Удельное сопротивления: Удельное сопротивление проводника: формула, сопротивление разных материалов

Удельное сопротивление проводника: формула, сопротивление разных материалов

Многие люди, изучающие электрику, в первую очередь сталкиваются с таким понятием как удельное сопротивление. Что оно собой представляет, в каких единицах измеряется удельное сопротивление проводника, от чего зависит и как его найти по формуле далее.

Что это такое

Удельным сопротивлением проводника называется физический вид величины, который показывает, что материал может препятствовать электротоку. По-другому, это такое сопротивление металлов, которое оказывает материал с единичным сечением сопротивление протекающему току. Отличается удельное сопротивление постоянному току тем, что оно вызывается током на проводник. Что касается переменного тока, то он появляется в проводнике под действием вихревого поля.

Удельное электросопротивление

Важно также уточнить, что собой представляет удельная электрическая проводимость. Электропроводимость — это величина, которая обратна сопротивлению и называется электропроводностью. Это показатель, показывающий меру проводимости силы электротока.

Обратите внимание! Чем больше он, тем лучше способен проводник проводить электричество.

Общее определение из учебного пособия

В чем измеряется

Согласно международной системе единиц, измеряется величина в омах, умноженных на метр. В некоторых случаях применяется единица ом, умноженная на миллиметр в квадрате, поделенная на метр. Это обозначение для проводника, имеющего метровую длину и миллиметровую площадь сечения в квадрате.

Единица измерения

Формула как найти

Согласно положению из любого учебного пособия по электродинамики, удельное сопротивление материала проводника формула равна пропорции общего сопротивления проводника на площадь поперечного сечения, поделенного на проводниковую длину. Важно понимать, что на конечный показатель будет влиять температура и степень материальной чистоты. К примеру, если в медь добавить немного марганца, то общий показатель будет увеличен в несколько раз.

Главная формула расчета

Интересно, что существует формула для неоднородного изотропного материала. Для этого нужно знать напряженность электрополя с плотностью электротока. Для нахождения нужно поделить первую величину на другую. В данном случае получится не константа, а скалярная величина.

Закон ома в дифференциальной форме

Есть другая, более сложная для понимания формула для неоднородного анизотропного материала. Зависит от тензорного координата.

Важно отметить, что связь сопротивления с проводимостью также выражается формулами. Существуют правила для нахождения изотропных и анизотропных материалов через тензорные компоненты. Они показаны ниже в схеме.

Связь с проводимостью, выраженная в физических соотношениях

От чего зависит

Сопротивляемость зависит от температуры. Она увеличивается, когда повышается столбик термометра. Это поясняется физиками так, что при росте температуры атомные колебания в кристаллической проводниковой решетке повышаются. Это препятствует тому, чтобы свободные электроны двигались.

Обратите внимание! Что касается полупроводников и диэлектриков, то там величина понижается из-за того, что увеличивается структура концентрации зарядных носителей.

Зависимость от температуры как основное свойство проводниковой сопротивляемости

Удельное сопротивление разных материалов

Важно отметить, что сопротивление у металлических монокристаллов с металлами и сплавами разные. Значения различаются из-за химической металлической чистоты, способов создания составов и их непостоянства. Также стоит иметь в виду, что значения меняются при изменении температуры. Иногда сопротивляемость падает до нуля. В таком случае явление называется сверхпроводимостью.

Интересно, что под термической обработкой, например, отжигом меди, значение вырастает в 3 раза, несмотря на то, что доля примесей в проном, антикоррозийном и легком составе, как правило, равна не больше 0,1%.

Обратите внимание! Что касается отжига алюминия, свинца или железа, значение в таких же условиях вырастает в 2 раза, несмотря на наличие примесей в количестве 0,5% и необходимости большей энергии на плавление.

Таблица значений составов при температуре 20 градусов Цельсия

В целом, удельное электросопротивление представляет собой физическую величину, которая характеризует способность вещества препятствовать тому, чтобы проходил электроток. По СИ измеряется в омах, перемноженных на метры. Зависит от увеличения температуры вещества. Отыскать значение можно по формуле соотношения общего сопротивления и площади поперечного сечения, поделенного на длину проводника. Что касается удельного сопротивления сплавов, согласно изучениям разных ученых состав их непостоянный, может быть изменен под термообработкой.

Удельное электрическое сопротивление — Википедия

Уде́льное электри́ческое сопротивле́ние, или просто удельное сопротивление вещества — физическая величина, характеризующая способность вещества препятствовать прохождению электрического тока.

Удельное сопротивление обозначается греческой буквой ρ. Величина, обратная удельному сопротивлению, называется удельной проводимостью (удельной электропроводностью). В отличие от электрического сопротивления, являющегося свойством проводника и зависящего от его материала, формы и размеров, удельное электрическое сопротивление является свойством только вещества.

Электрическое сопротивление однородного проводника с удельным сопротивлением ρ, длиной l и площадью поперечного сечения S может быть рассчитано по формуле R=ρ⋅lS{\displaystyle R={\frac {\rho \cdot l}{S}}} (при этом предполагается, что ни площадь, ни форма поперечного сечения не меняются вдоль проводника). Соответственно, для ρ выполняется ρ=R⋅Sl.{\displaystyle \rho ={\frac {R\cdot S}{l}}.}

Из последней формулы следует: физический смысл удельного сопротивления вещества заключается в том, что оно представляет собой сопротивление изготовленного из этого вещества однородного проводника единичной длины и с единичной площадью поперечного сечения.

Единицы измерения

Единица измерения удельного сопротивления в Международной системе единиц (СИ) — Ом·м^[1]. Из соотношения ρ=R⋅Sl{\displaystyle \rho ={\frac {R\cdot S}{l}}} следует, что единица измерения удельного сопротивления в системе СИ равна такому удельному сопротивлению вещества, при котором однородный проводник длиной 1 м с площадью поперечного сечения 1 м², изготовленный из этого вещества, имеет сопротивление, равное 1 Ом^[2]. Соответственно, удельное сопротивление произвольного вещества, выраженное в единицах СИ, численно равно сопротивлению участка электрической цепи, выполненного из данного вещества, длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 м².

В технике также применяется устаревшая внесистемная единица Ом·мм²/м, равная 10⁻⁶ от 1 Ом·м^[1]. Данная единица равна такому удельному сопротивлению вещества, при котором однородный проводник длиной 1 м с площадью поперечного сечения 1 мм², изготовленный из этого вещества, имеет сопротивление, равное 1 Ом^[2]. Соответственно, удельное сопротивление какого-либо вещества, выраженное в этих единицах, численно равно сопротивлению участка электрической цепи, выполненного из данного вещества, длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм².

