مقاومت ویژه و رسانندگی الکتریکی

مقاومت ویژه و رسانندگی الکتریکی (به انگلیسی: Electrical resistivity and conductivity)،

ویژگی مقاومت
نمادهای رایج
ρ
دستگاه بین‌المللی یکاهاohm metre
یکای اصلی اس‌آیkg⋅m3⋅s−3⋅A−2
استخراج از
کمیت‌های دیگر
تحلیل ابعادی
ویژگی رسانایی
نمادهای رایج
σ, κ, γ
دستگاه بین‌المللی یکاهاsiemens per metre
یکای اصلی اس‌آیkg−1⋅m−3⋅s3⋅A2
استخراج از
کمیت‌های دیگر
تحلیل ابعادی

(که می‌تواند مقاومت ویژه و رسانندگی ویژهٔ الکتریکی نیز خوانده شود) ؛

یک ویژگی نهادین (ذاتی) در مواد است که میزان توانایی ایستادگی، و یا قابلیت هدایت مقدار معین‌شده‌ای از یک مادّه را در برابر گذر جریان الکتریکی از آن، اندازه‌گیری و نشان می‌دهد

و بنابراین نشان‌دهندهٔ مقدار طبیعی اعمال مقاومت (ایستادگی) آن ماده و یا میزان توانایی طبیعی رسانندگی آن است که در صورت نیاز می‌تواند در بررسی‌ها با مقاومت و رسانندگی ویژهٔ مواد دیگر مقایسه شود.


داشتن ویژگی مقاومت حجمی کم در یک ماده، نشان‌دهندهٔ اینست که این ماده به راحتی به جریان برق اجازهٔ عبور می‌دهد. این ویژگی معمولاً و به‌طور گسترده با نماد الفبای یونانی (ρ) با تلفظ (رُ rho) نشان داده شده‌است. یکای مقاومت ویژهٔ الکتریکی در سیستم بین‌المللی اس‌آی (اهم در متر Ω⋅m) است.[1][2][3]

برای مثال، در یک مکعب مربعی با اندازه‌های: یک متر طول و عرض و ارتفاع = 1m x1m x1m متر؛

اگر مقاومتِ میان دو وَجه مخالف این مکعب را با یک اهم‌متر اندازه بگیریم

و مقاومت بین دو نقطهٔ تماس یک اُهم ۱ Ω خوانده شود،

بنا بر تعریف: مقاومت ویژهٔ الکتریکیِ ی ماده‌ای که این مکعب از آن ساخته شده، ۱Ω است.

رسانندگی ویژهٔ الکتریکی یا هدایت الکتریکی ویژه (که می‌تواند روی دیگر همان سکهٔ مقاومت ویژه در نظر گرفته‌شود) برابر با وارون ضربیِ مقاومت الکتریکی ویژه است و اندازه‌گیری میزان قابلیت توانایی مواد برای عبور دادن جریان الکتریکی است. رسانندگی ویژه معمولاً با نماد الفبای یونانی و با (σ) با تلفظ (سیگما sigma) نشان داده می‌شود، اما κ (kappa) (به ویژه در مهندسی برق) یا γ (گاما) نیز گهگاه استفاده شده‌است. یکای رسانندگی ویژهٔ الکتریکی در سیستم بین‌المللی اس‌آی (زیمنس بر متر S/m) است.

علل رسانایی

مقاومت ویژه و رسانایی ویژهٔ الکتریکی انواع مواد
  • یک رسانای الکتریکی مانند یک فلزی با مقاومت ویژه ی کم دارای رسانایی بالا و مقاومت کم است.
  • یک عایق مانند شیشه دارای رسانایی کم و مقاومت بالا است.
  • رسانایی یک نیم‌رسانا به‌طور کلی متوسط است، اما تحت شرایط مختلف متفاوت خواهد بود، مانند قرار گرفتن آن ماده در معرض یک میدان الکتریکی یا فرکانس خاصی از نور و مهم‌تر از همه با دما و عناصر تشکیل دهنده مواد نیمه‌هادی.
دست‌افزار مقاومت ویژه، ρ (Ω·m)
ابررساناها ۰ صفر
فلزات ۱۰−۸
نیم‌رساناها متغیر
الکترولیتها متغیر
عایق‌ها ۱۰۱۶
ابرعایق‌ها ∞

