Elektrik mühendisliğinde ohm ve ohmik olmayan malzemeler arasında ayrım yapmak

Elektrik mühendisliğinde, elektriksel olarak iletken malzemeler ile ohmik ve ohmik olmayan tipler arasında bir ayrım yapılır.Ohmik iletkenler, voltaj ve akım arasında doğrusal bir ilişki sergileyerek, farklı elektrik yükleri altında sabit direnci göstererek Ohm yasasına uyuyorlar.Bu öngörülebilir doğa, elektronik cihazların ve devrelerin tasarlanması ve çalıştırılması için dinamiktir.

Öte yandan, ohmik olmayan iletkenler değişken direnç gösterir, kullanımlarını karmaşıklaştırır, ancak güç düzenlemesi ve sinyal işleme gibi gelişmiş uygulamalarda faydalar sağlar.Davranışları sıcaklık, malzeme özellikleri ve elektrik yüklerindeki değişikliklere göre değişir, bu da faydalarını en üst düzeye çıkarmak için ayrıntılı analiz gerektirir.Ohmik ve ohmik olmayan iletkenlerin bu keşfi, elektronik bileşen tasarımı ve işlevselliğini optimize etmek için gereken ayırt edici özelliklerini, uygulamalarını ve analitik yöntemlerini vurgulamaktadır.

Katalog

Şekil 1. Ohmik ve ohmik olmayan iletkenler

Ohmik ve ohmik olmayan iletkenleri anlamak

Voltaj ve akımın farklı iletken türlerinde nasıl etkileşime girdiğini incelerken, V-I karakteristik eğrisi adı verilen bir araca güveniyoruz.Bu eğri, y ekseninde voltaj ve x ekseninde akım çizer.Bu eğriyi oluşturmak için, iletken boyunca uygulanan voltaj, ortaya çıkan akım ölçülürken kademeli olarak ayarlanır.Bu işlem, iletkenin çeşitli voltaj seviyelerine nasıl tepki verdiğini ortaya koymaktadır.

Ohmik iletkenlerde, voltaj ve akım arasındaki ilişki basit ve öngörülebilirdir.Ohm yasasına göre, bu iki miktar doğru orantılıdır.Voltaj arttıkça, akım sabit bir oranda artar ve düz çizgi (doğrusal) V-I eğrisi üretir.Bu doğrusallık, voltajın ne kadar değiştiğine bakılmaksızın, iletken içindeki direncin sabit kaldığını gösterir.Malzemelerin bu koşullar altında doğrusal olmayan davranış sergileyebileceğine dair daha önceki varsayımlar, ohmik iletkenler için yanlış olduğu kanıtlanmıştır.

Bununla birlikte, ohmik olmayan iletkenler bu basit paterni takip etmezler.Daha düşük voltajlarda, başlangıçta ohmik iletkenlere benzer doğrusal bir ilişki sergileyebilirler.Ancak voltaj yükselmeye devam ettikçe, eğri düz çizgiden bükülmeye veya sapmaya başlar, bu da dirençin artık sabit olmadığını gösterir.Bunun yerine, uygulanan voltaja bağlı olarak değişir.Bu doğrusal olmayan davranış, akkor ampuller ve bazı yarı iletken bileşenler gibi cihazlarda yaygın olarak görülür.Bu durumlarda, farklı elektrik koşulları altındaki sıcaklık değişiklikleri ve malzeme özellikleri gibi faktörler değişen direncine katkıda bulunur.

Şekil 2: Ohmik iletkenler

Ohmik iletkenlerin elektronikte rolü

Ohmik iletkenler, bir iletkenden akan akımın, üzerindeki voltajla doğru orantılı olduğunu belirten Ohm yasalarına bağlılıkları ile tanımlanır.Basitçe söylemek gerekirse, ohmik bir iletkene uygulanan voltajı ikiye katlarsanız, akım da iki katına çıkar.Bu davranış tahmin edilebilir ve matematiksel olarak v = ir olarak temsil edilir, burada r dirençtir.Ohmik iletkenlerde R, voltaj veya akımdaki değişikliklere bakılmaksızın sabit kalır.