Обобщение понятия удельного сопротивления

Кусок резистивного материала с электрическими контактами на обоих концах

Удельное сопротивление можно определить также для неоднородного материала, свойства которого меняются от точки к точке. В этом случае оно является не константой, а скалярной функцией координат — коэффициентом, связывающим напряжённость электрического поля E→(r→){\displaystyle {\vec {E}}({\vec {r}})} и плотность тока J→(r→){\displaystyle {\vec {J}}({\vec {r}})} в данной точке r→{\displaystyle {\vec {r}}}. Указанная связь выражается законом Ома в дифференциальной форме:

E→(r→)=ρ(r→)J→(r→).{\displaystyle {\vec {E}}({\vec {r}})=\rho ({\vec {r}}){\vec {J}}({\vec {r}}).}

Эта формула справедлива для неоднородного, но изотропного вещества. Вещество может быть и анизотропно (большинство кристаллов, намагниченная плазма и т. д.), то есть его свойства могут зависеть от направления. В этом случае удельное сопротивление является зависящим от координат тензором второго ранга, содержащим девять компонент ρij{\displaystyle \rho _{ij}}. В анизотропном веществе векторы плотности тока и напряжённости электрического поля в каждой данной точке вещества не сонаправлены; связь между ними выражается соотношением

Ei(r→)=∑j=13ρij(r→)Jj(r→).{\displaystyle E_{i}({\vec {r}})=\sum _{j=1}^{3}\rho _{ij}({\vec {r}})J_{j}({\vec {r}}).}

В анизотропном, но однородном веществе тензор ρij{\displaystyle \rho _{ij}} от координат не зависит.

Тензор ρij{\displaystyle \rho _{ij}} симметричен, то есть для любых i{\displaystyle i} и j{\displaystyle j} выполняется ρij=ρji{\displaystyle \rho _{ij}=\rho _{ji}}.

Как и для всякого симметричного тензора, для ρij{\displaystyle \rho _{ij}} можно выбрать
ортогональную систему декартовых координат, в которых матрица ρij{\displaystyle \rho _{ij}} становится диагональной, то есть приобретает вид, при котором из девяти компонент ρij{\displaystyle \rho _{ij}} отличными от нуля являются лишь три: ρ11{\displaystyle \rho _{11}}, ρ22{\displaystyle \rho _{22}} и ρ33{\displaystyle \rho _{33}}. В этом случае, обозначив ρii{\displaystyle \rho _{ii}} как ρi{\displaystyle \rho _{i}}, вместо предыдущей формулы получаем более простую

Ei=ρiJi.{\displaystyle E_{i}=\rho _{i}J_{i}.}

Величины ρi{\displaystyle \rho _{i}} называют главными значениями тензора удельного сопротивления.

Связь с удельной проводимостью

В изотропных материалах связь между удельным сопротивлением ρ{\displaystyle \rho } и удельной проводимостью σ{\displaystyle \sigma } выражается равенством

ρ=1σ.{\displaystyle \rho ={\frac {1}{\sigma }}.}

В случае анизотропных материалов связь между компонентами тензора удельного сопротивления ρij{\displaystyle \rho _{ij}} и тензора удельной проводимости σij{\displaystyle \sigma _{ij}} имеет более сложный характер. Действительно, закон Ома в дифференциальной форме для анизотропных материалов имеет вид:

Ji(r→)=∑j=13σij(r→)Ej(r→).{\displaystyle J_{i}({\vec {r}})=\sum _{j=1}^{3}\sigma _{ij}({\vec {r}})E_{j}({\vec {r}}).}

Из этого равенства и приведённого ранее соотношения для Ei(r→){\displaystyle E_{i}({\vec {r}})} следует, что тензор удельного сопротивления является обратным тензору удельной проводимости. С учётом этого для компонент тензора удельного сопротивления выполняется:

ρ11=1det(σ)[σ22σ33−σ23σ32],{\displaystyle \rho _{11}={\frac {1}{\det(\sigma )}}[\sigma _{22}\sigma _{33}-\sigma _{23}\sigma _{32}],}

ρ12=1det(σ)[σ33σ12−σ13σ32],{\displaystyle \rho _{12}={\frac {1}{\det(\sigma )}}[\sigma _{33}\sigma _{12}-\sigma _{13}\sigma _{32}],}

где det(σ){\displaystyle \det(\sigma )} — определитель матрицы, составленной из компонент тензора σij{\displaystyle \sigma _{ij}}. Остальные компоненты тензора удельного сопротивления получаются из приведённых уравнений в результате циклической перестановки индексов 1, 2 и 3^[3].

Удельное электрическое сопротивление некоторых веществ

Металлические монокристаллы

В таблице приведены главные значения тензора удельного сопротивления монокристаллов при температуре 20 °C^[4].

Металлы и сплавы, применяемые в электротехнике

Разброс значений обусловлен разной химической чистотой металлов, способов изготовления образцов, изученных разными учеными и непостоянством состава сплавов.

Значения даны при температуре t = 20 °C. Сопротивления сплавов зависят от их химического состава и могут варьироваться. Для чистых веществ колебания численных значений удельного сопротивления обусловлены различными методами механической и термической обработки, например, отжигом проволоки после волочения.

Другие вещества

Тонкие плёнки

Сопротивление тонких плоских плёнок (когда её толщина много меньше расстояния между контактами) принято называть «удельным сопротивлением на квадрат», RSq.{\displaystyle R_{\mathrm {Sq} }.} Этот параметр удобен тем, что сопротивление квадратного куска проводящей плёнки не зависит от размеров этого квадрата, при приложении напряжения по противоположным сторонам квадрата. При этом сопротивление куска плёнки, если он имеет форму прямоугольника, не зависит от его линейных размеров, а только от отношения длины (измеренной вдоль линий тока) к его ширине L/W: RSq=RW/L,{\displaystyle R_{\mathrm {Sq} }=RW/L,} где R — измеренное сопротивление. В общем случае, если форма образца отличается от прямоугольной, и поле в пленке неоднородное, используют метод ван дер Пау.

Примечания

1. ↑ ^{1 2} Деньгуб В. М., Смирнов В. Г. Единицы величин. Словарь-справочник. — М.: Издательство стандартов, 1990. — С. 93. — 240 с. — ISBN 5-7050-0118-5.
2. ↑ ^{1 2} Чертов А. Г. Единицы физических величин. — М.: «Высшая школа», 1977. — 287 с.
3. ↑ Давыдов А. С. Теория твёрдого тела. — М.: «Наука», 1976. — С. 191—192. — 646 с.
4. ↑ Шувалов Л. А. и др. Физические свойства кристаллов // Современная кристаллография / Гл. ред. Б. К. Вайнштейн. — М.: «Наука», 1981. — Т. 4. — С. 317.

См. также

Удельное сопротивление

Общая информация

Определение 1

Удельное сопротивление — это физическая величина, которая характеризует способность вещества препятствовать прохождению электрического тока.

Этот параметр обозначается греческой буквой $p$ (ро). Основой для расчета удельного сопротивления является эмпирическая формула, используемая для расчета электрического сопротивления, которую получил Георг Ом.

$R=p • l/S $

Чтобы получить формулу для расчета удельного сопротивления, нужно преобразовать формулу Ома:

$R =p · l/S$

$p • l/S=R$

$p/S=R/l $

$p=R • S/l $

Последний этап преобразования и есть нужная формула:

$p=R•S/l$, где

• $R$ — сопротивление, Ом;
• $S$ — площадь поперечного сечения, $мм^2$;
• $l$ — длина, м.

По международной системе СИ, удельное сопротивление выражается в $Ом•м$. На практике используется альтернативное выражение удельного сопротивления $Ом•мм^2/м$.

