Laaja analyysi alumiinista vastuksena

Vastusmateriaalien merkitystä sähkötekniikan ja materiaalitieteen alalla ei voida korostaa liikaa. Resistiivisyyttä tai taipumusta vastustaa sähkövirran virtausta pidetään yhtenä tekijänä materiaalin soveltuvuudelle vastukseksi. Jokapäiväisessä elämässämme alumiini on tärkeä metalli, koska se on kevyt ja erittäin johtava; Esimerkiksi siitä on tehty juomatölkkejä ja lentokoneiden rakenteita. Onko alumiini kuitenkin hyvä vastus? Tämä edellyttää myös, että ymmärrämme joitain tähän metalliin liittyviä fysikaalisia ominaisuuksia verrattuna siihen, mitä yleensä odotamme vastuksilta.

Resistiivisyyden perusteet:

Sitä voidaan kutsua luontaiseksi ominaisuudeksi, joka määrittää, kuinka vaikeaa aineen on päästää sähköä sen läpi. Joillakin materiaaleilla, kuten hiilellä tai tietyillä seoksilla, on suhteellisen korkea sähkövastus, ja siksi niitä suositellaan käytettäväksi vastuksina. Toisaalta metalleilla on alhainen resistiivisyys ja siten ne johtavat sähköä paremmin, mikä tekee niistä huonoja ehdokkaita vastuksille.

Alumiinin sähköiset ominaisuudet:

Tämä tosiasia tekee alumiinista niin suositun sähköasentajien keskuudessa, jotka käyttävät sitä rakennusten ja voimansiirtolinjojen johdotukseen, koska sen alhainen resistiivisyys (noin 2.82×10^-8 Ω · m 20 ° C: ssa) osoittaa, että tällä metallilla on optimaalinen sähkönjohtavuus. Sellaisenaan se täyttää luonnollisesti yhden ehdon, joka kaikissa sähköpiireissä käytettävien johtimien tulisi täyttää: johdinvastuksen tuottamasta lämmöstä johtuva minimaalinen energiahäviö.

Miksi alumiini ei ole hyvä vastus:

Näin ollen, kun otetaan huomioon oma matala luontainen resistiivisyys, alumiini ei voi toimia tehokkaasti vastuksena. Vastuselementin on luotava tarkoituksellinen este virranjohtavuudelle, joka muuntaa sähkötehon lämmöksi. Sen johtavuus on korkea, mikä tarkoittaa, että normaaleissa olosuhteissa virta voi helposti virrata läpi ilman suuria rajoituksia, joten siihen ei koskaan häviä paljon lämpöenergiaa, kun se on kiinnitetty jännitelähteiden yli virheellisesti. Tästä vastuksessa ei pitäisi olla kyse.

Vastusten vaihtoehtoiset materiaalit:

Niiden resistiivisyys on huomattavasti korkeampi kuin alumiinin, mikä tekee niistä edullisia materiaaleja käytettäväksi vastuksissa. Esimerkiksi hiilikoostumus, metallioksidi ja jotkut seokset toimivat esimerkkeinä [18]. Jos nämä materiaalit on muotoiltu ja suunniteltu oikein, ne voivat tarjota laajan valikoiman vastusarvoja, jotka helpottavat sähköpiirien virran ja jännitejakauman tarkkaa hallintaa.

Johtopäätös:

Esimerkiksi alumiini, joka on erittäin johtava ja alhainen resistiivisyys, ei voi tehdä korkealaatuista vastusmateriaalia. Sen vahvin kohta on kuitenkin sähkönsiirto pienellä energiahäviöllä, mikä tekee siitä ihanteellisen johdotukseen tai muuhun johdintyyppiseen sovellukseen. Toisaalta korkeamman resistiivisyyden materiaalit, kuten hiilikoostumustyypit ja metallioksidit, soveltuvat paremmin vastusten valmistukseen, joiden on tarkoituksellisesti hidastettava sähkövirran virtausta varmistaen samalla, että sen kulkevat vain ne elektronit, jotka voivat kohtuudella toimittaa energiansa kuumenematta. Siten vastaus "Onko alumiini hyvä vastus?" kysymys on kielteinen, koska on otettava huomioon monia näkökohtia ennen kuin valitaan sopivia materiaaleja mihinkään tiettyyn sähkösovellukseen.