مقاومت ویژه و رسانندگی الکتریکی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به ناوبری پرش به جستجو

مقاومت ویژه و رسانندگی الکتریکی (به انگلیسی: Electrical resistivity and conductivity)، (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 بنابرین 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، 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 (رُو rho) نشان داده شده‌است. یکای مقاومت ویژهٔ الکتریکی در سیستم بین‌المللی اس‌آی (اهم در متر Ω⋅m) است.[۱][۲][۳] برای مثال، در یک مکعب جامد با اندازه‌های: ۱m × ۱m × ۱m متر اگر مقاومتِ میان دو چهرهٔ مخالف را؛ مثلاً با یک اهم‌متر، اندازه بگیریم و مقاومت بین دو نقطهٔ تماس یک اُهم ۱ Ω خوانده شود، بنا بر تعریف: مقاومت ویژهٔ الکتریکیِ 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 عبوردادن 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.

تعریف[ویرایش]

علل رسانایی[ویرایش]

نگاهی به نظریهٔ نوارها[ویرایش]

در فلزات[ویرایش]

در نیم‌رسانا و عایق الکتریکی[ویرایش]

پلازما[ویرایش]

مقاومت ویژه و رسانندگی ویژهٔ الکتریکی گونه‌های مواد[ویرایش]

  • یکرسانای الکتریکی مانند یک فلز دارای رسانایی بالا و مقاومت کم است.
  • یک [[عایق الکتریکی| عایق)] مانند شیشه دارای رسانایی کم و مقاومت بالا است.
  • رسانایی یک نیم‌رسانا به طور کلی متوسط است، اما تحت شرایط مختلف متفاوت است، مانند قرار گرفتن آن مواد در معرض یک میدان الکتریکی یا فرکانس خاصی از نور و مهم‌تر از همه با دما و ترکیب مواد نیمه‌هادی.
دست‌افزار مقاومت ویژه، ρ (Ω·m)
ابررساناها ۰ صفر
فلزات ۱۰−۸
نیم‌رساناها متغیر
[الکترولیت]]ها متغیر
عایق‌ها ۱۰۱۶
ابرعایق‌ها