Рисунок 1. Удельное сопротивление отдельных материалов. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Замечание 1

На рисунке изображены значения удельного сопротивления только для часто используемых материалов. Значения этого параметра для других материалов можно найти в соответствующих справочниках.

Готовые работы на аналогичную тему

Зависимость удельного сопротивления от температуры

Говоря об удельном сопротивлении, нельзя упомянуть о влиянии температуры окружающей среды на его значение. Однако, это влияние будет разным для каждого материала. Это объясняется одним важным параметром $α$ — температурным коэффициентом.

Температурный коэффициент используется в формула для расчета удельного сопротивления с учетом изменения температуры:

$ρ_t =ρ_0 • [1+α•(t-t_0)]$, где

• $ρ_0$ — удельное сопротивление при 20 С*,
• $α$ — температурный коэффициент,
• $t-t_0$ — разница температур.

Рисунок 2. Температурный коэффициент сопротивления. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Рассчитаем удельное сопротивление меди при -30 C и +30 C .

Пример 1

Для расчета удельного сопротивления при +30 C*, нужно взять первую формулу и подставить известные значения:

$ρ_t=ρ_0 • [1+α•(t-t_0)]=0,017• [1+0,0039•(30-20)]=0,017•[1+(0,0039•10)]=0,0176 $

Для расчета удельного сопротивления при -30 C*, нужно взять вторую формулу и выполнить аналогичный расчет:

$ρ_t=ρ_0 • [1+α•(t-t_0)]=0,017 • [1+(0,0039 • (– 30 – 20)=0,0136$

Исходя из расчетов можно сделать вполне логичный вывод, который заключается в следующем.

Замечание 2

Чем выше температура окружающей среды, тем выше удельное сопротивление.

Практическое определение удельного сопротивления

Иногда, материал необходимый для работы бывает неизвестен. Из-за этого нет возможности использовать справочник и посмотреть значение удельного сопротивления. В этом случае, для определения необходимого параметра, нужно использовать расчетные формулы и ряд подручных инструментов: цифровой микрометр и мультиметр.

Определим удельное сопротивление проволоки из неизвестного материала длинной 3,5 м.

Включаем мультиметр и устанавливаем на нижний предел измерения сопротивления (200 Ом).

Подводим по одному щупу к каждому концу проволоки, проводим измерение и снимаем показания прибора, например, 75 Ом.

Берем микрометр и измеряем диаметр проволоки, например, 0,25 $мм^2$

Выпишем формулы для определения сечения провода и удельного сопротивления:

$S=π•d^2/4$;

$ρ=R•S/l$

Преобразуем формулу для нахождения удельного сопротивления с учетом новой формулы и подставим необходимы значения:

$ρ=R•S/l=R• π• d^2/4• l=75• 3,14• 0,25^2/4• 3,5=235,5• 0,25^2/4• 3,5=14,71/14=1,05$ $Ом• мм^2$

Откроем справочник и по найденному удельному сопротивлению определим материал (в данном случае это нихром).

от чего зависит и единицы измерения

Это понятие используют для точной оценки пути прохождения тока через определенный материал. Удельное сопротивление не обязательно знать, чтобы рассчитать радиотехническую схему на базе типовых деталей. Однако этот параметр будет много значить при передаче электроэнергии на большие расстояния. Его учитывают для создания эффективных изоляционных слоев и в ходе решения других практических задач.

Измерение удельного электросопротивления грунта необходимо для организации качественной защиты с применением заземления

Единицы измерения

Чтобы узнать сопротивление (R) проводника, нужно учесть размеры, площадь поперечного сечения (S) и длину (L). При однородном составе вещества можно вычислить удельное значение параметра (p) по следующей формуле:

p = (R * S)/L.

Подставив базовые физические единицы, получают определение для p. В соответствии с международным стандартом СИ единичное удельное сопротивление создает образец со следующими параметрами:

• L = 1 м;
• S = 1 м кв.;
• R = 1 Ом.

К сведению. Для упрощения расчета кабельной продукции часто применяют производную величину (Ом*мм кв./м). С помощью табличных значений удельного сопротивления проводника из алюминия диаметром 1 мм кв. несложно вычислить необходимое сечение для безопасного пропускания тока определенной силы.

Обобщение понятия удельного сопротивления

Некоторые материалы неспособны обеспечить равномерное распределение электропроводности. Для нахождения удельного сопротивления в сложных ситуациях пользуются векторным представлением основных параметров. Напряженность в определенной точке будет прямо пропорциональна плотности тока и удельному сопротивлению. Дифференциальная формула сопротивления проводника применяется для вычислений тензорных значений (pij), когда необходимо учитывать изменение свойств вещества в зависимости от направлений.

Связь с удельной проводимостью

Для оценки этого параметра (Ϭ) используют простую обратную зависимость, если речь идет об изотропных веществах:

p = 1/Ϭ.

В кристалле или другой анизотропной среде базовые соотношения сохраняются. Однако приходится делать коррекцию с учетом разной направленности векторных значений в отдельных точках. Для точных расчетов в формулу удельного сопротивления добавляют деление на определитель матрицы, которая содержит составляющие тензора проводимостей.

Удельное электрическое сопротивление некоторых веществ

Выше показано, что рассматриваемый параметр будет зависеть от свойств определенного вещества. Для корректных вычислений следует учитывать различные характеристики полупроводника и металла, других материалов, сплавов, химических соединений в твердом и жидком состоянии.

Металлические монокристаллы

Для примера в следующем перечне приведены тензорные значения (p1=p2 в 10-8 Ом на метр) для некоторых материалов:

• цинк – 5,9;
• висмут – 109;
• олово – 9,89;
• кадмий – 6,78.

Металлы и сплавы, применяемые в электротехнике

В следующем списке представлены разные проводники, которые применяют для создания электротехнических устройств и силовых агрегатов, линий связи, передачи электроэнергии. Для удобства практических расчетов удельное электрическое сопротивление приведено в Ом*мм кв./м при поддержании постоянной температуры в процессе измерений на уровне +20°C:

• платина – 0,107:
• никель – 0,087;
• нихром – от 1,05 до 1,4;
• медь – от 0,017 до 0,018;
• сталь – от 0,1 до 0,137;
• золото – 0,023;
• железо – 0,098;
• алюминий – от 0,026 до 0,03.

Приведенные числа демонстрируют, что в сплавах проводимость существенно зависит от состава и количественного распределения составляющих. Определенное значение для металлических проводников имеет чистота материала.

Качественная электротехническая медь отличается минимальным содержанием примесей и небольшим удельным сопротивлением

К сведению. Для создания экономичных линий электропередач нужны соответствующие начальные инвестиции. Однако чистые материалы обеспечивают уменьшение потерь, что уменьшает эксплуатационные затраты.

Другие вещества

При той же контрольной температуре +20°C измеряются удельные сопротивления иных материалов и веществ (значения приведены в Ом*мм кв./м):

• резина – от 1016 до 1018;
• углеводородные соединения в сжиженном состоянии – 0,8*1010;
• воздух (при разном уровне относительной влажности) – от 1021 до 1032;
• древесина – от 1015 до 1016.

