¿Qué causa la resistencia de contacto?

Cuando dos componentes se combinan en un circuito eléctrico, además de sus propias resistencias, existe una resistencia de contacto en su unión. Esto provoca una caída repentina de voltaje de V d r o pag = R C o norte t a C t yo .

Otra propiedad (y no relacionada) es la resistencia térmica , que es simplemente una medida de la resistencia de los materiales contra el flujo de calor. La resistencia de contacto en este campo también está presente, ya que la temperatura cae un poco más en las interfaces.

La resistencia total en combinación de series eléctricas y térmicas es:

R = R 1 + R C o norte t a C t + R 2

Supongamos tanto en el caso eléctrico como en el térmico un contacto directo de los dos conductores (sujetados, no soldados o similares). La resistencia dentro de un material es intuitivamente clara para un modelo ideal y simple: los electrones, las partículas, etc. chocan con los iones de la red e intercambian energía.

Mi pregunta: ¿Cuál es una explicación intuitiva de la pérdida repentina debido a la resistencia de contacto? ¿Cómo se explica la resistencia de contacto?

¿Puede explicarnos cómo se unen los elementos del circuito? ¿Están soldados en su lugar en una placa de circuito, fijados en una placa de prueba o las fibras metálicas de los cables están entrelazadas y aisladas con cinta?
Imagino que eso está relacionado con el cambio de material, lo que implica el cambio de propiedades como la conductividad eléctrica o térmica. Esto debería crear una caída en el voltaje o un cambio en el flujo de calor que efectivamente parece una resistencia en su lugar.

Respuestas (6)

Otro término es resistencia térmica,

Esto es incorrecto. La resistencia térmica es algo que impide el flujo de calor. Es un concepto completamente separado de la resistencia eléctrica.

¿Cómo se explica la resistencia de contacto?

  1. Para obtener una resistencia muy baja en un material como la mayoría de los metales, los electrones deben deslocalizarse de los átomos individuales y fluir libremente en el material. Cuando dos piezas de metal aparentemente se tocan, es posible que no estén en un contacto tan íntimo como para que los electrones puedan fluir libremente entre ellas. De hecho, si lo fueran, probablemente los consideraríamos como soldados.

  2. Dos superficies en contacto pueden no ser ideales. Puede haber óxidos en las superficies o suciedad.

  3. Las dos superficies no son perfectamente lisas, por lo que el área de contacto íntimo es mucho menor que el área macroscópica de las dos superficies. Incluso unas pocas micras de longitud axial pueden introducir una resistencia medible si el área de la sección transversal es lo suficientemente pequeña.

¿Cuál es una explicación intuitiva de la pérdida repentina debido a la resistencia de contacto?

Realmente no importa que el área de la interfaz sea muy delgada (en la dirección en que fluye la corriente) Cualquier situación en la que los electrones deban ceder energía para pasar de un lugar a otro, sin importar qué tan delgada sea la región en la que se localiza, se verá como una resistencia cuando se analiza como un elemento de circuito.

Esta es una excelente respuesta. Simplemente complementé esto con un modelo matemático provisto en un trabajo de investigación, para mostrar cómo los efectos de constricción y los contaminantes de la superficie se incluyeron en el análisis matemático.
Gracias, esto lo dejó claro. Sin embargo, ¿qué es exactamente incorrecto? La resistencia térmica es otro término, eso sí, como también se afirma. Lo traigo ya que ambas resistencias muestran el mismo comportamiento, y para ambas no pude descifrar los mecanismos.
@Steeven, pensé que querías decir "otro término para lo mismo", y no lo es. La regla en stackexchange es hacer que su pregunta sea lo más restringida posible. Si desea saber también sobre la resistencia térmica, debe abrir otra pregunta.
¿Seguirán estando presentes estos contaminantes e impurezas superficiales si soldamos los contactos con algo de epoxi?
@Draco_1125 El epoxi no eliminará los contaminantes ni los óxidos de la superficie. El fundente de soldadura eliminará principalmente estos materiales. Lijar las dos superficies y luego soldarlas (por ejemplo, con una soldadura a presión) puede eliminarlas en su mayoría.

