Solishtirma elektr qarshilik

Solishtirma elektr qarshiligi
ρ
O‘lchamlik SI:L3MT-3I-2
SGS:T
O‘lchov birliklari
SI Om·metr
SGS s

Solishtirma elektr qarshiligi (solishtirma qarshilik) — materialning elektr toki o‘tishiga qarshilik ko‘rsatish qobiliyatini tavsiflovchi fizik kattalik. U om·metr (SI tizimida) yoki om·mm (ko‘pincha texnik loyihalashda) birliklarida ifodalanadi. Solishtirma elektr qarshiligi yunon alifbosidagi ρ harfi bilan belgilanadi. Solishtirma qarshilikka teskari kattalik solishtirma o‘tkazuvchanlik (shuningdek, solishtirma elektr o‘tkazuvchanlik) deb ataladi.

Fizik mohiyati

Solishtirma elektr qarshiligi ta’rifini tushuntiruvchi sxema — ikkala uchida elektr kontaktlari bo‘lgan, qarshilik xususiyatiga ega materialdan yasalgan to‘rtburchak prizma

Materialning solishtirma qarshiligi haroratga ham bog‘liq. Elektr qarshiligi muayyan jismning (yoki suyuqlik yoxud gaz bilan to‘ldirilgan fazo sohasining) shakli, o‘lchamlari va materialiga bog‘liq bo‘lgan xossasi hisoblanadi. Solishtirma elektr qarshiligi esa faqat moddaning o‘ziga xos xossasidir.

Solishtirma qarshiligi ρ, uzunligi l va ko‘ndalang kesim yuzasi S bo‘lgan bir jinsli o‘tkazgichning elektr qarshiligi quyidagi formula bilan hisoblanadi:

R=ρ⋅lS.

Bunda o‘tkazgich bo‘ylab ko‘ndalang kesim yuzasi ham, uning shakli ham o‘zgarmaydi, deb faraz qilinadi. Shunga ko‘ra, ρ uchun quyidagi tenglik o‘rinli:

ρ=R⋅Sl.

Ushbu formuladan kelib chiqadiki, moddaning solishtirma qarshiligining fizik ma’nosi — shu moddadan yasalgan, uzunligi bir birlikka va ko‘ndalang kesim yuzasi bir birlikka teng bo‘lgan bir jinsli o‘tkazgichning qarshiligidir. Bunda l materialning uzunligini ham, qalinligini ham anglatishi mumkin.

O‘lchov birliklari

Solishtirma qarshilik uchun Xalqaro birliklar tizimidagi (SI) o‘lchov birligi — om·m.

Quyidagi formuladan ρ=R⋅S/l ko‘rinadiki, istalgan moddaning SI birliklarida ifodalangan solishtirma qarshiligi son jihatidan shu moddadan tayyorlangan elektr zanjiri qismining qarshiligiga teng; bu qismning uzunligi 1 m, ko‘ndalang kesim yuzasi esa 1 m2.

Texnikada, shuningdek, eskirgan, tizimdan tashqari om·mm2/m birligi ham qo‘llanadi; u 1·10−6 om·m = 1 mkOm·m ga teng. Bu birlik shunday solishtirma qarshilikni ifodalaydiki, ushbu moddadan yasalgan, uzunligi 1 m va ko‘ndalang kesim yuzasi 1 mm2 bo‘lgan bir jinsli o‘tkazgichning qarshiligi 1 om ga teng bo‘ladi. Shunga muvofiq, moddaning ushbu birliklarda ifodalangan solishtirma qarshiligi son jihatidan shu moddadan tayyorlangan elektr zanjiri qismining qarshiligiga teng; uning uzunligi 1 m, ko‘ndalang kesim yuzasi esa 1 mm2.

Haroratga bog‘liqligi

Solishtirma elektr qarshiligining harorat ta’sirida o‘zgarishini tavsiflovchi kattalik quyidagicha ataladi: solishtirma qarshilikning harorat koeffitsiyenti.

