In de elektronentheorie draaien negatief geladen elektronen in vaste banen rond de kern (positieve lading). Materialen waarin elektronen gemakkelijk worden aangetrokken door een extern elektrisch veld en uit hun banen vliegen om vrije elektronen te worden, worden geleiders genoemd. Metalen kunnen elektriciteit geleiden omdat ze onder invloed van een extern elektrisch veld een groot aantal vrije elektronen genereren. Deze vrije elektronen bewegen van een lage potentiaal naar een hoge potentiaal, waardoor een elektronenstroom of elektrische stroom ontstaat.
Metalen bestaan uit atomen die in een regelmatig rooster zijn gerangschikt, een kristalstructuur die bekend staat als een rooster. Wanneer vrije elektronen worden versneld en geleid door een elektrisch veld, botsen ze constant met atomen en met elkaar, waardoor hun beweging wordt vertraagd en energie wordt afgevoerd. Bijgevolg vertonen geleidende materialen een bepaalde weerstand tegen de stroom van elektrische stroom. Deze weerstand wordt weerstand genoemd en vertegenwoordigt de weerstand van de geleider tegen de stroom.
Weerstand is de weerstand van een geleider gemaakt van een specifiek materiaal met een standaard lengte-eenheid en een standaard dwarsdoorsnede-eenheid, bij een bepaalde temperatuur.
Deze definitie kan beter worden begrepen door middel van een formule:
R=ρ·L/A
-
R is de weerstand van de geleider, met de eenheid in ohm (Ω).
-
ρ (rho) is de soortelijke weerstand, met de eenheid in ohm-meters (Ω·m).
-
L is de lengte van de geleider, met de eenheid in meters (m).
-
A is de dwarsdoorsnede van de geleider, met de eenheid in vierkante meters (m2).
Soortelijke weerstand en geleidbaarheid zijn omgekeerd evenredig.
Hoe groter de geleidbaarheid, hoe kleiner de weerstand van het materiaal en hoe beter de geleidbaarheid.
In de wervelstroomtesttechnologie heeft geleidbaarheid geen absolute waarde nodig, maar een relatieve waarde. De meest gebruikte is de International Annealed Copper Standard (IACS), een niet-internationale eenheid die de metaalgeleidbaarheid vertegenwoordigt.
Om het onderscheid tussen materialen te vergemakkelijken, bepaalde de International Electrotechnical Commission (IEC) in 1913 dat de industriële hoogzuivere koperkalibratie in een gegloeide toestand met een soortelijke weerstand van 1 m 1 m lang en 1 mm21 mm2 dwarsdoorsnede bij een temperatuur van 20°C 1,7241×10−8Ω⋅m1,7241×10−8Ω⋅m was, de geleidbaarheid van 100%IACS100%IACS, en de soortelijke weerstand van andere metalen of legeringen ρXρX en geleidbaarheid σxσx zijn de verhouding van de geleidbaarheid van industrieel hoogzuiver koper in deze gegloeide toestand bij 20°C als de geleidbaarheid van het metaal of de legering, die wordt uitgedrukt als een percentage, dat wil zeggen, %IACS of PIACS (P is een percentage)
Temperatuur
Soortelijke weerstand, geleidbaarheid en temperatuurcoëfficiënt van weerstand van typische metalen en legeringen
Legeringssamenstelling
Voor materialen met een vaste oplossingslegering (impacten zijn gelijkmatig verdeeld in metalen substraten), als de rangschikking van legeringsatomen onregelmatig is, dat wil zeggen, een ongeordende vaste oplossing, neemt de soortelijke weerstand over het algemeen toe met de toename van legeringscomponenten. Als de legeringsatomen echter in een bepaalde verhouding in een zeer regelmatig kristalrooster zijn gerangschikt, dat wil zeggen, een geordende vaste oplossing, heeft de soortelijke weerstand een minimale waarde naarmate de legeringscomponenten veranderen.
Materialen van verschillende legeringscomponenten hebben verschillende geleidbaarheid, wat niet alleen de basis is van de materiaalsorteermethode in wervelstroomdetectietechnologie, maar ook een van de belangrijke factoren die in wervelstroomdetectie in overweging moeten worden genomen en die de impedantie van de detectiespoel beïnvloeden.
Onzuiverheidsgehalte
Onzuiverheden in metalen kunnen metaalroostervervorming veroorzaken, wat de rangschikking van atomen in het materiaal beïnvloedt, waardoor elektronen worden verstrooid en de soortelijke weerstand toeneemt.
Stress
De interne spanning die in het metaal aanwezig is, kan ervoor zorgen dat het metaalrooster vervormt, waardoor de kans op elektronenbotsingen toeneemt, waardoor de soortelijke weerstand toeneemt. Binnen het elastische bereik zal de spanning van unidirectionele trek- of torsie bijvoorbeeld de soortelijke weerstand van het metaal verhogen, terwijl onder invloed van unidirectionele drukkracht de soortelijke weerstand voor de meeste metalen wordt verminderd, of de interne spanning van het metaal na koud bewerken en warmtebehandeling zal ook de geleidbaarheid verminderen.
Normale vervorming bereikt door warm en koud bewerken
Het resultaat van normale vervorming is dat de atomaire rangschikkingsstructuur vervormd is en de kans op elektronenbotsingen toeneemt. Hoe groter de mate van vervorming, hoe groter de soortelijke weerstand toeneemt. Voor koud bewerkte metalen kan de soortelijke weerstand echter na langdurige verhitting op hoge temperatuur, zoals gloeien en het elimineren van roostervervorming, worden teruggebracht tot een lage waarde die dicht bij de oorspronkelijke waarde ligt.
Warmtebehandelingsproces
De geleidbaarheid van hetzelfde materiaal varieert onder verschillende warmtebehandelingstoestanden. Enkele kristalmetalen of volledig gegloeide hoogzuivere metalen hebben de neiging om een hoge geleidbaarheid te hebben, terwijl legeringen een lagere geleidbaarheid hebben. Gloeien van metalen zoals aluminium, zilver, koper, ijzer na koud bewerken zal de soortelijke weerstand verminderen. De weerstand van het materiaal neemt meestal af met de toename van de gloeitemperatuur, maar wanneer de gloeitemperatuur hoger is dan de herkristallisatietemperatuur, neemt de weerstand in plaats daarvan toe.
Bovendien hebben verschillende soorten materialen (isolatoren, geleiders, halfgeleiders) ook verschillende geleidbaarheid.
Om een dieper inzicht te krijgen in wervelstroomtesten, moet u ook de magnetische permeabiliteit kennen.
Bekijk onze post voor deel twee.
SLEUTELWOORDEN:
Hoe temperatuur de metaalgeleidbaarheid beïnvloedt, Effect van onzuiverheden op soortelijke weerstand, Metaalroosterdefecten en geleidbaarheid, Natuurkundige grondbeginselen van wervelstroomtesten, Geleidbaarheid versus soortelijke weerstand
