Rezystywność elektryczna
Rezystywność, przewodność, współczynnik temperaturowy i typowe wartości dla materiałów przewodzących w 20°C.
Opracowanie i przegląd techniczny:ElectroDesignForge Engineering Team
Zobacz proces redakcyjny📖 Definicja
Rezystywność elektryczna (ρ, ro) jest podstawową właściwością określającą, jak silnie materiał przeciwstawia się przepływowi prądu elektrycznego.
Mała rezystywność oznacza bardzo dobry przewodnik elektryczny, a duża cechuje materiał izolacyjny lub o wysokiej rezystancji.
Szybkie zestawienie
| Właściwość | Wartość |
|---|---|
| Symbol | ρ (ro) |
| Jednostka SI | Ω·m |
| Wielkość odwrotna | Przewodność elektryczna (σ) |
| Temperatura odniesienia | 20°C |
| Podstawowy wzór | R = ρL / A |
Typowe właściwości elektryczne materiałów przewodzących
| Materiał | IACS (%) | Rezystywność (Ω·m @20°C) | Przewodność (MS/m) | Współczynnik temperaturowy α (1/°C) |
|---|---|---|---|---|
| Srebro | 106 | 1.59 × 10⁻⁸ | 62.9 | 0.00380 |
| Miedź (wyżarzona) | 100 | 1.724 × 10⁻⁸ | 58.0 | 0.00393 |
| Miedź (OFHC, beztlenowa) | 101 | 1.71 × 10⁻⁸ | 58.5 | 0.00390 |
| Złoto | 70 | 2.44 × 10⁻⁸ | 41.0 | 0.00340 |
| Aluminium | 61 | 2.82 × 10⁻⁸ | 35.5 | 0.00429 |
| Wolfram | 31 | 5.60 × 10⁻⁸ | 17.9 | 0.00450 |
| Cynk | 29 | 5.90 × 10⁻⁸ | 16.9 | 0.00370 |
| Nikiel | 25 | 6.99 × 10⁻⁸ | 14.3 | 0.00600 |
| Mosiądz* | 23–28 | (6–8) × 10⁻⁸ | 15–17 | 0.00150 |
| Brąz* | 12–18 | (9–14) × 10⁻⁸ | 7–11 | 0.00180 |
| Żelazo | 17 | 9.71 × 10⁻⁸ | 10.3 | 0.00500 |
| Cyna | 15 | 1.09 × 10⁻⁷ | 9.2 | 0.00450 |
| Platyna | 16 | 1.06 × 10⁻⁷ | 9.4 | 0.00392 |
| Ołów | 8 | 2.20 × 10⁻⁷ | 4.8 | 0.00400 |
| Stal nierdzewna (304) | 2.5 | 7.20 × 10⁻⁷ | 1.39 | 0.00094 |
Uwagi
- IACS = międzynarodowy wzorzec miedzi wyżarzonej (International Annealed Copper Standard).
- Wszystkie podane wartości są typowe i zmierzone przy 20°C.
Wzór na rezystywność
Rezystancja przewodnika zależy od jego geometrii i rezystywności materiału.
ρ × L
R = ─────────────────
A
Gdzie:
| Symbol | Opis | Jednostka |
|---|---|---|
| R | Rezystancja elektryczna | Ω |
| ρ | Rezystywność elektryczna | Ω·m |
| L | Długość przewodnika | m |
| A | Pole przekroju poprzecznego | m² |
Przewodność elektryczna
Przewodność elektryczna jest odwrotnością rezystywności.
σ = 1 / ρ
| Symbol | Opis | Jednostka |
|---|---|---|
| σ | Przewodność elektryczna | S/m |
| ρ | Rezystywność elektryczna | Ω·m |
Zależność od temperatury
W większości przewodników metalicznych rezystywność rośnie z temperaturą w przybliżeniu liniowo.
ρ(T)=ρ₀[1+α(T−T₀)]
Gdzie:
| Symbol | Opis |
|---|---|
| ρ(T) | Rezystywność w temperaturze T |
| ρ₀ | Rezystywność w temperaturze odniesienia |
| α | Współczynnik temperaturowy |
| T | Temperatura pracy |
| T₀ | Temperatura odniesienia |
Przykład praktyczny
Rozważ przewodnik miedziany o parametrach:
- Długość: 10 m
- Pole przekroju poprzecznego: 1 mm²
- Rezystywność: 1.724 × 10⁻⁸ Ω·m
Korzystając ze wzoru:
ρ × L
R = ─────────────────
A
Obliczona rezystancja wynosi około:
R ≈ 0.172 Ω
Dlaczego wybiera się miedź zamiast srebra?
Choć srebro ma najwyższą przewodność elektryczną wśród metali, jego znacznie wyższy koszt ogranicza zastosowanie do specjalistycznych elementów, takich jak złącza RF, układy mikrofalowe i styki elektryczne o wysokich wymaganiach. Miedź zapewnia niemal taką samą sprawność elektryczną za ułamek ceny, dlatego stała się standardem przemysłowym.
Bibliografia
- IEC 60287 — kable elektryczne
- IPC-2152 — norma wyznaczania obciążalności prądowej w projektowaniu płytek drukowanych
- ASTM B193 — rezystywność elektryczna przewodników
- Baza danych NIST dotycząca właściwości elektrycznych