Sof metallarda va ko‘pchilik qotishmalarda harorat oshishi bilan solishtirma elektr qarshiligi ortadi. Buning sababi shuki, harorat ko‘tarilganda o‘tkazgichning kristall panjarasi tugunlaridagi atomlar tebranishi kuchayadi va bu erkin elektronlarning harakatiga to‘sqinlik qiladi.

Yarimo‘tkazgichlar va dielektriklarda harorat ortishi bilan solishtirma elektr qarshiligi kamayadi. Buning sababi — harorat ko‘tarilganda elektr zaryadi tashuvchilarining konsentratsiyasi oshishidir.

Solishtirma elektr qarshiligining haroratga bog‘liq o‘zgarishini hisobga oluvchi kattalik quyidagicha ataladi: solishtirma qarshilikning harorat koeffitsiyenti.

Solishtirma qarshilik tushunchasining umumlashtirilishi

Solishtirma qarshilikni xossalari materialning turli nuqtalarida o‘zgaradigan bir jinsli bo‘lmagan moddalar uchun ham aniqlash mumkin. Bunday holda solishtirma elektr qarshiligi o‘zgarmas son emas, balki koordinatalarning skalyar funksiyasi bo‘lib, u elektr maydon kuchlanganligi E→(r→) bilan tok zichligini J→(r→) shu r→ nuqtada o‘zaro bog‘laydigan koeffitsiyentdir. Bu bog‘lanish Om qonunining differensial shakli orqali ifodalanadi:

E→(r→)=ρ(r→)J→(r→).

Ushbu formula bir jinsli bo‘lmagan, biroq izotrop modda uchun to‘g‘ri. Modda anizotrop ham bo‘lishi mumkin (ko‘pchilik kristallar, magnitlangan plazma va hokazolar), ya’ni uning xossalari yo‘nalishga bog‘liq bo‘lishi mumkin. Bunday holda solishtirma qarshilik fazoviy koordinatalarning funksiyasi sifatida to‘qqizta komponentdan iborat ikkinchi rangli tenzor hisoblanadi: ρij. Anizotrop moddada tok zichligi va elektr maydon kuchlanganligi vektorlari moddaning har bir muayyan nuqtasida bir xil yo‘nalishda bo‘lmaydi. Ular orasidagi bog‘lanish quyidagi tenglama orqali ifodalanadi:

Ei(r→)=∑j=13ρij(r→)Jj(r→).

Anizotrop, ammo bir jinsli moddada ρij tenzori koordinatalarga bog‘liq emas.

Tenzor ρij simmetrik, ya’ni istalgan i va j uchun quyidagi tenglik bajariladi:ρij=ρji.

Har qanday simmetrik tenzorda bo‘lgani kabi, ρij uchun ham shunday ortogonal Dekart koordinatalar tizimini tanlash mumkinki, unda ρij matritsasi diagonal shaklga keladi, ya’ni ρij ning to‘qqizta komponentidan faqat uchtasi noldan farq qiladi: ρ11, ρ22 va ρ33. Bunda ρii ni ρi deb belgilasak, avvalgi formula o‘rniga quyidagi soddaroq ifodani olamiz:

Ei=ρiJi.

Quyidagi kattaliklar ρi solishtirma qarshilik tenzorining bosh qiymatlari deb ataladi.

Solishtirma o‘tkazuvchanlik bilan bog‘liqligi

Izotrop materiallarda solishtirma qarshilik ρ va solishtirma o‘tkazuvchanlik σ orasidagi bog‘lanish quyidagi tenglik bilan ifodalanadi:

ρ=1σ.

Anizotrop materiallarda solishtirma qarshilik tenzori ρij va solishtirma o‘tkazuvchanlik tenzori σij komponentlari o‘rtasidagi bog‘lanish murakkabroq. Anizotrop materiallar uchun Om qonunining differensial shakli quyidagicha:

Ji(r→)=∑j=13σij(r→)Ej(r→).

Ushbu tenglamadan hamda yuqorida Ei(r→) uchun keltirilgan munosabatdan solishtirma qarshilik tenzori solishtirma o‘tkazuvchanlik tenzoriga teskari tenzor ekani kelib chiqadi. Shuni hisobga olsak, solishtirma qarshilik tenzori komponentlari uchun quyidagi munosabatlar bajariladi:

ρ11=1det⁡(σ)[σ22σ33−σ23σ32],
ρ12=1det⁡(σ)[σ33σ12−σ13σ32],

bu yerda det⁡(σ) — determinant, ya’ni matritsa aniqlovchisi, quyidagi tenzor komponentlaridan tuzilgan matritsaga tegishli: σij.