Şekil 3: Ohmik özelliklere sahip malzeme örnekleri

Ohmik özelliklere sahip yaygın malzemeler örnekleri arasında bakır ve alüminyum gibi metallerin yanı sıra karbon ve bazı metal alaşımları bulunur.Bu malzemeler, voltaj ve akım arasında güvenilir bir ilişki sağlayan stabil dirençleriyle bilinir.Bu ilişki bir V-I eğrisi üzerinde grafiklendiğinde, sonuç düz bir çizgidir.Bu çizginin eğimi iletkenin direncini temsil eder - hat dikse, direnç yüksektir;Sığ ise, direnç düşüktür.Bu doğrusal ilişki elektronik devrelerin tasarımında ve işleyişinde etkilidir.Örneğin, bakır teller, farklı çalışma koşullarında stabil kalan düşük dirençleri nedeniyle elektrik sistemlerinde yaygın olarak kullanılır.Bu kararlılık, tutarlı devre performansını korumak ve aşırı ısınma veya voltaj düşüşleri gibi sorunlardan kaçınmak için dinamiktir.

Şekil 4: Dirençler

Voltaj ve devreler içindeki akımı kontrol etmek için uygun bileşenler olan dirençler tipik olarak ohmik davranış sergiler.Elektrik akışını düzenlemek için belirli miktarda direnç sağlamak için tasarlanmıştır, bu da devrelerin amaçlandığı gibi işlev görmesini sağlar.Çoğu uygulamada, ohmik dirençlerin öngörülebilirliği oldukça arzu edilir.Bununla birlikte, ohmik olmayan dirençlerin tercih edildiği, örneğin, farklı elektrik koşullarına yanıt olarak direncin değişmesi gereken dalgalanma koruma cihazlarında olduğu gibi durumlar vardır.Ohmik iletkenlerin ve bileşenlerin güvenilirliği ve öngörülebilir doğası, çoğu elektronik cihazın omurgasını oluşturur.Değişen koşullar altında tutarlı performansı sürdürme yetenekleri, basit kablolamadan karmaşık devre tasarımlarına kadar çok çeşitli uygulamalarda onları gerekli kılar.

Şekil 5: Ohmik olmayan iletkenler

Elektronik olmayan ohmik iletkenlerin gelişmiş uygulamaları

Ohmik olmayan iletkenler, uygulanan voltajla değişen dirençle karakterize edilir, bu da davranışlarını ohmik iletkenlere kıyasla daha karmaşık hale getirir.Akım ve voltajın doğru orantılı olduğu ohmik iletkenlerin aksine, ohmik olmayan iletkenler Ohm yasasını takip etmez.Örneğin, akkor bir ampulde, filamanın direnci ısındıkça artar ve akım akışını değiştirir.Bu, voltaj iki katına çıkarılırsa, akımın sadece ikiye katlanmadığı, çünkü direnç sıcaklık ve malzeme özellikleri ile değiştiği anlamına gelir.

Şekil 6: Yarıiletken diyotlar

Yarıiletken diyotlar, akımın ağırlıklı olarak bir yönde aktığı ohmik olmayan davranışın başka bir örneği sunar.Bir diyot için voltaj akımı (V-I) ilişkisi oldukça doğrusal değildir.Bir diyot, uygulanan voltaj ileri voltaj olarak bilinen belirli bir eşiği aşana kadar önemli bir akımın akmasına izin vermez.Bu eşiğin altında, akım çok düşük kalır.Öte yandan, voltaj ters yönde uygulandığında, ciddi bir arıza voltajına ulaşılana kadar akım minimal kalır.Bu benzersiz davranış, alternatif akımın (AC) doğrudan akıma (DC) dönüştürüldüğü düzeltme süreci için yerleşiyor.

Şekil 7: Akkor ampuller

Diyotlar ve akkor ampuller gibi bileşenlerin değişken direnci ve doğrusal olmayan yanıtı, ohmik olmayan iletkenlerde voltaj, direnç ve akım arasındaki karmaşık ilişkiyi vurgular.Bu özellikler daha gelişmiş elektronik uygulamalar için kullanılır, ancak öngörülebilirlik ve devre tasarımı açısından zorluklar da getirir.Mühendisler, uygun işlevsellik ve güvenilirliği sağlamak için ohmik olmayan bileşenleri elektronik sistemlere entegre ederken bu faktörleri dikkatle düşünmelidir.

Ohmik ve ohmik olmayan iletkenlerin karşılaştırmalı analizi

Ohmik iletkenler, akım ve voltaj arasındaki basit, doğrusal ilişkileri ile kolayca tanımlanır.Bir grafik üzerinde çizildiğinde, bu ilişki düz bir çizgi oluşturur, bu da uygulanan voltajdan bağımsız olarak direncin sabit kaldığını gösterir.Bu tutarlı davranış, sıcaklık veya diğer operasyonel koşullardaki değişikliklerden etkilenmez.Bakır gibi, kablolamada yaygın olarak kullanılan malzemeler ve dirençler gibi standart elektronik bileşenler ohmik iletkenleri örneklendirir.Kararlı ve öngörülebilir elektriksel özellikleri, çeşitli çevresel koşullarda güvenilir devre performansının sağlanmasında ısrarcıdır.