Тонкие плёнки

При уменьшении слоя толщиной можно пренебречь. Для расчета удельного электрического сопротивления формулу преобразуют следующим образом:

Rs = (R*W)/L,

где:

• Rs – значение сопротивления для прямоугольного участка;
• R – результат измерений;
• W (L) – ширина (длина) контрольного образца.

Определение удельной проводимости

С учетом приведенных сведений можно уточнить физические процессы и основные определения. Если к проводнику подсоединить источник тока, напряжение создаст разницу потенциалов между контрольными точками. За счет внешнего источника энергии обеспечивается движение зараженных частиц. На их перемещение оказывают влияние:

• свойства и структура вещества;
• наличие посторонних примесей;
• однородность материала;
• механические дефекты.

Базовые характеристики

Перечисленные факторы определяют удельный параметр, что будет означать эталонную величину. Чтобы найти полное собственное сопротивление, учитывают поправочный коэффициент, который обусловлен свойствами и перечисленными выше особенностями материала. Как показано на рисунке, для расчета определенного изделия надо знать его размеры. Проводимость – обратная величина.

Удельное сопротивление и температура

Из приведенных данных можно сделать правильный вывод о существенном влиянии на проводимость внешних условий. Если материал не пропускает воду и защищен слоем изоляции, влажностью можно пренебречь. Однако в любом случае придется учесть действительную температуру.

Изменение удельного сопротивления в разных температурных режимах

Явление сверхпроводимости

По мере снижения температуры уменьшается амплитуда колебаний атомов кристаллической решетки. Этот процесс сопровождается улучшением условий для перемещения свободных электронов. На определенном уровне возникает явление сверхпроводимости, когда сопротивление становится близким к нулю.

Формула расчета

Для вычислений берут справочное значение удельного сопротивления. Математическим преобразованием основной формулы получают следующее выражение:

R = (p*L)/S.

Формулы для расчета

Как показано на рисунке, при параллельном соединении удобнее пользоваться проводимостью для определения характеристик цепи. Сложные схемы упрощают последовательно, чтобы вычислить итоговое значение эквивалентного сопротивления участка цепи.

Видео

Удельное электрическое сопротивление | формула, объемное, таблица

Удельное электрическое сопротивление является физической величиной, которая показывает, в какой степени материал может сопротивляться прохождению через него электрического тока. Некоторые люди могут перепутать данную характеристику с обыкновенным электрическим сопротивлением. Несмотря на схожесть понятий, разница между ними заключается в том, что удельное касается веществ, а второй термин относится исключительно к проводникам и зависит от материала их изготовления.

Обратной величиной данного материала является удельная электрическая проводимость. Чем выше этот параметр, тем лучше проходит ток по веществу. Соответственно, чем выше сопротивление, тем больше потерь предвидится на выходе.

Формула расчета и величина измерения

Рассматривая, в чем измеряется удельное электрическое сопротивление, также можно проследить связь с не удельным, так как для обозначения параметра используются единицы Ом·м. Сама величина обозначается как ρ. С таким значением можно определять сопротивление вещества в конкретном случае, исходя из его размеров. Эта единица измерения соответствует системе СИ, но могут встречаться и другие варианты. В технике периодически можно увидеть устаревшее обозначение Ом·мм²/м. Для перевода из этой системы в международного не потребуется использовать сложные формулы, так как 1 Ом·мм²/м равняется 10^-6 Ом·м.

Формула удельного электрического сопротивления выглядит следующим образом:

R= (ρ·l)/S, где:

• R – сопротивление проводника;
• Ρ – удельное сопротивление материал;
• l – длина проводника;
• S – сечение проводника.

Зависимость от температуры

Удельное электрическое сопротивление зависит от температуры. Но все группы веществ проявляют себя по-разному при ее изменении. Это необходимо учитывать при расчете проводов, которые будут работать в определенных условиях. К примеру, на улице, где значения температуры зависят от времени года, необходимые материалы с меньшей подверженностью изменениям в диапазоне от -30 до +30 градусов Цельсия. Если же планируется применение в технике, которая будет работать в одних и тех же условиях, то здесь также нужно оптимизировать проводку под конкретные параметры. Материал всегда подбирается с учетом эксплуатации.

В номинальной таблице удельное электрическое сопротивление берется при температуре 0 градусов Цельсия. Повышение показателей данного параметра при нагреве материала обусловлено тем, что интенсивность передвижения атомов в веществе начинает возрастать. Носители электрических зарядов хаотично рассеиваются во всех направлениях, что приводит к созданию препятствий при передвижении частиц. Величина электрического потока снижается.

При уменьшении температуры условия прохождения тока становятся лучше. При достижении определенной температуры, которая для каждого металла будет отличаться, появляется сверхпроводимость, при которой рассматриваемая характеристика почти достигает нуля.

Отличия в параметрах порой достигают очень больших значений. Те материалы, которые обладают высокими показателями, могут использовать в качестве изоляторов. Они помогают защищать проводку от замыкания и ненамеренного контакта с человеком. Некоторые вещества вообще не применимы для электротехники, если у них высокое значение этого параметра. Этому могут мешать другие свойства. Например, удельная электрическая проводимость воды не будет иметь большого значения для данный сферы. Здесь приведены значения некоторых веществ с высокими показателями.

Более активно в электротехнике применяются вещества с низкими показателями. Зачастую это металлы, которые служат проводниками. В них также наблюдается много различий. Чтобы узнать удельное электрическое сопротивление меди или других материалов, стоит посмотреть в справочную таблицу.

Удельное объемное электрическое сопротивление

Данный параметр характеризует возможность пропускать ток через объем вещества. Для измерения необходимо приложить потенциал напряжения с разных сторон материала, изделие из которого будет включено в электрическую цепь. На него подается ток с номинальными параметрами. После прохождения измеряются данные на выходе.

Использование в электротехнике

Изменение параметра при разных температурах широко применяется в электротехнике. Наиболее простым примером является лампа накаливания, где используется нихромовая нить. При нагревании она начинает светиться. При прохождении через нее тока она начинает нагреваться. С ростом нагрева возрастает и сопротивление. Соответственно, ограничивается первоначальный ток, который нужен был для получения освещения. Нихромовая спираль, используя тот же принцип, может стать регулятором на различных аппаратах.

Широкое применение коснулось и благородных металлов, которые обладают подходящими характеристиками для электротехники. Для ответственных схем, которым требуется быстродействие, подбираются серебряные контакты. Они обладают высокой стоимостью, но с учетом относительно небольшого количества материалов их применение вполне оправданно. Медь уступает серебру по проводимости, но обладает более доступной ценой, благодаря чему ее чаще используют для создания проводов.

В условиях, где можно использовать предельно низкие температуры, применяются сверхпроводники. Для комнатной температуры и уличной эксплуатации они не всегда уместны, так как при повышении температуры их проводимость начнет падать, поэтому для таких условий лидерами остаются алюминий, медь и серебро.

На практике учитывается много параметров и этот является одним из наиболее важных. Все расчеты проводятся еще на стадии проектирования, для чего и используются справочные материалы.

