ლითონების წინაღობა არის მათი უნარი, წინააღმდეგობა გაუწიონ მათში გამავალ ელექტრო დენს. ამ მნიშვნელობის საზომი ერთეულია Ohm * m (Ohm-meter). სიმბოლოდ გამოიყენება ბერძნული ასო ρ (rho). მაღალი წინააღმდეგობა ნიშნავს ელექტრული მუხტის ცუდ გამტარობას კონკრეტული მასალის მიერ.
ფოლადის სპეციფიკაციები
სანამ დეტალურად განიხილავთ ფოლადის წინაღობას, უნდა გაეცნოთ მის ძირითად ფიზიკურ და მექანიკურ თვისებებს. თავისი თვისებებიდან გამომდინარე, ეს მასალა ფართოდ გამოიყენება წარმოების სექტორში და ხალხის ცხოვრებისა და საქმიანობის სხვა სფეროებში.
ფოლადი არის რკინისა და ნახშირბადის შენადნობი, რომელიც შეიცავს არაუმეტეს 1,7% ოდენობით. ნახშირბადის გარდა, ფოლადი შეიცავს გარკვეული რაოდენობის მინარევებს - სილიციუმს, მანგანუმს, გოგირდს და ფოსფორს. თავისი თვისებებით ბევრად უკეთესია თუჯის, ადვილად გამაგრება, გაყალბება, გორვა და სხვა სახის დამუშავება. ყველა სახის ფოლადი ხასიათდება მაღალი სიმტკიცით და ელასტიურობით.
დანიშნულების მიხედვით ფოლადი იყოფა სტრუქტურულ, ხელსაწყოებად და ასევე განსაკუთრებული ფიზიკური თვისებებით. თითოეული მათგანი შეიცავს ნახშირბადის სხვადასხვა რაოდენობას, რის გამოც მასალა იძენს გარკვეულ სპეციფიკურ თვისებებს, მაგალითად, სითბოს წინააღმდეგობას, სითბოს წინააღმდეგობას, ჟანგის და კოროზიის წინააღმდეგობას.
განსაკუთრებული ადგილი უკავია ფურცლის ფორმატში წარმოებულ ელექტრო ფოლადებს და გამოიყენება ელექტრო პროდუქციის წარმოებაში. ამ მასალის მისაღებად ტარდება დოპინგი სილიკონით, რომელსაც შეუძლია გააუმჯობესოს მისი მაგნიტური და ელექტრული თვისებები.
იმისათვის, რომ ელექტრო ფოლადმა შეიძინოს საჭირო მახასიათებლები, უნდა დაკმაყოფილდეს გარკვეული მოთხოვნები და პირობები. მასალა ადვილად უნდა იყოს მაგნიტიზებული და ხელახლა მაგნიტიზებული, ანუ ჰქონდეს მაღალი მაგნიტური გამტარიანობა. ასეთ ფოლადებს აქვთ კარგი და მათი დამაგნიტიზაციის შებრუნება ხორციელდება მინიმალური დანაკარგებით.
მაგნიტური ბირთვების და გრაგნილების ზომები და მასა, ასევე ტრანსფორმატორების ეფექტურობა და მათი მუშაობის ტემპერატურა დამოკიდებულია ამ მოთხოვნებთან შესაბამისობაზე. პირობების შესრულებაზე გავლენას ახდენს მრავალი ფაქტორი, მათ შორის ფოლადის წინაღობა.
წინააღმდეგობა და სხვა ინდიკატორები
ელექტრული წინაღობის მნიშვნელობა არის მეტალში ელექტრული ველის სიძლიერის თანაფარდობა და მასში გამავალი დენის სიმკვრივე. პრაქტიკული გამოთვლებისთვის გამოიყენება ფორმულა: რომელშიც ρ არის ლითონის წინაღობა (Ohm * m), ე- ელექტრული ველის სიძლიერე (V/m), და ჯ- ელექტრული დენის სიმკვრივე მეტალში (A / m 2). ძალიან მაღალი ელექტრული ველის სიძლიერით და დაბალი დენის სიმკვრივით, ლითონის წინაღობა მაღალი იქნება.
არსებობს კიდევ ერთი სიდიდე, რომელსაც ეწოდება ელექტრული გამტარობა, წინააღმდეგობის შებრუნებული, რაც მიუთითებს კონკრეტული მასალის მიერ ელექტრული დენის გამტარობის ხარისხზე. იგი განისაზღვრება ფორმულით და გამოიხატება ერთეულებში Sm/m - Siemens მეტრზე.
წინააღმდეგობა მჭიდრო კავშირშია ელექტრულ წინააღმდეგობასთან. თუმცა, მათ შორის განსხვავებებია. პირველ შემთხვევაში, ეს არის მასალის, მათ შორის ფოლადის თვისება, ხოლო მეორე შემთხვევაში, განისაზღვრება მთელი ობიექტის თვისება. რეზისტორის ხარისხზე გავლენას ახდენს რამდენიმე ფაქტორის კომბინაცია, უპირველეს ყოვლისა, მასალის ფორმა და წინაღობა, საიდანაც იგი მზადდება. მაგალითად, თუ თხელი და გრძელი მავთული გამოიყენებოდა მავთულის რეზისტორის დასამზადებლად, მაშინ მისი წინააღმდეგობა უფრო დიდი იქნება, ვიდრე იგივე ლითონის სქელი და მოკლე მავთულისგან დამზადებული რეზისტორი.
კიდევ ერთი მაგალითია იგივე დიამეტრისა და სიგრძის მავთულის რეზისტორები. თუმცა, თუ ერთ მათგანში მასალას აქვს მაღალი წინააღმდეგობა, ხოლო მეორეში დაბალია, მაშინ, შესაბამისად, პირველ რეზისტორიში ელექტრული წინააღმდეგობა უფრო მაღალი იქნება, ვიდრე მეორეში.