Ohmik olmayan iletkenler farklı davranırlar ve voltaj ve akım arasında doğrusal olmayan bir ilişki sergilerler.Bu malzemelerde, direnç sıcaklık ve elektrik yükü gibi faktörlerle değişir, bu da düz bir çizgi oluşturmak yerine bükülen veya eğriler olan bir V-I eğrisine yol açar.Bu, direncin sabit olmadığını, ancak çalışma koşullarına bağlı olarak değiştiğini gösterir.Ohmik olmayan iletkenlerin örnekleri arasında, modern elektroniklerde dinamik olan diyotlar ve transistörler gibi yarı iletken cihazlar bulunur.Pillerde ve elektrokimyasal hücrelerde kullanılan elektrolitler de bu kategoriye girer.Bu bileşenler, güç düzenlemesi ve sinyal işleme gibi, direnç ve akım akışındaki kontrollü değişikliklerin arzu edildiği uygulamalarda yararlıdır.

Şekil 8: Ohmik olmayan bir iletkenin direnci

Ohmik olmayan iletkenlerde direnci değerlendirme yöntemleri

Ohmik olmayan iletkenlerin direncini bulmak için, voltaj akımı (V-I) eğrisi boyunca belirli noktalardaki diferansiyel direnci hesaplayan eğim yöntemini kullanmanız gerekir.Bu yöntem, eğri üzerinde iki nokta seçilmesini ve voltajdaki değişimin (∆V) akımdaki (∆V) değişime oranının hesaplanmasını içerir.Bu iki nokta arasındaki çizginin eğimi, eğrinin o kısmındaki direnci verir.

Sabit bir dirence sahip olan ohmik iletkenlerin aksine, ohmik olmayan iletkenler voltaj ve akımdaki değişikliklere göre değişen direnç gösterir.Bu, eğim yöntemini gerekli kılar çünkü iletkenin farklı operasyonel durumlarda nasıl davrandığını yansıtan yerel bir direnç ölçümü sağlar.

Ohmik olmayan iletkenlerde direnç dinamiği

Ohmik olmayan direnç dinamiği İletkenler
Dirençte karmaşık değişkenler Hesaplama	Ohmik olmayan direncin hesaplanması İletkenler, malzeme özellikleri, sıcaklık gibi faktörlerin bir karışımını içerir Yarı iletkenlerde dalgalanmalar, elektrik alan yoğunluğu ve doping seviyeleri. Bu unsurlar, iletkenin direncini yapabilecek şekilde şekillendirmek için etkileşime girer. oldukça karmaşık olun.
Malzeme Özellikleri ve Direnç	Bir iletkenin bileşimi bir Direnişinin belirlenmesinde ana rol.Yarı iletkenlerde, örneğin, Farklı atomlar eklemek (doping olarak bilinen bir işlem) elektronların nasıl hareket ettiğini değiştirir malzeme aracılığıyla.Bu elektronlar genellikle atomlarla çarpışır ve Bu atomların doğası - ne oldukları ve nasıl düzenlendikleri - kolaylığı etkiliyor hangi elektronlar akabilir.Elektronların daha zor olması hareket edin, direnç o kadar yüksek olur.
Sıcaklık efektleri	Sıcaklık değişiklikleri önemli bir Ohmik olmayan iletkenlerin direnci üzerindeki etkisi.Sıcaklık arttıkça İletkendeki atomlar daha yoğun bir şekilde titreşir ve şansını arttırır onlarla çarpışan elektronlar.Bu artan çarpışma oranı daha yüksek rezistans.Bu sıcaklık hassasiyeti, Ohmik olmayan iletkenler, özellikle sıcaklıkların bulunduğu ortamlarda dalgalanma.
Elektrik alanı yoğunluğu	Yarı iletkenlerde, Elektrik alanı da direnci etkileyebilir.Güçlü bir elektrik alanı olabilir Direnci azaltan daha fazla şarj taşıyıcısı (elektron ve delik) üretin. Bu prensip, varistörler gibi cihazlarda özellikle önemlidir, Güç sırasında aşırı voltajı yönlendirerek hassas elektronikleri koruyun dalgalanmalar.
Doping ve etkileri	Doping, bir Elektriksel özelliklerini değiştirmek için yarı iletken.Numarayı artırarak şarj taşıyıcıları, doping genellikle direnci azaltır.Yeteneği Doping seviyelerinin tam olarak kontrolü, davranışlarının ince ayarlanmasına izin verir. yarı iletkenler, elektronik cihazların bir çeşitli koşullar.