Читайте также:

удельное сопротивление | Определение, символ и факты

Удельное сопротивление , электрическое сопротивление проводника единичного поперечного сечения и единичной длины. Удельное сопротивление, характерное свойство каждого материала, полезно при сравнении различных материалов на основе их способности проводить электрические токи. Высокое сопротивление указывает на плохие проводники.

Британская викторина

Гаджеты и технологии: факт или вымысел?

Компьютерная клавиатура — старинное устройство.

Удельное сопротивление, обычно обозначаемое греческой буквой ро, ρ , количественно равно сопротивлению R такого образца, как провод, умноженному на площадь его поперечного сечения A, и разделенному на его длину l; ρ = RA / л. Единицей измерения сопротивления является ом. В системе метр-килограмм-секунда (мкс) отношение площади в квадратных метрах к длине в метрах упрощается до простых метров. Таким образом, в системе метр-килограмм-секунда единицей удельного сопротивления является ом-метр.Если длина измеряется в сантиметрах, удельное сопротивление может быть выражено в единицах ом-сантиметр.

Удельное сопротивление очень хорошего электрического проводника, такого как жестко вытянутая медь, при 20 ° C (68 ° F) составляет 1,77 × 10 ^{— 8} Ом-метр или 1,77 × 10 ^{— 6} Ом-сантиметр. С другой стороны, электрические изоляторы имеют удельное сопротивление в диапазоне от 10 ^{1 2} до 10 ^{2 0} Ом-метров.

Значение удельного сопротивления зависит также от температуры материала; в таблицах удельных сопротивлений обычно указаны значения при 20 ° C.Сопротивление металлических проводников обычно увеличивается с повышением температуры; но удельное сопротивление полупроводников, таких как углерод и кремний, обычно уменьшается с повышением температуры.

Получите эксклюзивный доступ к контенту нашего 1768 First Edition с подпиской.
Подпишитесь сегодня

Электропроводность — это величина, обратная сопротивлению, и она также характеризует материалы на основе того, насколько хорошо в них протекает электрический ток. Единица измерения проводимости метр-килограмм-секунда — это mho на метр или ампер на вольт-метр.Хорошие электрические проводники имеют высокую проводимость и низкое удельное сопротивление. Хорошие изоляторы или диэлектрики имеют высокое удельное сопротивление и низкую проводимость. Полупроводники имеют промежуточные значения обоих показателей.

.

