Conductivitatea electrica. Rezistivitatea.

Conductivitatea electrica. Rezistivitatea.

Comportarea unui material in ceea ce priveste starea sa electrocinetica, de conductie electrica, depinde de natura substantei si starea ei, fizica si chimica, putand fi evaluata cantitativ prin marimile specifice de material denumite conductivitate electrica si / sau rezistivitate care calitativ (ca notiune) si cantitativ (numeric) sunt marimi inverse.

Conductivitatea electrica a unui material uniform, marime ce se noteaza cu γ, se poate defini prin raportul:

, (1.61)

unde si sunt valorile absolute ale intensitatii campului electric dintr-un punct al materialului si -respectiv- densitatii de curent existente in acelasi punct. In fapt, numai la materialele uniforme, conductivitatea electrica reprezinta coeficientul de proportionalitate dintre marimea de stare electrocinetica a corpului (materialului) si marimea de stare a campului electric , existente in acelasi punct.

Experienta a aratat ca, introduse intr-un camp electric, corpurile dobandesc o stare electrocinetica care depinde de materialul corpului, fapt exprimat cantitativ de marimea de material conductivitate electrica γ (notata uneori si cu σ). Conform definitiei (1.61), ecuatia dimensionala a conductivitatii electrice este, avand in vedere ecuatiile (1.10) si (1.42`):

. (1.62)

Unitatea de masura SI a conductivitatii electrice este siemens pe metru, cu simbolul S/m, care se poate explica cu ajutorul ecuatiei dimensionale (1.62) stiind ca in SI raportul amper pe volt (A/V) i se da -conventional- denumirea de siemens.

In functie de valorile pe care le are conductivitatea lor electrica γ, materialele se clasifica in:

conductori, daca γ > 10⁶ S/m (de exemplu cuprul electrolitic are are γ_Cu = 5,8 10⁷ S/m),

izolanti, daca γ < 10 ^-16 S/m si

semiconductori, daca γ = 10^-3 10⁵.

Rezistivitatea materialului, notata cu ρ, se defineste prin relatia:

, (1.63)

adica este "inversa" conductivitatii si -ca urmare- unitatea sa de masura in SI este , adica "unu pe siemens-metru". Deoarece conventional, denumirii de "unu pe siemens" i s-a dat numele de "ohm", cu simbolul W, unitatea de masura in SI a rezistivitatii materialului este ohm metru, cu simbolul Wm. Dimensional: .

Rezistivitatea materialelor este influentata de actiunile exterioare in special ale caldurii si solicitarilor exterioare. Astfel, variatia cu temperatura a rezistivitatii materialelor se poate determina cu expresia polinomiala:

(1.64)                         ,

care, pentru domenii relativ mici de temperatura , poate fi aproximata printr-o variatie liniara:

(1.64`)                    .

In relatiile (1.64) si (1.64`), este rezistivitatea materialului determinata la o temperatura de referinta T₀, ρ_T - rezistivitatea materialului la temperatura de "lucru" si α, β, γ, sunt coeficientii variatiei cu temperatura a rezistivitatii materialului (care sunt coeficienti numerici specifici fiecarui material) ce se determina prin masurari.

Variatia rezistivitatii materialului in functie de solicitarile mecanice, daca acestea duc la deformatii ce se mentin in domeniul elastic, se poate determina cu expresia:

,

unde: ρ este rezistivitatea materialului nesolicitat mecanic, σ_n - tensiunea mecanica interioara, φ - coeficientul mecanic al rezistivitatii (care se determina prin masurari, semnul + corespunzand solicitarii la intindere, iar cel - compresiunii) si ρ_def este rezistivitatea materialului deformat sub actiunea tensiunii interne σ_n.

Despre un material se spune ca este un conductor perfect daca are ρ = 0 (ceea ce inseamna γ ); daca un material are γ = o (deci ρ ) atunci el este un izolant perfect. Acestea sunt, insa, limite extreme ideale.

In tabelul 1.3 sunt prezentate, preluate din Catuneanu, V. s.a., "Materiale si componente electronice", E.D.P, Bucuresti, 1972, valorile marimilor ρ si α pentru cateva materiale conductoare metalice.

Tabelul 1.3