Električna otpornost i provodnost

Električna otpornost (oznaka ρ), zastarjeli naziv specifični električni otpor, je fizička veličina koja opisuje svojstvo materije da se opire proticanju električne struje.^[1][2][3] Električna otpornost je recipročna električnoj provodnosti. Može se odrediti merenjem električnoga otpora , dužine električnog provodnika u smeru električne struje i površine njegovog poprečnog preseka , to jest:

${\displaystyle \rho ={\frac {R\cdot S}{l}}}$

Električna otpornost je električni otpor žice preseka 1 mm² i dužine 1 m.

Merna jedinica električne otpornosti je om metar (Ωm).

Najmanju električnu otpornost imaju superprovodnici, potom električni provodnici, poluprovodnici i elektroliti, a najveću električni izolatori. Osim od vrste materije otpornost zavisi i od primesa u materiji, temperaturi, strukturi materije, tako na primer otpornost vode u tečnom stanju jako zavisi od koncentracije rastvorenih soli (ukupne rastvorene materije).^[4]

Električna provodnost

Električna provodnost (oznaka σ), zastareli naziv specifična električna provodljivost, je fizička veličina koja opisuje svojstvo materije da provodi električnu struju. Električna provodnost je recipročna električnoj otpornosti. Može se odrediti merenjem električne provodljivosti , dužine električnog provodnika u smeru električne struje i površine njegovog poprečnog preseka , to jest:

${\displaystyle \sigma ={\frac {G\cdot l}{S}}}$

Merna jedinica električne provodnosti je simens po metru ().

Najveću električnu provodnost imaju superprovodnici, potom električni provodnici, poluprovodnici i elektroliti, a najmanju električni izolatori. Osim od vrste materije, provodnost zavisi i od primesa u materiji, temperaturi, strukturi materije, na primer provodnost vode u tečnom stanju jako zavisi od koncentracije rastvorenih soli (ukupne rastvorene materije). ^[5]

Električna otpornost i provodnost nekih materije

Lista ispod pokazuje električnu otpornost, električnu provodnost i temperaturni koeficijent električnog otpora za različite materijale na 20  °C (293 K):

Materijal	kod 20 °C	kod 20 °C	Temperaturni koeficijent električnog otpora (K−1)	Izvori
Grafen	1,00 x 10-8	1,00 x 108	−0,000 2	[6]
Srebro	1,59 x 10-8	6,3 x 107	0,003 8	[7][8]
Bakar	1,68 x 10-8	5,96 x 107	0,003 862	[9]
Žareni bakar	1,72 x 10-8	5,8 x 107	0,003 93	[10]
Zlato	2,44 x 10-8	4,11 x 107	0,003 4	[7]
Aluminijum	2,82 x 10-8	3,5 x 107	0,003 9	[7]
Kalcijum	3,36 x 10-8	2,98 x 107	0,004 1
Volfram	5,60 x 10-8	1,79 x 107	0,004 5	[7]
Cink	5,90 x 10-8	1,69 x 107	0,003 7	[11]
Nikal	6,99 x 10-8	1,43 x 107	0,006
Litijum	9,28 x 10-8	1,08 x 107	0,006
Željezo	9,71 x 10-8	1,00 x 107	0,005	[7]
Platina	1,06 x 10-7	9,43 x 106	0,003 92	[7]
Kalaj	1,09 x 10-7	9,17 x 106	0,004 5
Ugljenični čelik (1010)	1,43 x 10-7	6,99 x 106		[12]
Olovo	2,20 x 10-7	4,55 x 106	0,003 9	[7]
Titanijum	4,20 x 10-7	2,38 x 106	0,003 8
Električni čelik sa usmerenim zrnom	4,60 x 10-7	2,17 x 106		[13]
Manganin	4,82 x 10-7	2,07 x 106	0,000 002	[14]
Konstantan	4,90 x 10-7	2,04 x 106	0,000 008	[15]
Nerđajući čelik (18/8 )	6,90 x 10-7	1,45 x 106	0,000 94	[16]
Živa	9,80 x 10-7	1,02 x 106	0,000 9	[14]
Hromnikal	1,10 x 10-6	6,7 x 105	0,000 4	[7]
	od 1,00 x 10-3 do 1,00 x 108	od 1,00 x 10-8 do 103		[17]
Ugljenik (amorfni)	od 5,00 x 10-4 do 8,00 x 10-4	od 1,25 x 103 do 2 x 103	−0.0005	[7][18]
Ugljenik (grafit)	od 2.50 x 10-6 do 5.00x 10-6	od 2,00 x 105 do 3,00 x 103		[19]
Germanijum	0,46	2,17	− 0,048	[7][8]
Morska voda	0,20	4,80		[20]
Bazenska voda	od 0,333 do 0,40	od 0,25 do 0,30		[21]
Pitka voda	od 20 do 2 000	od 5,00 x 10-4 do 5,00 x 10-2
Silicijum	6.40 x 102	1,56 x 10-3	-0,075	[7]
Drvo	od 1.00 x 103 do 1,00 x 104	od 10-4 do 10-3		[22]
Destilovana voda	1,80 x 105	5,50 x 10-6		[23]
Staklo	od 1,00 x 1011 do 1,00 x 1015	od 10-15 do 10-11		[7][8]
Tvrda guma	1,00 x 1013	10-14		[7]
Suho drvo	od 1,00 x 1014 do 1,00 x 1016	od 10-16 do 10-14		[22]
Sumpor	1,00 x 1015	10-16		[7]
Vazduh	od 1,30 x 1014 do 3,30 x 1014	od 3 x 10-15 do 8 x 10-15		[24]
Dijamant	1,00 x 1012	10-13		[25]
Kremeno staklo	7,50 x 1017	1,30 x 10-18		[7]
PET	1,00 x 1021	10-21
Teflon	od 1,00 x 1023 do 1,00 x 1025	od 10-25 do 10-23