Esta es una pregunta muy interesante, especialmente si se tiene en cuenta la historia muy reciente de los estudios sobre la resistencia de contacto eléctrico (un término acuñado por primera vez en 1964 por William Shockley, uno de los inventores del transistor), así como la resistencia de contacto térmico. Para la siguiente explicación, utilizaré este artículo de investigación sobre resistencia de contacto eléctrico publicado en 1993. En este artículo se proporcionan modelos matemáticos de resistencia de contacto para resistencia de contacto eléctrica y térmica, pero aquí se proporcionan algunas explicaciones intuitivas.

Ahora, cuando la corriente eléctrica pasa de un medio a otro, los contaminantes de la superficie interfieren con el flujo de corrientes eléctricas. La corriente eléctrica debe ceder algo de energía para atravesar de un medio a otro. Esto se puede ver en el modelo de resistencia de contacto utilizado en el papel.

R contacto = { ( ρ 1 + ρ 2 ) ( 1 / [ 4 norte a ] + α − 1 ) } + ρ F s / A C

Aquí el ρ F es la resistencia de la película entre las superficies; α el espesor del contaminante. La primera parte de la ecuación se debe a los efectos de constricción, la segunda a los contaminantes de la superficie. Por lo tanto, hay dos efectos físicos en juego,

  1. Los efectos de constricción se imponen al pasar de un medio a otro, lo que inevitablemente conduce a la pérdida de energía.

  2. Contaminantes superficiales que interfieren con el flujo de corriente eléctrica

¿Esta resistencia de contacto incluye el caso cuando el contacto es solo tocando los dos metales/semiconductores, o incluye contactos hechos por soldadura con algo de epoxi?

Aunque existen varias fuentes de resistencia de contacto, la principal fuente de resistencia de contacto es la oxidación de las superficies de contacto.
Para el caso eléctrico , los óxidos de los materiales tienen una conducción eléctrica mucho menor (mayor resistencia) que los materiales, por lo tanto la zona de contacto (que no se limpia y protege) tendrá una resistencia eléctrica mayor que los materiales dados.
Para el caso térmico , la respuesta es la misma que la anterior, excepto que "térmico" se sustituye por "eléctrico".

El mejor ejemplo "intuitivo" que se me ocurre es dos caminos de "superficie dura" con una sección de arena entre ellos. Será más fácil correr en cualquiera de las superficies duras que en la arena. Terminas usando más energía en una distancia dada de camino arenoso que en una distancia igual de camino duro.

De hecho, la resistencia de contacto se puede atribuir, como se explicó en respuestas anteriores, a las características de la superficie en términos de asperezas y capas de pasivación. El comportamiento de estas barreras a la conducción depende de la presión de contacto . Las capas de pasivación son óxidos e hidróxidos que se forman de forma ubicua en las superficies de los conductores y representan una barrera para el transporte de electrones. Mientras que la presencia de características de rugosidad restringen la conductancia a una región limitada del área de contacto real, cuya extensión es sustancialmente menor que el área de contacto nominal. Los mecanismos de conducción a través de nanocontactos de capas pasivadas (tuneles) en contacto de aspereza fina a aspereza (transporte balístico) y los contactos óhmicos convencionales de parches más grandes de contacto verdadero se combinan para dar lugar a la resistencia de contacto eléctrico observada ECR.

obtener más detalles aquí

Una respuesta intuitiva podría ser la siguiente.

Cuando dos conductores eléctricos diferentes cualesquiera (digamos, A y B) se ponen en contacto, la distribución de los portadores de carga en A y B en la unión se altera para asumir una nueva distribución de equilibrio. Esta nueva distribución de portadores de carga cambia las caídas de potencial de A al aire (delta V1) y B al aire (delta V2), que existían antes de que se formara la unión, a una nueva caída de potencial delta V. Esta caída de potencial delta V provoca una resistencia adicional al flujo de electricidad a través de la unión.

Dado que el flujo de corriente eléctrica y el flujo de calor se rigen por leyes similares, encontramos una resistencia adicional al flujo de calor en la unión de conductores térmicos diferentes.

No es necesario invocar impurezas ni óxidos, etc. para explicar la resistencia adicional en la unión de dos materiales diferentes.

No hay una respuesta verdaderamente simple que se pueda publicar en un sitio web en unos minutos a la última pregunta que hizo el OP: "¿Cómo se explica la resistencia de contacto?" Esto se muestra fácilmente leyendo, por ejemplo:

Heinz K. Henisch. Contactos semiconductores: una aproximación a las ideas y los modelos. Publicaciones científicas de Oxford, 1984.

¿Qué causa la resistencia de contacto?
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