მასალის ძირითადი თვისებების ცოდნა, შეგიძლიათ გამოიყენოთ ფოლადის წინაღობა ფოლადის გამტარის წინააღმდეგობის მნიშვნელობის დასადგენად. გამოთვლებისთვის, გარდა ელექტრული წინაღობისა, საჭირო იქნება თავად მავთულის დიამეტრი და სიგრძე. გამოთვლები ხორციელდება შემდეგი ფორმულის მიხედვით: , რომელშიც რარის (Ohm), ρ - ფოლადის წინაღობა (Ohm * m), ლ- შეესაბამება მავთულის სიგრძეს, მაგრამ- მისი კვეთის ფართობი.
არსებობს ფოლადის და სხვა ლითონების წინააღმდეგობის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე. უმეტეს გამოთვლებში გამოიყენება ოთახის ტემპერატურა - 20 0 C. ამ ფაქტორის გავლენის ქვეშ მყოფი ყველა ცვლილება გათვალისწინებულია ტემპერატურის კოეფიციენტის გამოყენებით.
რა არის ნივთიერების წინაღობა? ამ კითხვაზე მარტივი სიტყვებით პასუხის გასაცემად, თქვენ უნდა გახსოვდეთ ფიზიკის კურსი და წარმოადგინოთ ამ განმარტების ფიზიკური განსახიერება. ელექტრული დენი გადის ნივთიერებაში და ის, თავის მხრივ, ხელს უშლის დენის გავლას გარკვეული ძალით.
ნივთიერების წინააღმდეგობის ცნება
სწორედ ეს მნიშვნელობა გვიჩვენებს, თუ რამდენად ერევა ნივთიერება დენს, ეს არის წინაღობა (ლათინური ასო "ro"). ერთეულების საერთაშორისო სისტემაში წინააღმდეგობა გამოხატული ohms-შიგამრავლებული მეტრზე. გამოთვლის ფორმულა ასეთია: „წინააღმდეგობა გამრავლებული კვეთის ფართობზე და გაყოფილი გამტარის სიგრძეზე“.
ჩნდება კითხვა: "რატომ გამოიყენება სხვა წინააღმდეგობა წინააღმდეგობის აღმოჩენისას?". პასუხი მარტივია, არსებობს ორი განსხვავებული რაოდენობა - წინაღობა და წინააღმდეგობა. მეორე გვიჩვენებს, თუ რამდენად შეუძლია ნივთიერებას ხელი შეუშალოს მასში დენის გავლას და პირველი გვიჩვენებს თითქმის იგივეს, მხოლოდ ჩვენ უკვე ვსაუბრობთ არა სუბსტანციაზე ზოგადი გაგებით, არამედ კონკრეტული სიგრძის და გამტარზე. განივი ფართობი, რომლებიც მზადდება ამ ნივთიერებისგან.
საპასუხო მნიშვნელობას, რომელიც ახასიათებს ნივთიერების ელექტროგადაცემის უნარს, ეწოდება ელექტრული გამტარობა და ფორმულა, რომლითაც გამოითვლება სპეციფიკური წინააღმდეგობა, პირდაპირ კავშირშია სპეციფიკურ გამტარობასთან.
სპილენძის გამოყენება
წინააღმდეგობის ცნება ფართოდ გამოიყენება სხვადასხვა ლითონების მიერ ელექტრული დენის გამტარობის გაანგარიშებისას. ამ გამოთვლების საფუძველზე მიიღება გადაწყვეტილებები კონკრეტული ლითონის გამოყენების მიზანშეწონილობის შესახებ ელექტროგამტარების წარმოებისთვის, რომლებიც გამოიყენება მშენებლობაში, ხელსაწყოების დამზადებასა და სხვა სფეროებში.
ლითონების წინააღმდეგობის ცხრილი
არის კონკრეტული ცხრილები? რომელშიც გაერთიანებულია ლითონების გადაცემის და წინააღმდეგობის შესახებ არსებული მონაცემები, როგორც წესი, ეს ცხრილები გამოითვლება გარკვეული პირობებისთვის.
კერძოდ, ცნობილი ლითონის ერთკრისტალების წინააღმდეგობის მაგიდაოცი გრადუსი ცელსიუსის ტემპერატურაზე, ასევე ლითონებისა და შენადნობების წინააღმდეგობის ცხრილი.
ეს ცხრილები გამოიყენება ეგრეთ წოდებულ იდეალურ პირობებში სხვადასხვა მონაცემების გამოსათვლელად; კონკრეტული მიზნებისთვის მნიშვნელობების გამოსათვლელად, ფორმულები უნდა იქნას გამოყენებული.
სპილენძი. მისი მახასიათებლები და თვისებები
ნივთიერებისა და თვისებების აღწერა
სპილენძი არის ლითონი, რომელიც კაცობრიობამ დიდი ხნის განმავლობაში აღმოაჩინა და ასევე დიდი ხნის განმავლობაში გამოიყენებოდა სხვადასხვა ტექნიკური მიზნებისთვის. სპილენძი არის ძალიან მოქნილი და დრეკადი ლითონი მაღალი ელექტრული გამტარობით, რაც მას ძალიან პოპულარულს ხდის სხვადასხვა მავთულისა და გამტარების დასამზადებლად.
სპილენძის ფიზიკური თვისებები:
- დნობის წერტილი - 1084 გრადუსი ცელსიუსი;
- დუღილის წერტილი - 2560 გრადუსი ცელსიუსი;
- სიმკვრივე 20 გრადუსზე - 8890 კილოგრამი გაყოფილი კუბურ მეტრზე;
- სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრე მუდმივ წნევაზე და ტემპერატურაზე 20 გრადუსზე - 385 კჯ/ჯ*კგ
- სპეციფიკური ელექტრული წინაღობა - 0,01724;
სპილენძის კლასები
ეს ლითონი შეიძლება დაიყოს რამდენიმე ჯგუფად ან კლასად, რომელთაგან თითოეულს აქვს საკუთარი თვისებები და მისი გამოყენება ინდუსტრიაში:
- კლასები M00, M0, M1 შესანიშნავია კაბელების და გამტარების წარმოებისთვის; ხელახლა დნობისას, ჟანგბადის გადაჭარბება გამორიცხულია.
- M2 და M3 კლასები არის იაფი ვარიანტები, რომლებიც განკუთვნილია მცირე ნაგლინი პროდუქტებისთვის და აკმაყოფილებს მცირე მასშტაბის ტექნიკურ და სამრეწველო აპლიკაციებს.