این جدول مقاومت ویژهٔ الکتریکی، رسانندگی ویژهٔ الکتریکی، و ضریب دمایی را برای چندین مادهٔ گوناگون در ۲۰ درجه سلسیوس °C (۶۸ °F, ۲۹۳ K) را نشان می‌دهد.

Material ماده ρ (Ω·m) at ۲۰ °C σ (S/m) at ۲۰ °C ضریب دمایی
[note 1]
(K−1)		 منبع
کربن (graphene)۱٫۰۰×۱۰−۸۱٫۰۰×۱۰۸−0.0002[4]
نقره۱٫۵۹×۱۰−۸۶٫۳۰×۱۰۷0.0038[5][6]
مس۱٫۶۸×۱۰−۸۵٫۹۶×۱۰۷0.00404[7][8]
Annealed مس[note 2]۱٫۷۲×۱۰−۸۵٫۸۰×۱۰۷0.00393[9]
طلا[note 3]۲٫۴۴×۱۰−۸۴٫۱۰×۱۰۷0.0034[5]
آلومینیم[note 4]۲٫۶۵×۱۰−۸۳٫۵۰×۱۰۷0.0039[5]
تنگستن۵٫۶۰×۱۰−۸۱٫۷۹×۱۰۷0.0045[5]
Zinc۵٫۹۰×۱۰−۸۱٫۶۹×۱۰۷0.0037[10]
نیکل۶٫۹۹×۱۰−۸۱٫۴۳×۱۰۷۰٫۰۰۶
لیتیوم۹٫۲۸×۱۰−۸۱٫۰۸×۱۰۷۰٫۰۰۶
آهن۹٫۷۱×۱۰−۸۱٫۰۰×۱۰۷0.005[5]
پلاتین۱٫۰۶×۱۰−۷۹٫۴۳×۱۰۶0.00392[5]
قلع۱٫۰۹×۱۰−۷۹٫۱۷×۱۰۶۰٫۰۰۴۵
Carbon steel (1010)۱٫۴۳×۱۰−۷۶٫۹۹×۱۰۶[11]
سرب۲٫۲۰×۱۰−۷۴٫۵۵×۱۰۶0.0039[5]
تیتانیوم۴٫۲۰×۱۰−۷۲٫۳۸×۱۰۶۰٫۰۰۳۸
Grain oriented electrical steel۴٫۶۰×۱۰−۷۲٫۱۷×۱۰۶[12]
Manganin۴٫۸۲×۱۰−۷۲٫۰۷×۱۰۶0.000002[13]
Constantan۴٫۹۰×۱۰−۷۲٫۰۴×۱۰۶0.000008[14]
Stainless steel[note 5]۶٫۹۰×۱۰−۷۱٫۴۵×۱۰۶0.00094[15]
Mercury۹٫۸۰×۱۰−۷۱٫۰۲×۱۰۶0.0009[13]
Nichrome[note 6]۱٫۱۰×۱۰−۶۶٫۷×۱۰۵۰٫۰۰۰۴[5]
GaAs۱٫۰۰×۱۰−۳ to ۱٫۰۰×۱۰۸۱٫۰۰×۱۰−۸ to ۱۰۳[16]
Carbon (amorphous)۵٫۰۰×۱۰−۴ to ۸٫۰۰×۱۰−۴۱٫۲۵×۱۰۳ to ۲×۱۰۳−0.0005[5][17]
Carbon (graphite)[note 7]۲٫۵۰×۱۰−۶ to ۵٫۰۰×۱۰−۶ ∥basal plane
۳٫۰۰×۱۰−۳ ⊥basal plane		۲٫۰۰×۱۰۵ to ۳٫۰۰×۱۰۵ ∥basal plane
۳٫۳۰×۱۰۲ ⊥basal plane		[18]
PEDOT:PSS۲×۱۰−۶ to ۱×۱۰−۱۱×۱۰۱ to ۴٫۶×۱۰۵?[19]
جرمانیوم[note 8]۴٫۶۰×۱۰−۱۲٫۱۷−0.048[5][6]
آب دریا[note 9]۲٫۰۰×۱۰−۱۴٫۸۰[20]
Swimming pool water[note 10]۳٫۳۳×۱۰−۱ to ۴٫۰۰×۱۰−۱۰٫۲۵ to ۰٫۳۰[21]
آب آشامیدنی[note 11]۲٫۰۰×۱۰۱ to ۲٫۰۰×۱۰۳۵٫۰۰×۱۰−۴ to ۵٫۰۰×۱۰−۲
سیلیکان[note 8]۶٫۴۰×۱۰۲۱٫۵۶×۱۰−۳−۰٫۰۷۵[5]
چوب (مرطوب)۱٫۰۰×۱۰۳ to ۱٫۰۰×۱۰۴۱۰−۴ to ۱۰−۳[22]
Deionized water[note 12]۱٫۸۰×۱۰۵۵٫۵۰×۱۰−۶[23]
شیشه۱٫۰۰×۱۰۱۱ to ۱٫۰۰×۱۰۱۵۱۰−۱۵ to ۱۰−۱۱?[5][6]
Hard rubber۱٫۰۰×۱۰۱۳۱۰−۱۴?[5]
Wood (oven dry)۱٫۰۰×۱۰۱۴ to ۱٫۰۰×۱۰۱۶۱۰−۱۶ to ۱۰−۱۴[22]
Sulfur۱٫۰۰×۱۰۱۵۱۰−۱۶?[5]
هوا۱٫۳۰×۱۰۱۴ to ۳٫۳۰×۱۰۱۶۳×۱۰−۱۵ to ۸×۱۰−۱۵[24]
کربن (الماس)۱٫۰۰×۱۰۱۲~۱۰−۱۳[25]
Fused quartz۷٫۵۰×۱۰۱۷۱٫۳۰×۱۰−۱۸?[5]
PET۱٫۰۰×۱۰۲۱۱۰−۲۱?
تفلون۱٫۰۰×۱۰۲۳ to ۱٫۰۰×۱۰۲۵۱۰−۲۵ to ۱۰−۲۳?

