Удельное электрическое сопротивление материала: в чем измеряется

Сопротивлением (импедансом) в электрике называется свойство токопроводящего материала оказывать противодействие пропусканию электрического тока. Оно зависит от параметров электричества, внешних условий, состава и состояния самого проводника. Что такое удельное электрическое сопротивление материала (УСМ), как оно определяется, в чем измеряется. Разберёмся с отличиями УСМ от обычного импеданса.

Что называют удельным сопротивлением проводника

Удельное электрическое сопротивление – это дискретная величина, описывающая способность проводника противостоять пропусканию проходящей через него электрической волновой энергии. В физике оно обозначается буквой ρ, как и плотность материалов. Зависит удельное сопротивление проводника от:

• Самого вещества, из которого изготовлен проводник либо полупроводниковый материал.
• Температуры – нагрев проводников увеличивает УЭС, для полупроводников – уменьшает.
• Площади сечения проводящего материала.
• Длины полу- или проводника.

При этом считается, что габариты проводящего ток объекта не изменяются по всей его длине.

Значение, на которое снижается либо повышается удельное сопротивление, называют температурным коэффициентом удельного сопротивления, обозначается α.

Температурная зависимость для проводящих материалов объясняется повышением амплитуды колебания атомов вещества в кристаллической решётке при нагреве. Рост интенсивности колебания препятствует передачи волновой электроэнергии. В проводниках, наоборот, с ростом температуры повышается число носителей электрического заряда: дырки, электроны.

Дефекты в структуре кристаллической решётки и наличие примесей повышают ρ, например, при добавлении 1% марганца в медь удельный импеданс материала повышается втрое.

Формула вычисления удельного сопротивления 

Вычисляют УСМ по формуле:

\rho = \frac{R*S}{l}, здесь:

• R – электрическое сопротивление;
• S – поперечное сечение проводника;
• l – его длина.

Кроме закона Ома электрическое сопротивление выражают через удельное ρ:

R = \frac{ \rho *S}{l}.

Температурная зависимость УСМ описывается уравнением, актуальным и для сопротивления:

ρ = ρ₀ (1 + αt), где:

• ρ₀ – удельный импеданс при 0 °C;
• α – коэффициент УСМ;
• t – текущая температура материала.

В случае охлаждения монокристалла его удельный импеданс стремится к нулю. Получается, что в идеальной кристаллической решетке, охлаждённой до абсолютного нуля, носители заряда не взаимодействуют с ионами вещества. Электроны могут преодолевать дистанции, на 7-8 порядков больше межатомных расстояний.

Единица измерения удельного электрического сопротивления

В международной системе единиц СИ удельное сопротивление отсутствует, ведь это производная. Единица измерения обычного импеданса в ней Ом (Ω), названная в честь Георга Ома – физика с Германии. Удельное сопротивление, исходя из формулы, изменяется в Ом · метр или Ом · м. Вывести можно самому:

R = \frac{ \rho *S}{l} :\frac{Ом*м^2}{м} = Ом · м.

В 1911 году обнаружен так называемый эффект сверхпроводимости. При охлаждении ртути до 4 К её удельный импеданс скачкообразно падает до нуля.