- კლასები M1, M1f, M1r, M2r, M3r არის ძვირადღირებული სპილენძის კლასები, რომლებიც დამზადებულია კონკრეტული მომხმარებლისთვის კონკრეტული მოთხოვნებით და მოთხოვნებით.
ბრენდები ერთმანეთში განსხვავდება რამდენიმე გზით:
მინარევების გავლენა სპილენძის თვისებებზე
მინარევები შეიძლება გავლენა იქონიოს პროდუქტების მექანიკურ, ტექნიკურ და ოპერაციულ თვისებებზე.
დასასრულს, ხაზგასმით უნდა აღინიშნოს, რომ სპილენძი უნიკალური ლითონია უნიკალური თვისებებით. იგი გამოიყენება საავტომობილო ინდუსტრიაში, ელემენტების წარმოებაში ელექტრო ინდუსტრიისთვის, ელექტრო მოწყობილობების, სამომხმარებლო საქონლის, საათების, კომპიუტერების და მრავალი სხვა. თავისი დაბალი წინაღობის გამო, ეს ლითონი შესანიშნავი მასალაა გამტარებისა და სხვა ელექტრო მოწყობილობების დასამზადებლად. ამ თვისებით, სპილენძი უსწრებს მხოლოდ ვერცხლს, მაგრამ მისი უფრო მაღალი ღირებულების გამო, მას არ ჰპოვა იგივე გამოყენება ელექტრო ინდუსტრიაში.
ფიზიკის კანონების უმეტესობა ემყარება ექსპერიმენტებს. ექსპერიმენტატორების სახელები უკვდავია ამ კანონების სათაურებში. ერთ-ერთი მათგანი იყო გეორგ ომ.
გეორგ ოჰმის ექსპერიმენტები
მან ექსპერიმენტების დროს დაადგინა ელექტროენერგიის ურთიერთქმედების შესახებ სხვადასხვა ნივთიერებებთან, მათ შორის ლითონებთან, ფუნდამენტური კავშირი სიმკვრივეს, ელექტრული ველის სიძლიერესა და ნივთიერების თვისებას შორის, რომელსაც ეწოდა "გამტარობა". ამ ნიმუშის შესაბამისი ფორმულა, სახელწოდებით "ოჰმის კანონი" არის შემდეგი:
j= λE , სადაც
- j- ელექტრული დენის სიმკვრივე;
- λ — სპეციფიკური გამტარობა, რომელსაც ასევე უწოდებენ "ელექტროგამტარობას";
- E- ელექტრული ველის სიძლიერე.
ზოგიერთ შემთხვევაში, ბერძნული ანბანის სხვა ასო გამოიყენება გამტარობის აღსანიშნავად - σ . სპეციფიკური გამტარობა დამოკიდებულია ნივთიერების ზოგიერთ პარამეტრზე. მის ღირებულებაზე გავლენას ახდენს ტემპერატურა, ნივთიერებები, წნევა, თუ ეს არის აირი და რაც მთავარია, ამ ნივთიერების სტრუქტურა. ომის კანონი დაცულია მხოლოდ ერთგვაროვანი ნივთიერებებისთვის.
უფრო მოსახერხებელი გამოთვლებისთვის გამოიყენება გამტარობის ორმხრივი. მას ეწოდა "რეზისტენტობა", რომელიც ასევე დაკავშირებულია იმ ნივთიერების თვისებებთან, რომელშიც მიედინება ელექტრული დენი, რომელიც აღინიშნება ბერძნული ასოებით. ρ და აქვს Ohm*m განზომილება. მაგრამ რადგან განსხვავებული თეორიული დასაბუთება გამოიყენება სხვადასხვა ფიზიკურ ფენომენზე, ალტერნატიული ფორმულები შეიძლება გამოყენებულ იქნას რეზისტენტობისთვის. ისინი წარმოადგენს ლითონების კლასიკური ელექტრონული თეორიის, ასევე კვანტური თეორიის ასახვას.
ფორმულები
ჩვეულებრივი მკითხველისთვის ამ დამღლელ ფორმულებში ჩნდება ისეთი ფაქტორები, როგორიცაა ბოლცმანის მუდმივი, ავოგადროს მუდმივა და პლანკის მუდმივი. ეს მუდმივები გამოიყენება გამოთვლებისთვის, რომლებიც ითვალისწინებენ ელექტრონების თავისუფალ გზას გამტარში, მათ სიჩქარეს თერმული მოძრაობის დროს, იონიზაციის ხარისხს, ნივთიერების კონცენტრაციას და სიმკვრივეს. ერთი სიტყვით, არასპეციალისტისთვის ყველაფერი საკმაოდ რთულია. იმისათვის, რომ არ იყოს უსაფუძვლო, შემდგომში შეგიძლიათ გაეცნოთ როგორ გამოიყურება ყველაფერი სინამდვილეში:
ლითონების მახასიათებლები
ვინაიდან ელექტრონების მოძრაობა დამოკიდებულია ნივთიერების ერთგვაროვნებაზე, ლითონის გამტარში დენი მიედინება მისი სტრუქტურის მიხედვით, რაც გავლენას ახდენს ელექტრონების განაწილებაზე დირიჟორში მისი არაერთგვაროვნების გათვალისწინებით. იგი განისაზღვრება არა მხოლოდ მინარევების ჩანართების არსებობით, არამედ ფიზიკური დეფექტებით - ბზარები, სიცარიელე და ა.შ. გამტარის არაჰომოგენურობა ზრდის მის წინაღობას, რაც განისაზღვრება მათიზენის წესით.
ეს მარტივი გასაგები წესი, ფაქტობრივად, ამბობს, რომ დენის მატარებელ გამტარში შეიძლება გამოიყოს რამდენიმე ცალკეული წინაღობა. და შედეგად მიღებული მნიშვნელობა იქნება მათი ჯამი. ტერმინები იქნება ლითონის კრისტალური გისოსის წინაღობა, მინარევები და გამტარის დეფექტები. ვინაიდან ეს პარამეტრი დამოკიდებულია ნივთიერების ბუნებაზე, შესაბამისი კანონზომიერებები განისაზღვრება მისი გაანგარიშებისთვის, მათ შორის შერეული ნივთიერებებისთვის.