ضریب دمای مؤثر در درجه‌حرارتِ مختلف و درجهٔ خلوص متفاوت مواد، متغیراست. مقدار ۲۰ درجه سانتیگراد اگر در دماهای دیگر استفاده شود تنها یک تقریب در حدود زمانی است. برای مثال، ضریب در دمای بالاتر برای مس کمتر می‌شود و معمولاً در ۰ °C مقدار ۰٫۰۰۴۲۷ به دست می‌آید. .[26]

نقره با مقاومت بسیار پایین؛ (هدایت بالا)، نمونهٔ بارز و مشخص فلزات در این مورداست. گرگی گاموف به‌طور جامع و دقیقی ماهیت تعاملات فلزات را با الکترون‌ها در کتاب دانش برای همه و محبوب خود؛ (یک، دو، سه … بینهایت ۱۹۴۷ One, Two, Three … Infinity (1947))، این‌گونه خلاصه کرد:

مواد فلزی با تمام مواد دیگر؛ به خاطر این واقعیت که پوسته‌های بیرونی اتم‌های آن‌ها به وضوح مقید شده‌اند، به‌جای آن‌که اغلب یکی از الکترون‌های آن‌ها آزاد باشد، متفاوت‌اند. بدین ترتیب، بخش داخلی یک فلز از تعداد زیادی الکترون‌های غیر مقیدی (آزاد) پر شده‌است که مانند جمعیتی آواره بدون هدف در حرکتند. هنگامی که یک سیم فلزی تحت تأثیر نیروی الکتریکی که به دو انتهای آن اعمال شود، این الکترون‌های آزاد در جهت نیروی واردشده شتاب می‌گیرند، و بنابراین آنچه که ما آن را جریان الکتریکی می‌نامیم شکل می‌گیرد.