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

Material ماده ρ (Ω·m) at ۲۰ سانتیگراد σ (S/m) at ۲۰ سانتیگراد ضریب دمایی
[note ۱]
(K−1)
منبع
کربن (graphene) ۱.۰۰×۱۰−۸ ۱.۰۰×۱۰۸ −0.0002 [۴]
نقره ۱.۵۹×۱۰−۸ ۶.۳۰×۱۰۷ 0.0038 [۵][۶]
مس ۱.۶۸×۱۰−۸ ۵.۹۶×۱۰۷ 0.00404 [۷][۸]
Annealed مس[note ۲] ۱.۷۲×۱۰−۸ ۵.۸۰×۱۰۷ 0.00393 [۹]
طلا[note ۳] ۲.۴۴×۱۰−۸ ۴.۱۰×۱۰۷ 0.0034 [۵]
آلومینیم[note ۴] ۲.۶۵×۱۰−۸ ۳.۵۰×۱۰۷ 0.0039 [۵]
تنگستن ۵.۶۰×۱۰−۸ ۱.۷۹×۱۰۷ 0.0045 [۵]
Zinc ۵.۹۰×۱۰−۸ ۱.۶۹×۱۰۷ 0.0037 [۱۰]
نیکل ۶.۹۹×۱۰−۸ ۱.۴۳×۱۰۷ ۰٫۰۰۶
لیتیوم ۹.۲۸×۱۰−۸ ۱.۰۸×۱۰۷ ۰٫۰۰۶
آهن ۹.۷۱×۱۰−۸ ۱.۰۰×۱۰۷ 0.005 [۵]
پلاتین ۱.۰۶×۱۰−۷ ۹.۴۳×۱۰۶ 0.00392 [۵]
قلع ۱.۰۹×۱۰−۷ ۹.۱۷×۱۰۶ ۰٫۰۰۴۵
Carbon steel (1010) ۱.۴۳×۱۰−۷ ۶.۹۹×۱۰۶ [۱۱]
سرب ۲.۲۰×۱۰−۷ ۴.۵۵×۱۰۶ 0.0039 [۵]
تیتانیوم ۴.۲۰×۱۰−۷ ۲.۳۸×۱۰۶ ۰٫۰۰۳۸
Grain oriented electrical steel ۴.۶۰×۱۰−۷ ۲.۱۷×۱۰۶ [۱۲]
Manganin ۴.۸۲×۱۰−۷ ۲.۰۷×۱۰۶ 0.000002 [۱۳]
Constantan ۴.۹۰×۱۰−۷ ۲.۰۴×۱۰۶ 0.000008 [۱۴]
Stainless steel[note ۵] ۶.۹۰×۱۰−۷ ۱.۴۵×۱۰۶ 0.00094 [۱۵]
Mercury ۹.۸۰×۱۰−۷ ۱.۰۲×۱۰۶ 0.0009 [۱۳]
Nichrome[note ۶] ۱.۱۰×۱۰−۶ ۶.۷×۱۰۵ ۰.۰۰۰۴ [۵]
GaAs ۱.۰۰×۱۰−۳ to ۱.۰۰×۱۰۸ ۱.۰۰×۱۰−۸ to ۱۰۳ [۱۶]
Carbon (amorphous) ۵.۰۰×۱۰−۴ to ۸.۰۰×۱۰−۴ ۱.۲۵×۱۰۳ to ۲×۱۰۳ −0.0005 [۵][۱۷]
Carbon (graphite)[note ۷] ۲.۵۰×۱۰−۶ to ۵.۰۰×۱۰−۶basal plane
۳.۰۰×۱۰−۳ ⊥basal plane
۲.۰۰×۱۰۵ to ۳.۰۰×۱۰۵ ∥basal plane
۳.۳۰×۱۰۲ ⊥basal plane
[۱۸]
PEDOT:PSS ۲×۱۰−۶ to ۱×۱۰−۱ ۱×۱۰۱ to ۴.۶×۱۰۵ ? [۱۹]
جرمانیوم[note ۸] ۴.۶۰×۱۰−۱ ۲٫۱۷ −0.048 [۵][۶]
آب دریا[note ۹] ۲.۰۰×۱۰−۱ ۴.۸۰ [۲۰]
Swimming pool water[note ۱۰] ۳.۳۳×۱۰−۱ to ۴.۰۰×۱۰−۱ ۰.۲۵ to ۰.۳۰ [۲۱]
آب آشامیدنی[note ۱۱] ۲.۰۰×۱۰۱ to ۲.۰۰×۱۰۳ ۵.۰۰×۱۰−۴ to ۵.۰۰×۱۰−۲ [نیازمند منبع]
سیلیکان[note ۸] ۶.۴۰×۱۰۲ ۱.۵۶×۱۰−۳ −۰.۰۷۵ [۵]
چوب (مرطوب) ۱.۰۰×۱۰۳ to ۱.۰۰×۱۰۴ ۱۰−۴ to ۱۰−۳ [۲۲]
Deionized water[note ۱۲] ۱.۸۰×۱۰۵ ۵.۵۰×۱۰−۶ [۲۳]
شیشه ۱.۰۰×۱۰۱۱ to ۱.۰۰×۱۰۱۵ ۱۰−۱۵ to ۱۰−۱۱ ? [۵][۶]
Hard rubber ۱.۰۰×۱۰۱۳ ۱۰−۱۴ ? [۵]
Wood (oven dry) ۱.۰۰×۱۰۱۴ to ۱.۰۰×۱۰۱۶ ۱۰−۱۶ to ۱۰−۱۴ [۲۲]
Sulfur ۱.۰۰×۱۰۱۵ ۱۰−۱۶ ? [۵]
هوا ۱.۳۰×۱۰۱۴ to ۳.۳۰×۱۰۱۴ ۳×۱۰−۱۵ to ۸×۱۰−۱۵ [۲۴]
کربن (الماس) ۱.۰۰×۱۰۱۲ ~۱۰−۱۳ [۲۵]
Fused quartz ۷.۵۰×۱۰۱۷ ۱.۳۰×۱۰−۱۸ ? [۵]
PET ۱.۰۰×۱۰۲۱ ۱۰−۲۱ ?
تفلون ۱.۰۰×۱۰۲۳ to ۱.۰۰×۱۰۲۵ ۱۰−۲۵ 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 سانتیگراد مقدار ۰٫۰۰۴۲۷ به دست می‌آید. .[۲۶]

نقره با مقاومت بسیار پایین؛ (هدایت بالا)، نمونهٔ بارز و مشخص فلزات در این مورداست. گرگی گاموف به طور 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 به طور 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.[۲۲] 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[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  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 Archived September 19, 2013, at the Wayback Machine.. Newsdesk.umd.edu (2008-03-24). Retrieved on 2014-02-03.
  5. ۵٫۰۰ ۵٫۰۱ ۵٫۰۲ ۵٫۰۳ ۵٫۰۴ ۵٫۰۵ ۵٫۰۶ ۵٫۰۷ ۵٫۰۸ ۵٫۰۹ ۵٫۱۰ ۵٫۱۱ ۵٫۱۲ ۵٫۱۳ ۵٫۱۴ Raymond A. Serway (1998). Principles of Physics (2nd ed.). Fort Worth, Texas; London: Saunders College Pub. p. 602. ISBN 0-03-020457-7. 
  6. ۶٫۰ ۶٫۱ ۶٫۲ 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. ۱۳٫۰ ۱۳٫۱ 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 4655535Freely accessible. PMID 26515096. 
  20. Physical properties of sea water. Kayelaby.npl.co.uk. Retrieved on 2011-12-17.
  21. [۱]. chemistry.stackexchange.com
  22. ۲۲٫۰ ۲۲٫۱ ۲۲٫۲ 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. US Dep. Commerce. National Bureau of Standards Handbook. February 21, 1966


خطای یادکرد: خطای یادکرد: برچسب <ref> برای گروهی به نام «note» وجود دارد، اما برچسب <references group="note"/> متناظر پیدا نشد. ().