ، لها مقاومة مساوية لقيمة متوسطة معينة ، ما لم يتم إنشاء توزيع مرتب أكثر أو أقل من البلورات أثناء التصلب.
يتضح من هذا أن مقاومة عينات المعادن النقية كيميائيًا الأخرى ، والتي لا تنتمي بلوراتها إلى النظام الصحيح ، لا يمكن أن يكون لها قيم محددة تمامًا.
قيم المقاومة للمعادن والسبائك الموصلة الأكثر شيوعًا عند 20 درجة مئوية: المقاومة والتوصيل الكهربائي للمواد
إن تأثير درجة الحرارة على مقاومة المعادن المختلفة هو موضوع دراسات عديدة وشاملة ، لأن مسألة هذا التأثير لها أهمية نظرية وعملية كبيرة.
معادن نقية معامل درجة حرارة المقاومة، في معظمها قريب من معامل درجة الحرارة للتمدد الخطي الحراري للغازات ، أي أنه لا يختلف كثيرًا عن 0.004 ، وبالتالي في النطاق من 0 إلى 100 درجة مئوية ، تكون المقاومة متناسبة تقريبًا مع درجة الحرارة المطلقة.
عند درجات حرارة أقل من 0 درجة ، تنخفض المقاومة أسرع من درجة الحرارة المطلقة وتنخفض درجة الحرارة بشكل أسرع. عند درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق ، تصبح مقاومة بعض المعادن عمليا صفرا. في درجات الحرارة العالية فوق 100 درجة ، يزداد معامل درجة الحرارة لمعظم المعادن ببطء ، أي أن المقاومة تزداد بشكل أسرع قليلاً من درجة الحرارة.
حقائق مثيرة للاهتمام:
ما يسمى ب المعادن المغناطيسية تزداد مقاومة (الحديد والنيكل والكوبالت) أسرع بكثير من درجة الحرارة.أخيرًا ، يُظهر البلاتين والبلاديوم زيادة في المقاومة متخلفة بعض الشيء عن الزيادة في درجة الحرارة.
لقياس درجات الحرارة المرتفعة ، ما يسمى ب ترمومتر مقاومة البلاتين، تتكون من قطعة رقيقة من سلك بلاتيني نقي رفيع ملفوفة حلزونيًا فوق أنبوب من مادة عازلة أو حتى مدمجة في جدران أنبوب كوارتز. من خلال قياس مقاومة السلك ، يمكنك تحديد درجة حرارته من جدول أو من منحنى لمدى درجة حرارة من -40 إلى 1000 درجة مئوية.
من بين المواد الأخرى ذات الموصلية المعدنية ، يجب ملاحظة الفحم والجرافيت والأنثراسيت ، والتي تختلف عن المعادن ذات معامل درجة الحرارة السلبية.
تتغير مقاومة السلينيوم في أحد تعديلاته (معدن ، بلوري سيلينيوم ، رمادي) إلى انخفاض كبير عند تعرضه لأشعة الضوء. هذه الظاهرة تنتمي إلى المنطقة الظواهر الكهروضوئية.
في حالة السيلينيوم وغيرها الكثير ، فإن الإلكترونات المنفصلة عن ذرات المادة عندما تمتص أشعة الضوء لا تطير بعيدًا عبر سطح الجسم ، ولكنها تبقى داخل المادة ، ونتيجة لذلك فإن الموصلية الكهربائية من المادة بشكل طبيعي. تسمى هذه الظاهرة ظاهرة كهروضوئية جوهرية.
أنظر أيضا:
لماذا المواد المختلفة لها مقاومة مختلفة
الخصائص الكهربائية الأساسية للأسلاك والكابلات