Çözüm

Ohmik ve ohmik olmayan iletkenlerin keşfi, elektrik iletkenliği alanında yoğun bir ikilik ortaya çıkarır.Ohmik iletkenler, kararlı ve öngörülebilir doğaları ile geleneksel elektrik devrelerinin ve cihazlarının istikrarını ve verimliliğini desteklemeye devam ediyor.Tutarlı dirençleri, temel devre tasarım ilkeleri ve elektrik altyapılarının daha geniş güvenilirliği için bir temel taşı sağlar.Benzer şekilde, ohmik olmayan iletkenler, dinamik direnç özellikleri ile, özellikle değişen operasyonel durumlar altında elektriksel özelliklerin nüanslı kontrolünü gerektiren cihazlarda elektronik teknolojinin ilerlemesinde önemli bir rol oynamaktadır.Bu iletkenlerin, özellikle eğim yöntemi gibi teknikler aracılığıyla, hem yenilikçi hem de değişen koşullara uyarlanabilen devreler tasarlama kapasitemizi arttırır.

Ayrıntılı analiz ve pratik uygulamalar yoluyla bu materyalleri anlamamızı daha da ileriye götürdükçe, ohmik ve ohmik olmayan davranışlar arasındaki ayrımlar sadece teorik bilgimizi zenginleştirmekle kalmaz, aynı zamanda daha sofistike ve güvenilir elektronik sistemlerin geliştirilmesine de rehberlik eder.Bu nedenle, bu iletkenlerin incelenmesi sadece akademik değil, elektronik mühendisliği ve teknolojinin evriminde ısrarlı bir çaba.

Sık sorulan sorular [SSS]

1. 3 ohmik olmayan 3 ohmik iletken nedir?

Yarıiletkenler: Silikon ve Germanyum gibi malzemeler, benzersiz bant yapıları nedeniyle çok çeşitli voltajlar ve sıcaklıklar üzerinden Ohm Yasası'na uymayın.

Diyotlar: Özellikle akımın sadece bir yönde akmasına izin vermek için tasarlanmış ve uygulanan voltajın yönüne dayalı farklı dirençler görüntüler.

Transistörler: Elektronik devrelerde yaygın olarak kullanılan bu cihazlar, Ohm yasasına uymayan giriş voltajı ve sinyaline dayalı değişen direnç sergiler.

2. Ohmik bir cihaz örneği nedir?

Metal Tel Direnç: Bakır veya Nichrome gibi metallerden yapılmış bir direnç, Ohm yasasını çok yakından takip eder ve sabit sıcaklık koşulları altında voltaj ve akım arasında doğrusal bir ilişki sergiler.

3. Ohmik olmayan bir iletkenin özellikleri nelerdir?

Voltaja bağlı direnç: Direnç uygulanan voltajla değişir, sabit bir oran korumaz.

Yönlü bağımlılık: Diyotlar gibi cihazlarda direnç, uygulanan akımın yönüne göre değişebilir.

Sıcaklık Hassasiyeti: Birçok ohmik olmayan malzeme, sıcaklık değişiklikleriyle dirençte önemli değişiklikler göstermektedir.

4. Ohmik olmayan ve ohmik iletkenler arasındaki fark nedir?

Direnç Davranışı: Ohmik iletkenler, V = IRV = IRV = IR formülüne bağlı olarak çeşitli voltajlar ve sıcaklıklar üzerinde sabit bir dirence sahiptir.Ohmik olmayan iletkenlerin sabit bir direnci yoktur ve V-IV-IV-I ilişkileri doğrusal değildir.

Doğrusallık: Ohmik iletkenler akım ve voltaj arasında doğrusal bir ilişki gösterir.Ohmik olmayan iletkenler, akım ve voltaj eğrileri veya virajlarının grafiğinin burada doğrusal olmayan bir ilişki sergiler.

5. Ohmik olmayan dirençin iki örneği nelerdir?

Işık yayma diyotları (LED'ler): Dirençleri uygulanan voltaj ile değişir ve yalnızca akımın belirli bir eşik voltajının üzerine geçmesine izin verir.

Varistörler (voltaja bağlı dirençler): Dirençlerini, yüksek voltaj artışlarına karşı devreleri korumak için yaygın olarak kullanılan voltajla değiştiren bileşenler.