みのみしクリップの接触抵抗についての推定及び考察(2017 4/6 (木) )

★緒言

2017 4/5 (水)に行った学生実験（2017年度物質化学工学実験Ⅱ）準備において
半田付けのされていないみの虫コードの抵抗が大きく(23.0℃　1.5Ω)検出された。

ここで、定規にて計測した結果、銅線の長さlは
34[cm]
ノギスにて計測した結果、撚った銅線の直系dは、
0.9[mm]
であった。
抵抗率ρは神戸製鋼HP(http://www.kobelco.co.jp/alcu/technical/copper/1174605_12414.html)による。
ρ=1.67×10^-8
また、この時の温度は、以下の計算式により求めた。ρ₀=1.55×10^-8とする。（物理図録P157 数研出版）

これらの値を用いて、以下の式に当てはめて銅線の抵抗値を計算した。
R:抵抗値[Ω]
ρ：抵抗率[Ω・ｍ]
l:長さ[ｍ]
S：断面積[m²]

以上の結果より、テスターの内部抵抗0.3Ωと比較すると銅線自体の抵抗は無視できると考えられる。

そこで、露出した銅線部に酸化被膜が形成されているものと仮定し、
酸化被膜以外の要素を無視して、その酸化被膜の厚さの推定や、半田付け前後での抵抗値の変化について考察した。

★実験方法

被膜を形成している酸化銅は酸化銅Ⅱ(CuO)、酸化銅Ⅰ(CuO₂)の二種類が考えられるが、
酸化銅Ⅰの形成にあたっては強熱する必要がある点、湿った空気中では酸化され酸化銅Ⅱに酸化される点を考慮して
被膜を酸化銅Ⅱと仮定する。
酸化被膜(CuO)の抵抗率を1～10[Ω]とする。(17.6℃、神戸製鋼HPより)

以上の計算結果より、
675×10^-9[nm]<l<6750[nm]

★結語

接触抵抗は2つの導体の接触部に生じる抵抗であり、
導体の種類、圧力、酸化被膜の有無、吸着気体の状態によってとる値が異なる。
計算、実測をしていく中で、温度や酸化被膜の厚みが抵抗値に影響を与えることがよく理解できた。