Удельное сопротивление

Введение Важно понимать, как удельное электрическое сопротивление (или проводимость) соотносится с реальными геологическими свойствами земли. Ниже приведены вопросы, на которые он может помочь ответить: Если интерпретация геофизических исследований предполагает наличие 10-метрового слоя перекрывающих пород с удельным сопротивлением 11000 Ом · м, лежащего на «фундаменте» с удельным сопротивлением 140 Ом · м, какие геологические материалы будут соответствовать этим двум слоям с разным удельным сопротивлением? Что делать, если профиль удельного сопротивления, собранный над рудным телом в Австралии, показал кажущихся удельных сопротивлений в диапазоне от 40 до 600 Ом-м, в то время как анализ керна скважин показал, что истинное объемное сопротивление находится в диапазоне от 80 до> 1000 Ом-м.Согласованы ли эти результаты и указывают ли они на присутствие экономичного рудного тела? Если объемное удельное сопротивление глубоко заглубленного песчаника составляет 1000 Ом · м, можно ли получить подробную информацию о матрице (единицах породы, в которых находятся флюиды) и / или удельном сопротивлении флюидов? Это представляет особый интерес для гидрогеологии, разведки нефти и газа и изучения окружающей среды (загрязняющих веществ). В этой главе электрические свойства геологических материалов обсуждаются отдельно для металлических минералов, горных пород, почв и электролитов (грунтовых жидкостей). Что такое сопротивление ? Электропроводность (или удельное сопротивление) — это объемное свойство материала, описывающее, насколько хорошо этот материал пропускает через себя электрические токи. R esistance — измеренное напряжение, деленное на ток. Это закон Ома. Сопротивление изменится при изменении геометрии измерения или объема материала. Следовательно, это НЕ физическое свойство. Удельное сопротивление — это сопротивление на единицу объема.Рассмотрим ток, протекающий через единичный куб материала, показанный справа: удельное сопротивление определяется как напряжение, измеренное на длине единичного куба (вольт на метр или В / м), деленное на ток, протекающий через площадь поперечного сечения единичного куба (амперы на квадратный метр, или А / м 2 ). Результатом являются единицы Ом-м 2 / м или Ом-м. Греческий символ ро, , часто используется для обозначения удельного сопротивления. Электропроводность , часто обозначаемая с помощью сигмы, , является обратной величиной удельного сопротивления: = 1/.Электропроводность указывается в единицах Сименс на метр или См / м. Единицы миллисименс на метр (мСм / м) часто используются для малых значений проводимости; 1000 мСм / м = 1См / м. Итак, 1 мСм / м = 1000 Ом-м, поскольку удельное сопротивление и проводимость обратно пропорциональны. Электропроводность материалов Земли варьируется на многие порядки. Это зависит от многих факторов, в том числе от типа породы, пористости, связности пор, природы флюида и содержания металлов в твердой матрице.На следующем рисунке показан очень приблизительный диапазон проводимости горных пород и минералов. Рисунок 2. Напоминание об этом разделе описывает факторы, влияющие на электрическую проводимость минералов, горных пород, флюидов в земле, почв. Электропроводность металлических минералов Металлические рудные минералы относительно редко встречаются по сравнению с другими материалами земной коры.Однако они часто становятся объектом разведки полезных ископаемых. Даже в небольших количествах они могут значительно повлиять на объемное удельное сопротивление геологических материалов. Большинство металлических рудных минералов представляют собой электронные полупроводники. Их удельное сопротивление ниже, чем у металлов, и сильно варьируется, поскольку включение примесных ионов в конкретный металлический минерал оказывает большое влияние на удельное сопротивление. Например, чистый пирит имеет удельное сопротивление около 3х10 -5 Ом · м, но добавление небольших количеств меди может увеличить удельное сопротивление на шесть порядков до 10 Ом · м.Свойства электропроводности некоторых важных минералов можно резюмировать следующим образом: Пирротин (FeS) неизменно является высокопроводящим минералом. Графит (C) — настоящий проводник, как металл (то есть не полупроводник, как рудные минералы), и очень проводящий даже в очень низких концентрациях. Он также является платным (другое физическое свойство — см. Отдельную главу о заряжаемости), и его, как известно, трудно отличить от металлических рудных минералов. Пирит (FeS 2 ) является наиболее распространенным сульфидом металлов и имеет самую изменчивую проводимость. Его проводимость обычно выше, чем у пористых пород. Галенит (PbS) и магнетит (Fe 3 O 4 ) являются проводящими минералами, но гораздо менее проводящими, как руда, из-за их рыхлой кристаллической структуры. Другие проводящие минералы включают борнит (CuFeS 4 ), халькоцит (Cu 2 S), ковеллит (CuS), ильменит (FeTiO 3 ), молибденит (MoS 2). ), а также минералы марганца голандит и пиролюзит . Гематит и цинковая обманка обычно почти изоляторы. Хотя металлические минералы (особенно сульфиды) могут быть проводящими, есть по крайней мере две причины, по которым залежи этих минералов с содержанием руды могут быть не такими проводящими, как ожидалось. Сульфидные месторождения могут быть рассеченными, или массивными. В первом типе минерал присутствует в виде мелких частиц, рассредоточенных по всей матрице, а во втором — минерал в более однородной форме. Дессеминированные сульфиды могут быть резистивными или проводящими, тогда как массивные сульфиды могут быть проводящими. Химические и / или термические изменения могут преобразовывать металлические минералы в оксиды или другие формы, которые не обладают такой проводимостью, как исходные минералы. Электрические свойства горных пород Из всех геофизических свойств горных пород удельное электрическое сопротивление является наиболее изменчивым.Могут встречаться значения, достигающие 10 порядков величины, и даже отдельные типы горных пород могут отличаться на несколько порядков. Следующий рисунок представляет собой типичную диаграмму (адаптированную из Palacky , 1987), которая очень в общих чертах показывает, как удельные сопротивления важных групп горных пород сравниваются друг с другом. Этот тип рисунков приводится в большинстве текстов по прикладной геофизике. Рисунок 3. Почвы и горные породы состоят в основном из силикатных минералов, которые, по сути, являются изоляторами, а это означает, что они имеют низкую электропроводность.Наиболее частые исключения включают магнетит, зеркальный гематит, углерод, графит, пирит и пирротин. Следовательно, проводимость в значительной степени является электролитической, а проводимость в основном зависит от: Пористость, гидравлическая проницаемость, которая описывает, как поры связаны между собой, влажность, концентрация растворенных электролитов, температура и фаза порового флюида, количество и состав коллоидов (глинистость). Рисунок 4. Поровое пространство и геометрия пор являются наиболее важными факторами. Пористость существует в основном в трещинах, кавернах (растворенных карманах в известняках и доломитах) и межкристаллитных пустотах в осадочных породах. Рисунок выше и таблицы ниже (из Geonics TN5 , 1980) дают некоторое представление о сложности и диапазоне возможных значений пористости. Столбец «Отношение» представляет собой объемное удельное сопротивление, деленное на удельное сопротивление электролита (см. Закон Арчи ниже). Волнистая пористость (состоящая из более крупных дискретных пустот) может иметь очень низкую проницаемость, что приводит к низкому удельному сопротивлению при измерении гальваническими методами (постоянный ток).Однако индуктивно измеренное удельное сопротивление (с использованием методов электромагнитной индукции) может быть выше, поскольку токи, индуцированные колебательными электромагнитными полями, не должны проходить на большие расстояния. См. Разделы «Основы => Методы съемки» и «Основы => Геофизические исследования» для получения подробной информации об этих методах съемки. Удельное сопротивление может быть анизотропным в слоистых породах, особенно для сланцев, где коэффициент анизотропии (отношение поперечного сопротивления к продольному сопротивлению) может достигать 4.См. Более подробную информацию в разделе «Анизотропия» ниже. Большая часть наших знаний об удельном сопротивлении пористых пород пришла из индустрии каротажа нефтяных и газовых скважин. Влияние других жидкостей, кроме воды, закон Арчи, фактор образования и т. Д. Подробно описано в следующих нескольких разделах. Электролиты в земле Проводимость жидкости зависит от количества и подвижности (скорости) носителей заряда.Подвижность зависит от вязкости жидкости (следовательно, от температуры) и диаметра носителей заряда. Температурная зависимость значительна. Для растворов хлорида натрия изменение проводимости составляет примерно 2,2% на градус C. Таким образом, изменение на 40 o C удваивает проводимость. На иллюстрации, показывающей проводимость вод Великих озер (ниже), сравните проводимость в магматических (западных) и осадочных (восточных) регионах и обратите внимание на зависимость проводимости от температуры этих озерных вод. Типичные значения удельной электропроводности электролитов и примеры из Великих озер. Природный источник мСм / м Метеорные воды (от осадков) от 1 до 30 Поверхностные воды (озера и реки) 0.3 для очень чистой воды 10 000 для соленых озер от 2 до 30 в магматических регионах от 10 до 100 в осадочных регионах Почвенные воды До 10 000 в среднем около 10 Грунтовые воды от 6 до 30 в изверженных регионах 1000 в осадочных регионах Шахтные воды (медь, цинк и т. Д., Т.е. сульфаты) не менее 3000 Обратите внимание, что озеро Верхнее является самым западным озером и, следовательно, находится в вулканической области, а озеро Онтарио — самой восточной или осадочной областью.Это может способствовать повышению проводимости воды восточных озер. Рисунок 5. Зависимость проводимости жидкости от солености (концентрации ионов) для различных электролитов показана справа. Водопроводная вода обычно имеет минимум 0,01 См / м (т.е. 100 Ом-м) с соленостью около 40 частей на миллион, а морская вода составляет примерно 3,3 См / м с соленостью 30 000 частей на миллион.Сравните эти значения с приведенными выше значениями озерной воды. Электропроводность жидкости зависит также от температуры, поскольку подвижность ионов в растворе увеличивается с температурой. Это поведение противоположно поведению металлических проводников, в которых используется электронная проводимость, а не ионная, и сопротивление возрастает с увеличением температуры. Рисунок 6, адаптировано из Keller and Frischknecht , 1996. Приблизительная формула зависимости удельного сопротивления от температуры: , где R — удельное сопротивление, t — температура, а a — приблизительно 0.025, где R 18C — удельное сопротивление при комнатной температуре (18 градусов C). Напомним, что удельное сопротивление = 1 / проводимость. Влияние пористости Насыщенные чистые (без глины) почвы или горные породы: Эмпирическая формула Арчи связывает пористость и проводимость воды с объемной проводимостью для различных консолидированных пород, а также для неконсолидированных материалов. Формула Арчи или «закон» выражается несколькими способами.Одна версия — , где x — объемная проводимость, 1 — проводимость связанной воды, n — пористость (представленная в виде доли от общего объема), а м — постоянная величина. Значение м около 1,2 подходит для сферических частиц, а значение около 1,85 используется для пластинчатых частиц. Для песков этот параметр обычно составляет 1,4 — 1,6. Другой способ выражения отношения Арчи, более часто используемый в нефтегазовой отрасли каротажа скважин: F = 1/ м где F , «коэффициент пласта », равен F = Ro / Rw, Ro — это объемное удельное сопротивление, если поровое пространство на 100% заполнено рассолом (связанной водой), Rw — это удельное сопротивление самой связанной воды, а — пористость.