از دیدگاه بیشتر فنی، مدل الکترون آزاد، شرحی پایه‌ای از جریان الکترون در فلزات را ارائه می‌دهد

چوب به‌طور گسترده‌ای به عنوان یک عایق بسیار خوب شناخته شده‌است، اما مقاومت الکتریکی چوب به گونهٔ حساسی به میزان رطوبت آن بستگی دارد، در حالی که چوب خام فاکتور حداقل ۱۰۱۰ عایق بدتری از خشک‌ترین چوب است.[22] ولی در هر صورت، یک ولتاژ به‌اندازهٔ کافی بالا - مانند آذرخش یا برخی از خطوط برق با تنش بالا - می‌تواند منجر به شکست عایق و خطر برق گرفتگی حتی با چوب ظاهراً خشک شود.

جستارهای وابسته

منابع
  1. Lowrie (2007-09-20). Fundamentals of Geophysics. Cambridge University Press. pp. 254–. ISBN 978-1-139-46595-3.
  2. Narinder Kumar (2003). Comprehensive Physics XII. Laxmi Publications. pp. 282–. ISBN 978-81-7008-592-8.
  3. Eric Bogatin (2004). Signal Integrity: Simplified. Prentice Hall Professional. pp. 114–. ISBN 978-0-13-066946-9.
  4. Physicists Show Electrons Can Travel More Than 100 Times Faster in Graphene بایگانی‌شده در سپتامبر ۱۹, ۲۰۱۳ توسط Wayback Machine. Newsdesk.umd.edu (2008-03-24). Retrieved on 2014-02-03.
  5. Raymond A. Serway (1998). Principles of Physics (2nd ed.). Fort Worth, Texas; London: Saunders College Pub. p. 602. ISBN 0-03-020457-7.
  6. David Griffiths (1999) [1981]. "7. Electrodynamics". In Alison Reeves. Introduction to Electrodynamics (3rd ed.). Upper Saddle River, New Jersey: Prentice Hall. p. 286. ISBN 0-13-805326-X. OCLC 40251748.
  7. Matula, R.A. (1979). "Electrical resistivity of copper, gold, palladium, and silver". Journal of Physical and Chemical Reference Data. 8 (4): 1147. doi:10.1063/1.555614.
  8. Douglas Giancoli (2009) [1984]. "25. Electric Currents and Resistance". In Jocelyn Phillips. Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics (4th ed.). Upper Saddle River, New Jersey: Prentice Hall. p. 658. ISBN 0-13-149508-9.
  9. Copper wire tables : United States. National Bureau of Standards : Free Download & Streaming : Internet Archive. Archive.org (2001-03-10). Retrieved on 2014-02-03.
  10. Physical constants. (PDF format; see page 2, table in the right lower corner). Retrieved on 2011-12-17.
  11. AISI 1010 Steel, cold drawn. Matweb
  12. "JFE steel" (PDF). Retrieved 2012-10-20.
  13. Douglas C. Giancoli (1995). Physics: Principles with Applications (4th ed.). London: Prentice Hall. ISBN 0-13-102153-2.
    (see also Table of Resistivity. hyperphysics.phy-astr.gsu.edu)
  14. John O'Malley (1992) Schaum's outline of theory and problems of basic circuit analysis, p. 19, McGraw-Hill Professional, شابک ‎۰−۰۷−۰۴۷۸۲۴−۴
  15. Glenn Elert (ed.), "Resistivity of steel", The Physics Factbook, retrieved and archived 16 June 2011.
  16. Milton Ohring (1995). Engineering materials science, Volume 1 (3rd ed.). Academic Press. p. 561. ISBN 0-12-524995-0.
  17. Y. Pauleau, Péter B. Barna, P. B. Barna (1997) Protective coatings and thin films: synthesis, characterization, and applications, p. 215, Springer, شابک ‎۰−۷۹۲۳−۴۳۸۰−۸ .
  18. Hugh O. Pierson, Handbook of carbon, graphite, diamond, and fullerenes: properties, processing, and applications, p. 61, William Andrew, 1993 شابک ‎۰−۸۱۵۵−۱۳۳۹−۹ .