იმისდა მიუხედავად, რომ შენადნობები ასევე ლითონებია, ისინი განიხილება, როგორც ქაოტური სტრუქტურის მქონე ხსნარები, ხოლო წინაღობის გამოსათვლელად მნიშვნელოვანია, თუ რომელი ლითონები შედის შენადნობის შემადგენლობაში. ძირითადად, ორკომპონენტიანი შენადნობების უმეტესობა, რომლებიც არ მიეკუთვნება გარდამავალ და იშვიათ მიწიერ ლითონებს, ექვემდებარება ნოდჰეიმის კანონის აღწერას.
ცალკე თემად განიხილება მეტალის თხელი ფენების წინაღობა. სავსებით ლოგიკურია ვივარაუდოთ ის ფაქტი, რომ მისი ღირებულება უნდა იყოს უფრო დიდი ვიდრე იმავე ლითონისგან დამზადებული ნაყარი გამტარი. მაგრამ ამავდროულად, ფილმისთვის შემოღებულია სპეციალური ფუქსის ემპირიული ფორმულა, რომელიც აღწერს წინააღმდეგობის და ფირის სისქის ურთიერთდამოკიდებულებას. გამოდის, რომ ფილმებში ლითონები ავლენენ ნახევარგამტარების თვისებებს.
და მუხტის გადაცემის პროცესზე გავლენას ახდენს ელექტრონები, რომლებიც მოძრაობენ ფირის სისქის მიმართულებით და ხელს უშლიან „გრძივი“ მუხტების მოძრაობას. ამავდროულად, ისინი აისახება ფილმის გამტარის ზედაპირიდან და, ამრიგად, ერთი ელექტრონი საკმარისად დიდი ხნის განმავლობაში ირხევა მის ორ ზედაპირს შორის. წინააღმდეგობის გაზრდის კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი ფაქტორი არის გამტარის ტემპერატურა. რაც უფრო მაღალია ტემპერატურა, მით მეტია წინააღმდეგობა. პირიქით, რაც უფრო დაბალია ტემპერატურა, მით უფრო დაბალია წინააღმდეგობა.
ლითონები არის ნივთიერებები, რომლებსაც აქვთ ყველაზე დაბალი წინაღობა ეგრეთ წოდებულ "ოთახის" ტემპერატურაზე. ერთადერთი არალითონი, რომელიც ამართლებს მის გამტარად გამოყენებას, არის ნახშირბადი. გრაფიტი, რომელიც მისი ერთ-ერთი სახეობაა, ფართოდ გამოიყენება მოცურების კონტაქტების დასამყარებლად. მას აქვს ისეთი თვისებების ძალიან წარმატებული კომბინაცია, როგორიცაა წინაღობა და მოცურების ხახუნის კოეფიციენტი. ამიტომ, გრაფიტი შეუცვლელი მასალაა საავტომობილო ჯაგრისებისა და სხვა მოცურების კონტაქტებისთვის. სამრეწველო მიზნებისთვის გამოყენებული ძირითადი ნივთიერებების წინააღმდეგობის მნიშვნელობები ნაჩვენებია ქვემოთ მოცემულ ცხრილში.
ზეგამტარობა
აირების გათხევადების შესაბამის ტემპერატურაზე, ანუ თხევადი ჰელიუმის ტემპერატურამდე, რომელიც არის - 273 გრადუსი ცელსიუსი, წინააღმდეგობა მცირდება თითქმის სრულ გაქრობამდე. და არა მხოლოდ კარგი ლითონის გამტარები, როგორიცაა ვერცხლი, სპილენძი და ალუმინი. თითქმის ყველა ლითონი. ასეთ პირობებში, რომელსაც ზეგამტარობას უწოდებენ, ლითონის სტრუქტურას არ აქვს ინჰიბიტორული ეფექტი ელექტრული ველის მოქმედებით მუხტების მოძრაობაზე. ამიტომ, ვერცხლისწყალი და ლითონების უმეტესობა ხდება სუპერგამტარები.
მაგრამ, როგორც გაირკვა, შედარებით ცოტა ხნის წინ, XX საუკუნის 80-იან წლებში, კერამიკის ზოგიერთ სახეობას ასევე აქვს სუპერგამტარობის უნარი. და ამისთვის არ გჭირდებათ თხევადი ჰელიუმის გამოყენება. ასეთ მასალებს უწოდებენ მაღალტემპერატურულ ზეგამტარებს. თუმცა, უკვე რამდენიმე ათეული წელი გავიდა და მაღალი ტემპერატურის გამტარების დიაპაზონი მნიშვნელოვნად გაფართოვდა. მაგრამ ასეთი მაღალი ტემპერატურის ზეგამტარი ელემენტების მასობრივი გამოყენება არ შეინიშნება. ზოგიერთ ქვეყანაში, ერთჯერადი დანადგარები გაკეთდა ჩვეულებრივი სპილენძის გამტარების ჩანაცვლებით მაღალი ტემპერატურის ზეგამტარებით. მაღალი ტემპერატურის ზეგამტარობის ნორმალური რეჟიმის შესანარჩუნებლად საჭიროა თხევადი აზოტი. და ეს ძალიან ძვირი ტექნიკური გადაწყვეტაა.
მაშასადამე, ბუნების მიერ სპილენძსა და ალუმინზე მინიჭებული წინაღობის დაბალი ღირებულება, კვლავ აქცევს მათ შეუცვლელ მასალებს ელექტრული დენის სხვადასხვა გამტარების წარმოებისთვის.
- დირიჟორები;
- დიელექტრიკები (საიზოლაციო თვისებებით);
- ნახევარგამტარები.
ელექტრონები და დენი
ელექტრული დენის თანამედროვე კონცეფციის საფუძველია ვარაუდი, რომ იგი შედგება მატერიალური ნაწილაკებისგან - მუხტებისაგან. მაგრამ სხვადასხვა ფიზიკური და ქიმიური ექსპერიმენტები იძლევა იმის მტკიცებას, რომ ეს მუხტის მატარებლები შეიძლება იყოს სხვადასხვა ტიპის ერთსა და იმავე გამტარში. და ნაწილაკების ეს არაერთგვაროვნება გავლენას ახდენს დენის სიმკვრივეზე. გამოთვლებისთვის, რომლებიც დაკავშირებულია ელექტრული დენის პარამეტრებთან, გამოიყენება გარკვეული ფიზიკური რაოდენობა. მათ შორის მნიშვნელოვანი ადგილი უჭირავს გამტარობას წინაღობასთან ერთად.