Gustina otpornosti

U nekim vidovima primene gde je težina predmeta veoma važna, gustina otpornosti proizvoda je važnija od apsolutno niske otpornosti – često postoji mogućnost da se napravi deblji provodnik da bi se kompenzovalo za veću otpornost; i stoga je niska gustina otpornosti materijala proizvoda poželjna. Na primer, kod nadzemnih električnih vodova na velika rastojanja, aluminijum se često koristi umesto bakra () jer jer je lakši a ima približno istu provodnost.

Srebro, mada ima najmanju otpornost od svih metala, ima visoku gustinu i stoga se ponaša slično sa bakrom, ali je daleko skuplje. Kalcijum i alkalni metali imaju podesne vrednosti gustine otpornost ali se retko koriste kao provodnici usled njihove velike reaktivnosti sa vodom i kiseonikom (i odsustva fizičke jačine). Aluminijum je daleko stablniji. Berilijum se ne koristi zbog toksičnosti.^[26] (Čist berilijum je isto tako veoma krt.) Stoga je aluminijum obično najpodesniji metal kad su težina i cena provodnika kriterijumi.

Material	Otpornost ()	Gustina (3)	Otpornost × gustina produkta		Relativna zapremina neophodna da proizvede istu provodnost kao	Relativna težina (masa) neophodan da proizvede istu provodnost kao	Približna cena (USD po ) (12/9/2018)	Relativna cena u odnosu na
			(−1)	Relativna na
Natrijum	47,7	0,97	46	31%	2,843	0,31
Litijum	92,8	0,53	49	33%	5,531	0,33
Kalcijum	33,6	1,55	52	35%	2,002	0,35
Kalijum	72,0	0,89	64	43%	4,291	0,43
Berilijum	35,6	1,85	66	44%	2,122	0,44
Aluminijum	26,50	2,70	72	48%	1,5792	0,48	2,0	0,16
Magnezijum	43,90	1,74	76	51%	2,616	0,51
Bakar	16,78	8,96	150	100%	1	1	6,0	1
Srebro	15,87	10,49	166	111%	0,946	1,11	456	84
Zlato	22,14	19,30	427	285%	1,319	2,85	39,000	19,000
Gvožđe	96,1	7,874	757	505%	5,727	5,05