  19. Worfolk, Brian J.; Andrews, Sean C.; Park, Steve; Reinspach, Julia; Liu, Nan; Toney, Michael F.; Mannsfeld, Stefan C. B.; Bao, Zhenan (2015-11-17). "Ultrahigh electrical conductivity in solution-sheared polymeric transparent films". Proceedings of the National Academy of Sciences. 112 (46): 14138–14143. Bibcode:2015PNAS..11214138W. doi:10.1073/pnas.1509958112. ISSN 0027-8424. PMC 4655535. PMID 26515096.
  20. Physical properties of sea water بایگانی‌شده در ۱۸ ژانویه ۲۰۱۸ توسط Wayback Machine. Kayelaby.npl.co.uk. Retrieved on 2011-12-17.
  21. . chemistry.stackexchange.com
  22. Transmission Lines data. Transmission-line.net. Retrieved on 2014-02-03.
  23. R. M. Pashley; M. Rzechowicz; L. R. Pashley; M. J. Francis (2005). "De-Gassed Water is a Better Cleaning Agent". The Journal of Physical Chemistry B. 109 (3): 1231–8. doi:10.1021/jp045975a. PMID 16851085.
  24. S. D. Pawar; P. Murugavel; D. M. Lal (2009). "Effect of relative humidity and sea level pressure on electrical conductivity of air over Indian Ocean". Journal of Geophysical Research. 114: D02205. Bibcode:2009JGRD..11402205P. doi:10.1029/2007JD009716.
  25. Lawrence S. Pan, Don R. Kania, Diamond: electronic properties and applications, p. 140, Springer, 1994 شابک ‎۰−۷۹۲۳−۹۵۲۴−۷ .
  26. Copper Wire Tables بایگانی‌شده در ۲۱ اوت ۲۰۱۰ توسط Wayback Machine. US Dep. Commerce. National Bureau of Standards Handbook. February 21, 1966
  1. The numbers in this column increase or decrease the significand portion of the resistivity. For example, at ۳۰ درجه سلسیوس (۳۰۳ کلوین), the resistivity of silver is ۱٫۶۵×۱۰−۸. This is calculated as Δρ = α ΔT ρo where ρo is the resistivity at ۲۰ °C (in this case) and α is the temperature coefficient.
  2. Referred to as 100% IACS or International Annealed Copper Standard. The unit for expressing the conductivity of nonmagnetic materials by testing using the eddy-current method. Generally used for temper and alloy verification of aluminium.
  3. Gold is commonly used in electrical contacts because it does not easily corrode.
  4. Commonly used for high voltage power lines
  5. 18% chromium/ 8% nickel austenitic stainless steel
  6. Nickel-iron-chromium alloy commonly used in heating elements.
  7. Graphite is strongly anisotropic.
  8. The resistivity of semiconductors depends strongly on the presence of impurities in the material.
  9. Corresponds to an average salinity of 35 g/kg at ۲۰ °C.
  10. The pH should be around 8.4 and the conductivity in the range of 2.5 – 3 mS/cm. The lower value is appropriate for freshly prepared water. The conductivity is used for the determination of TDS (total dissolved particles).
  11. This value range is typical of high quality drinking water and not an indicator of water quality
  12. Conductivity is lowest with monatomic gases present; changes to ۱٫۲×۱۰−۴ upon complete de-gassing, or to ۷٫۵×۱۰−۵ upon equilibration to the atmosphere due to dissolved CO2
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.