- გამტარობა დაკავშირებულია წინააღმდეგობას ურთიერთსაპირისპირო ურთიერთობით.
ცნობილია, რომ როდესაც ელექტრულ წრეზე მოქმედებს გარკვეული ძაბვა, მასში ჩნდება ელექტრული დენი, რომლის ღირებულებაც დაკავშირებულია ამ წრედის გამტარობასთან. ეს ფუნდამენტური აღმოჩენა იმ დროს გააკეთა გერმანელმა ფიზიკოსმა გეორგ ომმა. მას შემდეგ, კანონი სახელწოდებით Ohm-ის კანონი უკვე გამოიყენება. ის არსებობს სხვადასხვა მიკროსქემის ვარიანტებისთვის. აქედან გამომდინარე, მათთვის ფორმულები შეიძლება განსხვავდებოდეს ერთმანეთისგან, რადგან ისინი შეესაბამება სრულიად განსხვავებულ პირობებს.
ყველა ელექტრო წრეს აქვს გამტარი. თუ იგი შეიცავს ერთი ტიპის მუხტის მატარებლის ნაწილაკებს, დენი გამტარში ჰგავს სითხის ნაკადს, რომელსაც აქვს გარკვეული სიმკვრივე. იგი განისაზღვრება შემდეგი ფორმულით:
მეტალების უმეტესობა შეესაბამება იმავე ტიპის დამუხტულ ნაწილაკებს, რის გამოც არსებობს ელექტრული დენი. ლითონებისთვის, ელექტროგამტარობის გაანგარიშება ხორციელდება შემდეგი ფორმულის მიხედვით:
ვინაიდან გამტარობის გამოთვლა შესაძლებელია, ახლა ადვილია ელექტრული წინაღობის დადგენა. ზემოთ უკვე აღვნიშნეთ, რომ გამტარის წინაღობა არის გამტარობის ორმხრივი. აქედან გამომდინარე,
ამ ფორმულაში ბერძნული ასო ρ (rho) გამოიყენება ელექტრული წინაღობის აღსანიშნავად. ეს აღნიშვნა ყველაზე ხშირად გამოიყენება ტექნიკურ ლიტერატურაში. თუმცა, ასევე შეგიძლიათ იპოვოთ ოდნავ განსხვავებული ფორმულები, რომელთა დახმარებითაც გამოითვლება გამტარების წინაღობა. თუ ლითონების კლასიკური თეორია და მათში ელექტრონული გამტარობა გამოიყენება გამოთვლებისთვის, წინაღობა გამოითვლება შემდეგი ფორმულით:
თუმცა არის ერთი "მაგრამ". ლითონის გამტარში ატომების მდგომარეობაზე გავლენას ახდენს იონიზაციის პროცესის ხანგრძლივობა, რომელსაც ახორციელებს ელექტრული ველი. გამტარზე ერთი მაიონებელი ეფექტით, მასში შემავალი ატომები მიიღებენ ერთჯერად იონიზაციას, რაც შექმნის ბალანსს ატომების კონცენტრაციასა და თავისუფალ ელექტრონებს შორის. და ამ კონცენტრაციების მნიშვნელობები თანაბარი იქნება. ამ შემთხვევაში ხდება შემდეგი დამოკიდებულებები და ფორმულები:
გამტარობისა და წინააღმდეგობის გადახრები
შემდეგი, ჩვენ განვიხილავთ რა განსაზღვრავს სპეციფიკურ გამტარობას, რომელიც საპირისპიროდ არის დაკავშირებული წინაღობასთან. ნივთიერების წინააღმდეგობა საკმაოდ აბსტრაქტული ფიზიკური რაოდენობაა. თითოეული დირიჟორი არსებობს კონკრეტული ნიმუშის სახით. ახასიათებს შიდა სტრუქტურაში სხვადასხვა მინარევებისა და დეფექტების არსებობა. ისინი მხედველობაში მიიღება როგორც ცალკეული ტერმინები გამონათქვამში, რომელიც განსაზღვრავს წინაღობას მატესენის წესის შესაბამისად. ეს წესი ასევე ითვალისწინებს მოძრავი ელექტრონის ნაკადის გაფანტვას ნიმუშის ბროლის ბადის კვანძებზე, რომლებიც მერყეობენ ტემპერატურის მიხედვით.
შინაგანი დეფექტების არსებობა, როგორიცაა სხვადასხვა მინარევების და მიკროსკოპული სიცარიელის ჩანართები, ასევე ზრდის წინააღმდეგობას. ნიმუშებში მინარევების რაოდენობის დასადგენად, მასალების წინაღობა იზომება ნიმუშის მასალის ორი ტემპერატურული მნიშვნელობისთვის. ტემპერატურის ერთი მნიშვნელობა არის ოთახის ტემპერატურა, ხოლო მეორე შეესაბამება თხევად ჰელიუმს. ოთახის ტემპერატურაზე გაზომვის შედეგის თანაფარდობიდან თხევადი ჰელიუმის ტემპერატურასთან შედეგამდე მიიღება კოეფიციენტი, რომელიც ასახავს მასალის სტრუქტურულ სრულყოფილებას და მის ქიმიურ სისუფთავეს. კოეფიციენტი აღინიშნება ასო β.
თუ ლითონის შენადნობა მოუწესრიგებელი მყარი ხსნარის სტრუქტურით განიხილება, როგორც ელექტრული დენის გამტარი, ნარჩენი წინაღობის მნიშვნელობა შეიძლება მნიშვნელოვნად აღემატებოდეს წინაღობას. ორკომპონენტიანი ლითონის შენადნობების ასეთი თვისება, რომელიც არ არის დაკავშირებული იშვიათ დედამიწის ელემენტებთან, ასევე გარდამავალ ელემენტებთან, ვრცელდება სპეციალური კანონით. მას ნორდჰაიმის კანონი ჰქვია.