Solishtirma qarshilik tenzorining qolgan komponentlarini yuqoridagi tenglamalardagi indekslarni siklik ravishda almashtirish orqali topish mumkin: 1, 2 va 3.

Ayrim moddalarning solishtirma elektr qarshiligi

Metall monokristallari

Jadvalda monokristallarning solishtirma qarshilik tenzori bosh qiymatlari quyidagi harorat uchun keltirilgan: 20 °C.

Kristall ρ1=ρ2, 10−8 om·m ρ3, 10−8 om·m
Qalay9,914,3
Vismut109138
Kadmiy6,88,3
Rux5,916,13
Tellur2,90·1095,9·109

Elektrotexnikada ishlatiladigan metallar va qotishmalar

Qiymatlarning turlicha bo‘lishi metallarning kimyoviy tozaligi, turli olimlar o‘rgangan namunalarni tayyorlash usullari hamda qotishmalar tarkibining o‘zgaruvchanligi bilan bog‘liq.

Metall ρ, mkOm·m
Kumush 0,015…0,0162
Mis 0,01724…0,018
Oltin 0,023
Alyuminiy 0,0262…0,0295
Iridiy 0,0474
Molibden 0,054
Volfram 0,053…0,055
Rux 0,059
Nikel 0,087
Temir 0,098
Platina 0,107
Qalay 0,12
Qo‘rg‘oshin 0,217…0,227
Titan 0,5562…0,7837
Vismut 1,2
Qotishma ρ, mkOm·m
Po‘lat 0,103…0,137
Nikelin 0,42
Konstantan 0,5
Manganin 0,43…0,51
Nixrom 1,05…1,4
Fexral 1,15…1,35
Xromal 1,3…1,5
Latun 0,025…0,108
Bronza 0,095…0,1

Qiymatlar t = 20 °C harorat uchun berilgan. Qotishmalarning qarshiligi ularning kimyoviy tarkibiga bog‘liq bo‘lib, o‘zgarishi mumkin. Sof moddalarda solishtirma qarshilikning son qiymatlaridagi farqlar mexanik va issiqlik ishlovining turli usullari, masalan, simni yumshatish bilan bog‘liq; bu ishlov sim cho‘zib ingichkalashtirilgandan keyin bajariladi.

Boshqa moddalar

Modda ρ, mkOm·m
Suyultirilgan uglevodorod gazlari 0,84⋅1010

Yupqa pardalar

Yupqa yassi pardalarning qarshiligi (ularning qalinligi kontaktlar orasidagi masofadan ancha kichik bo‘lganda) odatda «kvadratga to‘g‘ri keladigan qarshilik» deb ataladi, RSq. Bu kattalik qulay, chunki o‘tkazuvchi pardaning kvadrat shaklidagi bo‘lagi qarshiligi ushbu kvadratning o‘lchamlariga bog‘liq emas, agar kuchlanish kvadratning qarama-qarshi tomonlariga berilsa. Bunda parda bo‘lagi to‘rtburchak shaklga ega bo‘lsa, uning qarshiligi chiziqli o‘lchamlariga emas, balki faqat uzunligining (tok chiziqlari bo‘ylab o‘lchanadi) eniga nisbatiga bog‘liq bo‘ladi L/W: RSq=RW/L, bu yerda R — o‘lchangan qarshilik. Umumiy holda, namuna shakli to‘g‘ri to‘rtburchakdan farq qilsa va pardadagi maydon bir jinsli bo‘lmasa, quyidagi usuldan foydalaniladi: van der Pau usuli.

Adabiyotlar

  • Nikulin N. V., Nazarov A. S. Radiomateriallar va radiokomponentlar. — 3-nashr, qayta ishlangan va to‘ldirilgan. — M.: Oliy maktab, 1986. — B. 6—7. — 208 b.