Как всегда, не запутайтесь при использовании удельной проводимости или удельного сопротивления — они просто взаимны друг с другом. С помощью электронной таблицы легко изучить, как уравнения Арчи определяют взаимосвязь пористости и удельного сопротивления в различных материалах. Рисунок 7. Ненасыщенные чистые (безглинистые) почвы: В фуникулерной зоне почв (рисунок справа) влага не полностью заполняет поровые пространства, но пути проводимости все же существуют.Можно использовать закон, аналогичный закону Арчи, где n теперь является долей объема пор, заполненной электролитом, а не пористостью, а m = 2 . Таким образом, проводимость оказывается очень низкой при низком содержании влаги. Однако «смачивание» материала имеет решающее значение для воздействия на проводимость, а слегка влажные материалы намного более проводящие, чем сухие. Отношение, показанное ниже, аналогично формуле Арчи и дает водонасыщенность, S W , в чистых (без глины) пластах, где — пористость, w — удельное сопротивление воды, t — полное удельное сопротивление, а a и m являются константами, рассчитанными эмпирическим путем.Это соотношение сложно использовать, и оно определенно неприменимо к грязному (глинистому) материалу. Следовательно, водонасыщенность может быть оценена, если электрические методы могут быть использованы для определения удельного сопротивления пласта, , если можно проверить родственную воду, и , если можно оценить пористость. Это похоже на определение водонасыщенности, Sw , когда часть порового пространства заполнена нефтью или газом, как это часто делается, с использованием данных каротажа в углеводородных коллекторах. Удельное сопротивление грунтов Электропроводность грунтов довольно сложна, на насыпные свойства влияют многие факторы. Следующий материал не включен в большинство текстов по прикладной геофизике, но он важен, потому что грунты обычно (за исключением скважинных) являются наиболее близким материалом к ​​исследовательским электродам. Таким образом, почвы имеют большое влияние на результаты. Как отмечалось выше, первичным эталоном является Geonics TN5, 1980. Пористость колеблется от 20% до 70% для большинства неконсолидированных материалов (т.е. для грунтов). Однако нечасто иметь большой диапазон пористости в одной ситуации. Как отмечалось выше, пористость является основным свойством, связанным с удельным сопротивлением, отсюда трудности в различении песка и гравия с одинаковой пористостью. Влияние промерзания на проводимость почв Понижение температуры снижает электролитическую активность и, следовательно, проводимость.На рисунке справа показан этот эффект с точки зрения удельного сопротивления. При замерзании проводимость воды становится очень низкой, как у льда. Однако замораживание редко бывает простым. Пресная вода замерзает при более высокой температуре, чем соленая. Поэтому растворенные вещества имеют тенденцию концентрироваться в зоне незамерзшей соленой воды рядом с частицами почвы. Кроме того, электрическое поле катионов a d , сорбированных на частицах почвы, локально ориентирует молекулы воды рядом с частицей, предотвращая их замерзание. Чистый эффект — небольшое и устойчивое снижение проводимости по мере приближения температуры к нулю, затем выравнивание до 0 градусов и дальнейшее снижение ниже нуля. Коллоидная проводимость (проводимость за счет глины) Сложность и разнообразие типов почв проиллюстрировано на тройной диаграмме внизу слева. Для изменения электрических свойств почв не нужно много глины. Любой мелкозернистый минерал демонстрирует определенную емкость катионного обмена (CEC).То есть заряды (катионы) могут быть сорбированы (прикреплены к поверхности) на слегка отрицательно заряженной поверхности, и впоследствии они могут быть обменены или растворены. Рис. 9. Треугольник классификации текстуры Министерства сельского хозяйства США (тройная диаграмма). Point P — глина (почва) с содержанием глины 50%, ила 20%, песка 30%. (из Geonics TN-5 , 1980). Рисунок 10а.Иллит (глинистый минерал) с общей площадью поверхности из 100 м 2 / г (фото предоставлено Р. Найт). Рисунок 10б. Нарастание кварца в песчанике с общей площадью поверхности из 0,1 м 2 / г (фото предоставлено Р. Найт). Поскольку глина имеет огромное отношение площади поверхности к объему, она имеет гораздо более высокую обменную способность.Особенно это касается глин вермикулита и монтмориллонита. Таким образом, глины могут значительно увеличить проводимость связанной воды, особенно пресной. Соленая вода может не обладать большей способностью поглощать лишние электролиты. Анизотропный грунт Анизотропия означает «в зависимости от направления». Структурная анизотропия (например, наслоение или трещиноватость) может вызвать анизотропию электрических свойств земли.Это означает, что измеренное кажущееся сопротивление будет зависеть от направления измерительной системы, как показано на рисунке рядом. Анизотропия может быть очень интересной; например, предпочтительные направления потока текучей среды могут быть определены путем измерения того, как удельное сопротивление изменяется в зависимости от ориентации измерительных электродов (например, север-юг по сравнению с востоком-западом). Однако, если анизотропия существует, но игнорируется, то истинное удельное сопротивление грунта, интерпретируемое на основе измеренных кажущихся удельных сопротивлений, может быть неверным. Для анизотропных материалов R 1 НЕ равно R 2 . Вертикально анизотропный грунт: Для измерений нормального удельного сопротивления, проводимых на поверхности, нет способа определить разницу между удельным сопротивлением, измеренным по вертикали, и удельным сопротивлением, измеренным по горизонтали. Следовательно, вертикальная анизотропия на поверхности не обнаруживается.Если такая анизотропия существует, оценки глубины будут ошибочными на коэффициент, λ, коэффициент анизотропии, определяемый как λ = (Rv / Rh) 1/2 , где Rv и Rh представляют собой удельные сопротивления по вертикали по отношению к горизонтали соответственно. Горизонтально анизотропный грунт: Горизонтальная анизотропия означает, что удельное сопротивление, измеренное с электродами, ориентированными в одном направлении, будет отличаться от измеренного с использованием того же массива, ориентированного в перпендикулярном направлении (например,«Местная установка» на рисунке выше). В общем, «поперечное удельное сопротивление» (как в R 1 на рисунке, измеренное перпендикулярно плоскости напластования) будет больше, чем «продольное удельное сопротивление» (R 2 на рисунке, измеренное параллельно плоскости напластования). Эффект, противоречащий интуиции: Следует отметить, что влияние круто падающих пластов на измерения удельного поверхностного сопротивления не такое, как можно было сначала ожидать. Если анизотропия резко падает (и нет покрывающей породы), можно ожидать, что измеренное удельное сопротивление будет самым низким параллельно простиранию (R 2 на рисунке выше), поскольку ток имеет тенденцию течь по путям наименьшего сопротивления.Фактически, измеренное удельное сопротивление составляет наивысшее значение по простиранию из-за увеличения плотности тока параллельно съемке. Расчеты кажущегося удельного сопротивления предполагают однородную плотность тока в трех измерениях. Когда плотность тока выше, чем она была бы при однородном заземлении, измеренная разность потенциалов выше для данного источника тока, что приводит к более высокому кажущемуся сопротивлению. Следовательно, удельные сопротивления, измеренные с помощью массивов, размещенных вдоль простирания, являются завышенными, а удельные сопротивления, измеренные перпендикулярно простиранию, занижены. Почему возникает анизотропия: Для читателей, желающих более строгое рассмотрение, вот объяснение того, как структурная анизотропия (например, наслоение или разрушение) приводит к тому, что простая форма закона Ома становится недостаточной. Поскольку ток не обязательно параллелен вынуждающему электрическому полю, простую форму закона Ома, , нужно переписать как ; , где Дж, — это векторная плотность тока, Дж, и , — это составляющая плотности тока i th , E — вектор электрического поля, В, — напряжение и ik — это ik th компонент тензора проводимости.В однородной земле с одним токовым и потенциальным электродами выражение для В с точки зрения удельного сопротивления и расстояния от источника тока равно . В анизотропном грунте есть как горизонтальные, так и вертикальные удельные сопротивления. Выражение для напряжения через горизонтально и вертикально ориентированные удельные сопротивления и расстояние составляет , где называется коэффициентом анизотропии (введено выше в разделе «Вертикально анизотропная земля»). В таблице справа приведены некоторые значения лямбда , встречающиеся в обычных геологических материалах. Аспекты почвообразования, влияющие на электрические свойства почв Стоит обсудить формирование грунтов, чтобы лучше понять, что задействовано при прогнозировании электрических свойств приповерхностных материалов и при интерпретации неглубоких геофизических исследований. Это обсуждение не заменяет курс почвоведения, но некоторые вопросы, влияющие на электрическое сопротивление, должны стать более ясными. Как правило, на электрические свойства влияет разное содержание глины, тип иона и концентрация ионов в воде.Ниже приводится краткое описание того, как эти факторы развиваются в почвах. Выветривание включает механические, химические и биологические процессы, которые преобразуют поверхностные материалы в гумус (органическое вещество), глину и мелкозернистые отложения. В присутствии воды и CO 2 породы распадаются на ионы (часто растворяются и удаляются дренажом), образуются глинистые минералы, вода расходуется (становится частью глинистых соединений), а растворы становятся более щелочными (т.е. менее кислая).Этот процесс является самовоспроизводящимся, поскольку тонкий слой почвы заставляет соответствующие процессы происходить быстрее на поверхности породы. Это связано с тем, что слой удерживает воду и CO 2 , который производит слабую угольную кислоту, которая соединяется с компонентами породы с образованием глин. Скорость выветривания зависит от температуры, вегетативного роста и наличия влаги. Поэтому тропические почвы имеют тенденцию быть толстыми. Хорошо дренированные почвы обычно лишены нестабильных минералов (т.е.е. электролиты), а сухие почвы имеют тенденцию быть засоленными (следовательно, проводящими). На рисунке справа показан типичный профиль почвы. Зона A обычно сильно выветрилась, проницаема и лишена растворенных веществ. Зона B обычно намного плотнее (менее пористая), богаче глинами (как местными, так и перенесенными из A ) и контролирует, сколько воды попадает в зону C и нижележащие слои породы. Зона C обычно проницаема и состоит из менее выветриваемого основного материала. Зона D часто считается непористой и непроницаемой. Рисунок 11. Рисунок 12. На влажность почвы влияет несколько факторов. См. Рисунок 7 выше: В маятниковой зоне вода существует в виде изолированных колец вокруг труднодоступных мест.В зоне фуникулера поверхность покрыта тонким слоем воды. Толщина этого зависит от капиллярных сил. Если есть мелкозернистый материал поверх грубого наслоения, мелкозернистая область может содержать фуникулерную воду, тогда как крупнозернистый слой может содержать маятниковую воду и, следовательно, может иметь более низкую проводимость. Поведение уровня грунтовых вод зависит от многих факторов, включая проницаемость (которая колеблется в 10 10 !) И региональную влажность, как показано на Рисунке 12 справа.Эти факторы могут привести к появлению множества конфигураций водного зеркала, некоторые из которых могут быть довольно противоречивыми. ПРИМЕЧАНИЕ: описанные здесь процессы являются естественными. При наличии конструкционного материала поверхностное наслоение может быть совершенно другим. Источники Палацкий, Г.В. (1987), Характеристики удельного сопротивления геологических целей , в Электромагнитные методы в прикладной геофизике, Том 1, Теория, 1351 Geonics Ltd.Техническая записка 5 (1980), Электропроводность грунтов и горных пород , технические ссылки (см. Страницу ссылок). Келлер Г.В. и Фришкнехт Ф.К. (1996) Электрические методы в геофизической разведке, Пергамон, Лондон.