ელექტრონიკის თანამედროვე ტექნოლოგიები სულ უფრო და უფრო მიიწევს მინიატურიზაციისკენ. და იმდენად, რომ მიკროსქემის ნაცვლად მალე გამოჩნდება სიტყვა „ნანოწრე“. ასეთ მოწყობილობებში გამტარები იმდენად თხელია, რომ სწორი იქნება მათ ლითონის ფილმები ვუწოდოთ. სავსებით ნათელია, რომ ფილმის ნიმუში თავისი წინაღობით განსხვავდება უფრო დიდი გამტარისგან. ლითონის მცირე სისქე ფილმში იწვევს მასში ნახევარგამტარული თვისებების გამოჩენას.
პროპორციულობა ლითონის სისქესა და ამ მასალაში ელექტრონების თავისუფალ გზას შორის იწყება. ელექტრონების გადაადგილებისთვის მცირე ადგილია. ამიტომ, ისინი იწყებენ ერთმანეთის მოწესრიგებული მოძრაობის თავიდან აცილებას, რაც იწვევს წინააღმდეგობის გაზრდას. ლითონის ფილმებისთვის, წინაღობა გამოითვლება ექსპერიმენტებიდან მიღებული სპეციალური ფორმულის გამოყენებით. ფორმულას დაარქვეს მეცნიერის ფუქსის პატივსაცემად, რომელიც სწავლობდა ფილმების რეზისტენტობას.
ფილმები არის ძალიან სპეციფიკური წარმონაქმნები, რომელთა გამეორება რთულია ისე, რომ რამდენიმე ნიმუშის თვისებები იგივეა. ფილმების შეფასებისას მისაღები სიზუსტისთვის გამოიყენება სპეციალური პარამეტრი - ზედაპირის სპეციფიკური წინააღმდეგობა.
რეზისტორები წარმოიქმნება ლითონის ფილებისგან მიკროსქემის სუბსტრატზე. ამ მიზეზით, წინაღობის გამოთვლები ძალიან მოთხოვნადი ამოცანაა მიკროელექტრონიკაში. რეზისტენტობის მნიშვნელობა, ცხადია, გავლენას ახდენს ტემპერატურაზე და უკავშირდება მას პირდაპირპროპორციულობის დამოკიდებულებით. მეტალების უმეტესობისთვის, ამ დამოკიდებულებას აქვს გარკვეული ხაზოვანი მონაკვეთი გარკვეული ტემპერატურის დიაპაზონში. ამ შემთხვევაში, წინაღობა განისაზღვრება ფორმულით:
მეტალებში ელექტრული დენი წარმოიქმნება თავისუფალი ელექტრონების დიდი რაოდენობის გამო, რომელთა კონცენტრაცია შედარებით მაღალია. უფრო მეტიც, ელექტრონები ასევე განსაზღვრავენ ლითონების მაღალ თბოგამტარობას. ამ მიზეზით დადგინდა კავშირი ელექტროგამტარობასა და თბოგამტარობას შორის სპეციალური კანონით, რომელიც ექსპერიმენტულად დადასტურდა. ვიდემან-ფრანცის ეს კანონი ხასიათდება შემდეგი ფორმულებით:
სუპერგამტარობის მაცდური პერსპექტივები
თუმცა, ყველაზე საოცარი პროცესები ხდება თხევადი ჰელიუმის ტექნიკურად ყველაზე დაბალ ტემპერატურაზე. ასეთ გაგრილების პირობებში, ყველა ლითონი პრაქტიკულად კარგავს წინააღმდეგობას. თხევადი ჰელიუმის ტემპერატურამდე გაცივებულ სპილენძის მავთულებს შეუძლიათ გაატარონ დენები, რომლებიც ბევრჯერ აღემატება ნორმალურ პირობებში. თუ პრაქტიკაში ეს შესაძლებელი გახდებოდა, ეკონომიკური ეფექტი ფასდაუდებელი იქნებოდა.
კიდევ უფრო გასაკვირი იყო მაღალი ტემპერატურის გამტარების აღმოჩენა. კერამიკის ეს სახეობები ნორმალურ პირობებში ძალიან შორს იყვნენ ლითონებისგან წინააღმდეგობის გაწევით. მაგრამ თხევადი ჰელიუმზე დაახლოებით სამი ათეული გრადუსით მაღალი ტემპერატურაზე ისინი სუპერგამტარებად იქცნენ. არალითონური მასალების ამ ქცევის აღმოჩენა კვლევის მძლავრი სტიმული გახდა. ზეგამტარობის პრაქტიკული გამოყენების უზარმაზარი ეკონომიკური შედეგების გამო, ძალიან მნიშვნელოვანი ფინანსური რესურსები დაიხარჯა ამ მიმართულებით და დაიწყო ფართომასშტაბიანი კვლევები.
მაგრამ ჯერჯერობით, როგორც ამბობენ, "რამე ჯერ კიდევ არსებობს" ... კერამიკული მასალები პრაქტიკული გამოყენებისთვის უვარგისი აღმოჩნდა. ზეგამტარობის მდგომარეობის შენარჩუნების პირობები მოითხოვდა ისეთ დიდ ხარჯებს, რომ მისი გამოყენების ყველა სარგებელი განადგურდა. მაგრამ სუპერგამტარობის ექსპერიმენტები გრძელდება. არის პროგრესი. სუპერგამტარობა უკვე მიღებულია 165 გრადუს კელვინის ტემპერატურაზე, მაგრამ ეს მოითხოვს მაღალ წნევას. ასეთი განსაკუთრებული პირობების შექმნა და შენარჩუნება კვლავ უარყოფს ამ ტექნიკური გადაწყვეტის კომერციულ გამოყენებას.
