Что вызывает контактное сопротивление?

Другой термин — термическое сопротивление,

Это неправильно. Термическое сопротивление - это то, что препятствует тепловому потоку. Это совершенно отдельная концепция от электрического сопротивления.

Чем объясняется контактное сопротивление?

1. Чтобы получить очень низкое сопротивление в материале, таком как большинство металлов, электроны должны быть делокализованы из отдельных атомов и свободно перемещаться в материале. Когда два куска металла явно соприкасаются, они могут не находиться в таком близком контакте, чтобы электроны могли свободно течь между ними. На самом деле, если бы они были, мы бы, вероятно, считали их спаянными вместе.

2. Две соприкасающиеся поверхности могут быть не идеальными. На поверхности могут быть окислы или грязь.

3. Две поверхности не идеально гладкие, поэтому площадь тесного контакта намного меньше, чем макроскопическая площадь двух поверхностей. Даже несколько микрон осевой длины могут создать измеримое сопротивление, если площадь поперечного сечения достаточно мала.

Каково интуитивное объяснение внезапной потери из-за контактного сопротивления?

На самом деле не имеет значения, что область интерфейса очень тонкая (в направлении протекания тока). Любая ситуация, когда электронам приходится отдавать энергию, чтобы перейти из одного места в другое, независимо от того, насколько тонкой областью они локализованы, будет выглядеть как резистор при анализе как элемент схемы.

Это очень интересный вопрос, особенно если учесть совсем недавнюю историю изучения контактного электрического сопротивления (термин впервые введен в 1964 году Уильямом Шокли, одним из изобретателей транзистора), а также теплового контактного сопротивления. Для следующего объяснения я буду использовать эту исследовательскую работу по электрическому контактному сопротивлению , опубликованную в 1993 году. В этой статье представлены математические модели контактного сопротивления для электрического и теплового контактного сопротивления, но здесь даются некоторые интуитивные объяснения.

Теперь, когда электрический ток переходит из одной среды в другую, поверхностные загрязнения мешают потоку электрического тока. Электрический ток должен отдать некоторую энергию, чтобы перейти из одной среды в другую. Это видно из модели контактного сопротивления, использованной в статье.

Здесь$\rho _f$– сопротивление пленки между поверхностями;$\alpha$толщина загрязнения. Первая часть уравнения связана с эффектами сужения, а вторая — с поверхностными загрязнениями. Следовательно, в игре есть два физических эффекта,

1. Эффекты сжатия усиливаются при переходе из одной среды в другую, что неизбежно приводит к потере энергии.

2. Поверхностные загрязнения, препятствующие прохождению электрического тока

Хотя существует несколько источников контактного сопротивления, основным источником контактного сопротивления является окисление контактных поверхностей.
Что касается электрического случая, оксиды материалов имеют гораздо более низкую электропроводность (более высокое сопротивление), чем материалы, поэтому область контакта (которая не очищена и не защищена) будет иметь более высокое электрическое сопротивление, чем данные материалы.
Для теплового случая ответ такой же, как указано выше, за исключением того, что «тепловой» заменен на «электрический».

Лучший «интуитивный» пример, который я могу придумать, это две дороги с «твердым покрытием» с участком песка между ними. По любому из твердых покрытий будет легче бежать, чем по песку. В конечном итоге вы тратите больше энергии на заданное расстояние по песчаной дороге, чем на такое же расстояние по твердой дороге.

Действительно, контактное сопротивление может быть, как обсуждалось в предыдущих ответах, связано с особенностями поверхности с точки зрения неровностей и пассивирующих слоев. Поведение этих барьеров проводимости зависит от контактного давления . Пассивирующие слои представляют собой оксиды и гидроксиды, повсеместно образующиеся на поверхности проводников и препятствующие переносу электронов. В то время как наличие элементов шероховатости ограничивает проводимость ограниченной областью истинной площади контакта., протяженность которого существенно меньше номинальной площади контакта. Механизмы проводимости через пассивированные слои (туннелирование) наноконтактов при контакте от мелких неровностей к неровностям (баллистический транспорт) и обычные омические контакты больших участков истинного контакта в совокупности приводят к наблюдаемому электрическому контактному сопротивлению ECR.

источник подробнее здесь

Интуитивный ответ может быть следующим.

Когда любые два разнородных электрических проводника (скажем, А и В) соприкасаются, распределение носителей заряда в А и В на стыке изменяется так, что принимает новое равновесное распределение. Это новое распределение носителей заряда изменяет падение потенциала от А к воздуху (дельта V1) и от В к воздуху (дельта V2), которые существовали до образования перехода, на новое падение потенциала дельта V. Эта дельта падения потенциала V вызывает дополнительное сопротивление потоку электричества через переход.

Поскольку протекание электрического тока и протекание тепла подчиняются сходным законам, мы находим добавочное сопротивление протеканию тепла в местах соединения разнородных теплопроводников.

Ни примеси, ни оксиды и т.п. не нужны для объяснения дополнительного сопротивления на стыке двух разнородных материалов.

Не существует по-настоящему простого ответа, который можно было бы разместить на веб-сайте за несколько минут на последний вопрос, заданный ОП: «Как объясняется контактное сопротивление?» Это легко показать, прочитав, например:

Хайнц К. Хениш. Полупроводниковые контакты: подход к идеям и моделям. Оксфордские научные публикации, 1984.