Reference

1. Lowrie (20. 9. 2007). Fundamentals of Geophysics. Cambridge University Press. стр. 254—. ISBN 978-1-139-46595-3.
2. Kumar, Narinder (2003). Comprehensive Physics XII. Laxmi Publications. стр. 282. ISBN 978-81-7008-592-8.
3. Bogatin, Eric (2004). Signal Integrity: Simplified. Prentice Hall Professional. стр. 114. ISBN 978-0-13-066946-9.
4. Električna otpornost, "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2017.
5. Električna provodnost, "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2017.
6. Physicists Show Electrons Can Travel More Than 100 Times Faster in Graphene, date=19. 9. 2013. Newsdesk.umd.edu (2008-03-24). Приступљено 2014-02-03.
7. Serway, Raymond A. (1998). Principles of Physics (2nd изд.). Fort Worth, Texas; London: Saunders College Pub. стр. 602. ISBN 978-0-03-020457-9.
8. Griffiths, David (1999) [1981]. „7. Electrodynamics”. Ур.: Alison Reeves. Introduction to Electrodynamics (3rd изд.). Upper Saddle River, New Jersey: Prentice Hal]. стр. 286. ISBN 978-0-13-805326-0. OCLC 40251748.
9. Giancoli, Douglas (2009) [1984]. „25. Electric Currents and Resistance”. Ур.: Jocelyn Phillips. Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics (4th изд.). Upper Saddle River, New Jersey: Prentice Hall. стр. 658. ISBN 978-0-13-149508-1.
10. Copper wire tables : United States. National Bureau of Standards : Free Download & Streaming : Internet Archive. Archive.org (2001-03-10). Приступљено 2014-02-03.
11. Physical constants Архивирано на сајту (23. новембар 2011). (PDF format; see page 2, table in the right lower corner). Приступљено 2011-12-17.
12. AISI 1010 Steel, cold drawn. Matweb
13. „JFE steel” (PDF). Приступљено 20. 10. 2012.
14. Giancoli, Douglas C. (1995). Physics: Principles with Applications (4th изд.). London: Prentice Hall. ISBN 978-0-13-102153-2.
    (see also Table of Resistivity. hyperphysics.phy-astr.gsu.edu)
15. John O'Malley (1992) Schaum's outline of theory and problems of basic circuit analysis, p. 19, McGraw-Hill Professional. 978-0-07-047824-4.
16. Glenn Elert (ed.), "Resistivity of steel", The Physics Factbook, retrieved and 16 June 2011.
17. Ohring, Milton (1995). Engineering materials science, Volume 1 (3rd изд.). Academic Press. стр. 561. ISBN 978-0-12-524995-9.
18. Y. Pauleau, Péter B. Barna, P. B. Barna (1997) Protective coatings and thin films: synthesis, characterization, and applications, p. 215, Springer. 978-0-7923-4380-6.
19. Hugh O. Pierson, Handbook of carbon, graphite, diamond, and fullerenes: properties, processing, and applications, p. 61, William Andrew. 1993.  978-0-8155-1339-1.
20. Physical properties of sea water Архивирано на сајту (18. јануар 2018). Kayelaby.npl.co.uk. Приступљено 2011-12-17.
21. . chemistry.stackexchange.com
22. Transmission Lines data. Transmission-line.net. Приступљено 2014-02-03.
23. Pashley, M. J.; Rzechowicz; Pashley; Francis (2005). „De-Gassed Water is a Better Cleaning Agent”. The Journal of Physical Chemistry B. 109 (3): 1231—8. PMID 16851085. doi:10.1021/jp045975a.
24. Pawar, D. M.; Murugavel; 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.  978-0-7923-9524-9.
26. Chemical properties of beryllium - Health effects of beryllium - Environmental effects of beryllium

Literatura

• Kumar, Narinder (2003). Comprehensive Physics XII. Laxmi Publications. стр. 282. ISBN 978-81-7008-592-8.

• Lowrie (20. 9. 2007). Fundamentals of Geophysics. Cambridge University Press. стр. 254—. ISBN 978-1-139-46595-3.
• Paul Tipler (2004). Physics for Scientists and Engineers: Electricity, Magnetism, Light, and Elementary Modern Physics (5th изд.). W. H. Freeman. ISBN 978-0-7167-0810-0.
• Measuring Electrical Resistivity and Conductivity

Spoljašnje veze

• „Electrical Conductivity”. Sixty Symbols. Brady Haran for the University of Nottingham. 2010.
• -{Comparison of the electrical conductivity of various elements in WolframAlpha

}-