დამატებითი გავლენის ფაქტორები
ამჟამად, ყველაფერი აგრძელებს თავის გზას, ხოლო სპილენძის, ალუმინის და ზოგიერთი სხვა ლითონისთვის, წინააღმდეგობა გრძელდება მათი სამრეწველო გამოყენების უზრუნველსაყოფად მავთულისა და კაბელების წარმოებისთვის. დასასრულს, ღირს კიდევ რამდენიმე ინფორმაციის დამატება, რომ არა მხოლოდ გამტარი მასალის წინაღობა და გარემო ტემპერატურა გავლენას ახდენს მასში დანაკარგებზე ელექტრული დენის გავლის დროს. დირიჟორის გეომეტრია ძალზე მნიშვნელოვანია მისი გამოყენებისას გაზრდილი ძაბვის სიხშირეზე და მაღალი დენის სიძლიერით.
ამ პირობებში ელექტრონები კონცენტრირდება მავთულის ზედაპირთან და მისი, როგორც გამტარის სისქე კარგავს მნიშვნელობას. აქედან გამომდინარე, შესაძლებელია მავთულში სპილენძის რაოდენობის სამართლიანად შემცირება მისგან გამტარის მხოლოდ გარე ნაწილის დამზადებით. დირიჟორის წინააღმდეგობის გაზრდის კიდევ ერთი ფაქტორი არის დეფორმაცია. ამიტომ, ზოგიერთი ელექტროგამტარი მასალის მაღალი ეფექტურობის მიუხედავად, გარკვეულ პირობებში ისინი შეიძლება არ გამოჩნდნენ. კონკრეტული ამოცანებისთვის საჭიროა სწორი გამტარების არჩევა. ქვემოთ მოცემული ცხრილები დაგეხმარებათ ამაში.
ელექტრული დენი წარმოიქმნება ტერმინალებზე პოტენციური სხვაობით მიკროსქემის დახურვის შედეგად. ველის ძალები მოქმედებს თავისუფალ ელექტრონებზე და ისინი მოძრაობენ გამტარის გასწვრივ. ამ მოგზაურობის დროს ელექტრონები ხვდებიან ატომებს და გადასცემენ მათ დაგროვილი ენერგიის ნაწილს. შედეგად, მათი სიჩქარე მცირდება. მაგრამ, ელექტრული ველის გავლენის გამო, ის კვლავ იძენს იმპულსს. ამრიგად, ელექტრონები მუდმივად განიცდიან წინააღმდეგობას, რის გამოც ელექტრული დენი თბება.
ნივთიერების თვისება დენის მოქმედების დროს ელექტროენერგიად გარდაქმნას სითბოდ არის ელექტრული წინააღმდეგობა და აღინიშნება როგორც R, მისი ერთეული არის Ohm. წინააღმდეგობის ოდენობა ძირითადად დამოკიდებულია სხვადასხვა მასალის უნარზე დენის გატარების უნარზე.
პირველად წინააღმდეგობა გამოაცხადა გერმანელმა მკვლევარმა გ.
იმისათვის, რომ გაერკვია მიმდინარე ძალის დამოკიდებულება წინააღმდეგობაზე, ცნობილმა ფიზიკოსმა ჩაატარა მრავალი ექსპერიმენტი. ექსპერიმენტებისთვის მან გამოიყენა სხვადასხვა გამტარები და მიიღო სხვადასხვა ინდიკატორი.
პირველი, რაც G. Ohm-მა დაადგინა, იყო ის, რომ წინაღობა დამოკიდებულია გამტარის სიგრძეზე. ანუ თუ გამტარის სიგრძე გაიზარდა, წინააღმდეგობაც გაიზარდა. შედეგად, ეს ურთიერთობა პირდაპირპროპორციულად განისაზღვრა.
მეორე დამოკიდებულება არის განივი ფართობი. ეს შეიძლება განისაზღვროს დირიჟორის განივი მონაკვეთით. ფიგურის ფართობი, რომელიც ჩამოყალიბდა ჭრილზე, არის განივი ფართობი. აქ ურთიერთობა უკუპროპორციულია. ანუ რაც უფრო დიდია კვეთის ფართობი მით უფრო დაბალია გამტარის წინააღმდეგობა.
და მესამე, მნიშვნელოვანი რაოდენობა, რომელზეც დამოკიდებულია წინააღმდეგობა, არის მასალა. იმის გამო, რომ ომმა ექსპერიმენტებში სხვადასხვა მასალა გამოიყენა, მან აღმოაჩინა წინააღმდეგობის განსხვავებული თვისებები. ყველა ეს ექსპერიმენტი და ინდიკატორი შეჯამებულია ცხრილში, საიდანაც შეგიძლიათ ნახოთ სხვადასხვა ნივთიერების სპეციფიკური წინააღმდეგობის სხვადასხვა მნიშვნელობები.
ცნობილია, რომ საუკეთესო გამტარები ლითონები არიან. რომელი ლითონებია საუკეთესო გამტარები? ცხრილიდან ჩანს, რომ სპილენძსა და ვერცხლს აქვს ყველაზე ნაკლები წინააღმდეგობა. სპილენძი უფრო ხშირად გამოიყენება მისი დაბალი ღირებულების გამო, ხოლო ვერცხლი გამოიყენება ყველაზე მნიშვნელოვან და კრიტიკულ მოწყობილობებში.
ცხრილის მაღალი წინააღმდეგობის მქონე ნივთიერებები კარგად არ ატარებენ ელექტროენერგიას, რაც ნიშნავს, რომ ისინი შეიძლება იყოს შესანიშნავი საიზოლაციო მასალები. ამ თვისების მქონე ნივთიერებები ყველაზე მეტად არის ფაიფური და ებონიტი.
ზოგადად, ელექტრული წინაღობა ძალიან მნიშვნელოვანი ფაქტორია, რადგან მისი ინდიკატორის განსაზღვრით შეგვიძლია გავარკვიოთ, თუ რა ნივთიერებისგან შედგება გამტარი. ამისათვის აუცილებელია კვეთის ფართობის გაზომვა, ვოლტმეტრისა და ამმეტრის გამოყენებით მიმდინარე სიძლიერის გარკვევა და ასევე ძაბვის გაზომვა. ამრიგად, ჩვენ გავარკვევთ წინაღობის მნიშვნელობას და ცხრილის გამოყენებით ადვილად მივაღწევთ ნივთიერებას. გამოდის, რომ რეზისტენტობა ნივთიერების თითის ანაბეჭდებს ჰგავს. გარდა ამისა, წინაღობა მნიშვნელოვანია გრძელი ელექტრული სქემების დაგეგმვისას: ჩვენ უნდა ვიცოდეთ ეს მაჩვენებელი, რათა დავიცვათ ბალანსი სიგრძესა და ფართობს შორის.