.

Разница между сопротивлением и удельным сопротивлением со сравнительной таблицей

Одно из основных различий между сопротивлением и удельным сопротивлением материала состоит в том, что сопротивление противодействует потоку свободных электронов, тогда как удельное сопротивление — это свойство материала, которое определяет сопротивление материала, имеющего определенные размеры. Другие различия между ними описаны ниже в сравнительной таблице.

Содержание: Сопротивление V / S Удельное сопротивление

1. Таблица сравнения
2. Определение
3. Ключевые отличия

Сравнительная таблица

Основа для сравнения	Сопротивление	Удельное сопротивление
Определение	Свойство вещества, благодаря которому оно противодействует потоку электронов.	Определяется как сопротивление материала определенных размеров.
Формула
Единица СИ	Ом	Ом-метр
Символ	R	ρ
Зависимость	Длина, площадь поперечного сечения проводника и температура.	Температура

Определение сопротивления

Сопротивление — это свойство материала, которое препятствует прохождению тока.Когда к проводнику прикладывается напряжение, свободные электроны начинают двигаться в определенном направлении. При движении эти электроны коллапсируют с атомами или молекулами и, следовательно, выделяют тепло. Эти атомы или молекулы препятствуют движению свободных электронов в материале.

Это противостояние известно как сопротивление. Он представлен формулой

Где l — длина жилы
a — площадь поперечного сечения жилы
ρ — удельное сопротивление материала.

Единица измерения материала в системе СИ — ом, обозначаемая как Ом при кОм.

Факторы, влияющие на сопротивление

Сопротивление провода зависит от следующих факторов.

1. Сопротивление провода увеличивается с увеличением длины проводника.
2. Он обратно пропорционален площади поперечного сечения проводника.
3. Зависит от материала проволоки.
4. Стойкость материалов зависит от их температуры.

Определение удельного сопротивления

Удельное сопротивление также известно как удельное сопротивление. Удельное сопротивление представляет собой сопротивление материала, который имеет определенные размеры, то есть материал имеет длину 1 метр и площадь поперечного сечения 1 квадратный метр.

Формула представляет собой удельное сопротивление материала

Где l — длина жилы
a — площадь поперечного сечения жилы
R — сопротивление материала

Единица измерения удельного сопротивления в системе СИ — омметр.Удельное сопротивление прямо пропорционально температуре материала. Удельное сопротивление куба со стороной один метр определяется как сопротивление между двумя противоположными фазами куба длиной один метр.

Ключевые различия между сопротивлением и удельным сопротивлением

1. Сопротивление — это свойство материала, которое препятствует прохождению тока, тогда как удельное сопротивление дает сопротивление материала фиксированного размера.
2. Сопротивление — это отношение длины и площади поперечного сечения проводника, тогда как удельное сопротивление материала — это отношение произведения сопротивления и площади к длине проводника.
3. Сопротивление обозначается символом R, тогда как удельное сопротивление обозначается символом ρ.
4. Единица измерения сопротивления в системе СИ — ом, а в системе СИ — омметр.
5. Сопротивление материала зависит от длины, поперечного сечения и площади проводника, тогда как удельное сопротивление зависит от природы и температуры материала.

Сопротивление, обратное сопротивлению, называется проводимостью материала.

.