არსებობს ფორმულა, რომელიც განსაზღვრავს, რომ წინააღმდეგობა არის 1 Ohm, თუ ძაბვის 1V, მისი მიმდინარე ძალა არის 1A. ანუ, ერთეული ფართობის და ერთეული სიგრძის წინააღმდეგობა, რომელიც დამზადებულია გარკვეული ნივთიერებისგან, არის წინაღობა.
ასევე უნდა აღინიშნოს, რომ წინააღმდეგობის ინდექსი პირდაპირ დამოკიდებულია ნივთიერების სიხშირეზე. ანუ აქვს თუ არა მინარევები. ანუ მანგანუმის მხოლოდ ერთი პროცენტის დამატება სამჯერ ზრდის ყველაზე გამტარ ნივთიერების - სპილენძის წინააღმდეგობას.
ეს ცხრილი გვიჩვენებს ზოგიერთი ნივთიერების ელექტრული წინაღობა.
მაღალი გამტარობის მასალები
სპილენძი
როგორც ვთქვით, გამტარად ყველაზე ხშირად სპილენძი გამოიყენება. ეს გამოწვეულია არა მხოლოდ მისი დაბალი წინააღმდეგობით. სპილენძს აქვს მაღალი სიმტკიცის, კოროზიის წინააღმდეგობის, გამოყენების სიმარტივის და კარგი დამუშავების უპირატესობა. სპილენძის კარგი კლასებია M0 და M1. მათში მინარევების რაოდენობა არ აღემატება 0,1%-ს.
ლითონის მაღალი ღირებულება და მისი ბოლოდროინდელი დეფიციტი ხელს უწყობს მწარმოებლებს გამოიყენონ ალუმინი გამტარად. ასევე, გამოიყენება სპილენძის შენადნობები სხვადასხვა ლითონებით.
ალუმინის
ეს ლითონი გაცილებით მსუბუქია ვიდრე სპილენძი, მაგრამ ალუმინს აქვს მაღალი სითბოს ტევადობა და დნობის წერტილი. ამ მხრივ, მის გამდნარ მდგომარეობამდე მისასვლელად მეტი ენერგიაა საჭირო ვიდრე სპილენძი. მიუხედავად ამისა, გასათვალისწინებელია სპილენძის დეფიციტის ფაქტი.
ელექტრო პროდუქციის წარმოებაში, როგორც წესი, გამოიყენება ალუმინის კლასის A1. იგი შეიცავს არაუმეტეს 0,5% მინარევებს. ხოლო უმაღლესი სიხშირის ლითონი არის ალუმინის კლასის AB0000.
რკინა
რკინის სიიაფეს და ხელმისაწვდომობას ჩრდილავს მისი მაღალი სპეციფიკური წინააღმდეგობა. გარდა ამისა, ის სწრაფად კოროზირდება. ამ მიზეზით, ფოლადის გამტარები ხშირად დაფარულია თუთიით. ფართოდ გამოიყენება ეგრეთ წოდებული ბიმეტალი - ეს არის სპილენძით დაფარული ფოლადი დასაცავად.
ნატრიუმი
ნატრიუმი ასევე ხელმისაწვდომი და პერსპექტიული მასალაა, მაგრამ მისი წინააღმდეგობა თითქმის სამჯერ აღემატება სპილენძს. გარდა ამისა, მეტალის ნატრიუმს აქვს მაღალი ქიმიური აქტივობა, რაც აუცილებელს ხდის ასეთი გამტარის დაფარვას ჰერმეტული დაცვით. მან ასევე უნდა დაიცვას დირიჟორი მექანიკური დაზიანებისგან, რადგან ნატრიუმი არის ძალიან რბილი და საკმაოდ მყიფე მასალა.
ზეგამტარობა
ქვემოთ მოყვანილი ცხრილი გვიჩვენებს ნივთიერებების რეზისტენტობას 20 გრადუს ტემპერატურაზე. ტემპერატურის ჩვენება შემთხვევითი არ არის, რადგან წინაღობა პირდაპირ დამოკიდებულია ამ მაჩვენებელზე. ეს აიხსნება იმით, რომ გაცხელებისას ატომების სიჩქარეც იზრდება, რაც ნიშნავს, რომ მათი ელექტრონებთან შეხვედრის ალბათობაც გაიზრდება.
საინტერესოა რა ემართება წინააღმდეგობას გაგრილების პირობებში. პირველად ატომების ქცევა ძალიან დაბალ ტემპერატურაზე შენიშნა გ.კამერლინგ-ონესმა 1911 წელს. მან გააცივა ვერცხლისწყლის მავთული 4K-მდე და აღმოაჩინა, რომ მისი წინააღმდეგობა ნულამდე დაეცემა. ფიზიკოსმა ზოგიერთი შენადნობისა და ლითონის სპეციფიკური წინააღმდეგობის ინდექსის ცვლილებას დაბალი ტემპერატურის პირობებში ზეგამტარობა უწოდა.
ზეგამტარები გაციებისას გადადიან ზეგამტარობის მდგომარეობაში და მათი ოპტიკური და სტრუქტურული მახასიათებლები არ იცვლება. მთავარი აღმოჩენა ის არის, რომ ლითონების ელექტრული და მაგნიტური თვისებები ზეგამტარ მდგომარეობაში ძალიან განსხვავდება მათი საკუთარი თვისებებისგან ჩვეულებრივ მდგომარეობაში, ისევე როგორც სხვა ლითონების თვისებებისგან, რომლებიც ამ მდგომარეობაში ვერ გადადიან ტემპერატურის დაწევისას.
ზეგამტარების გამოყენება ძირითადად ხორციელდება ზეძლიერი მაგნიტური ველის მისაღებად, რომლის სიძლიერე აღწევს 107 ა/მ. ასევე ვითარდება სუპერგამტარი ელექტროგადამცემი ხაზების სისტემები.
მსგავსი მასალები.
