De ce diferitele materiale au rezistență diferită

Cantitatea de curent care curge printr-un fir este direct proporțională cu tensiunea la capete. Aceasta înseamnă că, cu cât este mai mare tensiunea la capetele unui fir, cu atât este mai mare curentul în acel fir. Dar pentru aceeași tensiune pe fire diferite din materiale diferite, curentul va fi diferit. Adică, dacă tensiunea pe fire diferite crește în același mod, atunci creșterea puterii curentului va avea loc în diferite fire în moduri diferite, iar acest lucru depinde de proprietățile unui anumit fir.

Pentru fiecare fir, dependența valorii curentului de tensiunea aplicată este individuală, iar această dependență se numește rezistența electrică a conductorului R… Rezistența în formă generală poate fi găsită prin formula R = U / I, adică ca raportul dintre tensiunea aplicată unui conductor și cantitatea de curent care apare la acea tensiune în acel conductor.

Cu cât este mai mare valoarea curentului dintr-un fir la o anumită tensiune, cu atât este mai mică rezistența acestuia și cu cât trebuie aplicată mai multă tensiune pe fir pentru a produce un anumit curent, cu atât este mai mare rezistența firului.

Din formula pentru găsirea rezistenței, puteți exprima curentul I = U / R, această expresie se numește Legea lui Ohm… Din aceasta se poate observa că cu cât rezistența firului este mai mare, cu atât curentul este mai mic.

Rezistența, așa cum ar fi, împiedică curgerea curentului, împiedică tensiunea electrică (câmpul electric din fir) să creeze un curent și mai mare. Astfel, rezistența caracterizează un anumit conductor și nu depinde de tensiunea aplicată conductorului. Când se aplică o tensiune mai mare, curentul va fi mai mare, dar raportul U / I, adică rezistența R, nu se va modifica.

De fapt, rezistența unui fir depinde de lungimea firului, de aria sa transversală, de substanța firului și de temperatura curentă a acestuia. Substanța unui conductor este legată de rezistența sa electrică prin valoarea așa-numitului rezistenţă.

Rezistența este ceea ce caracterizează materialul unui conductor, arătând cât de multă rezistență va avea un conductor dintr-o anumită substanță dacă un astfel de conductor are o secțiune transversală de 1 metru pătrat și o lungime de 1 metru. Firele de 1 metru lungime și 1 metru pătrat în secțiune transversală, formate din diferite substanțe, vor avea diferite rezistențe electrice.

Concluzia este că pentru orice substanță (de obicei există metale, deoarece firele sunt adesea făcute din metale) are propria sa structură atomică și moleculară. În ceea ce privește metalele, putem vorbi despre structura rețelei cristaline și numărul de electroni liberi, acesta fiind diferit pentru diferite metale. Cu cât rezistența specifică a unei substanțe date este mai mică, cu atât conductorul format din ea conduce mai bine curentul electric, adică cu atât mai bine trece electronii prin el însuși.

Argintul, cuprul și aluminiul au rezistivitate scăzută. Fierul și wolframul sunt mult mai mari, ca să nu mai vorbim de aliaje, rezistența unora dintre ele depășește de sute de ori metalele pure. Concentrația purtătorilor de sarcină liberă în fire este semnificativ mai mare decât în ​​dielectrice, motiv pentru care rezistența firelor este întotdeauna mai mare.

După cum sa menționat mai sus, capacitatea tuturor substanțelor de a conduce curentul este legată de prezența în ele a purtătorilor de curent (purtători de sarcină) - particule mobile încărcate (electroni, ioni) sau cvasiparticule (de exemplu, găuri într-un semiconductor) care pot deplasarea într-o anumită substanță pe o distanță lungă, putem spune pur și simplu că ne referim la faptul că o astfel de particulă sau cvasiparticulă trebuie să poată parcurge într-o anumită substanță o distanță arbitrar mare, cel puțin macroscopică.

Deoarece densitatea de curent este mai mare, cu cât concentrația purtătorilor de încărcare liberă este mai mare și cu cât viteza medie de mișcare a acestora este mai mare, mobilitatea, care depinde de tipul de purtător de curent într-un anumit mediu, este de asemenea importantă. Cu cât mobilitatea purtătorilor de sarcină este mai mare, cu atât rezistența acestui mediu este mai mică.

Un fir mai lung are o rezistență electrică mai mare. La urma urmei, cu cât firul este mai lung, cu atât mai mulți ioni din rețeaua cristalină se întâlnesc pe calea electronilor care formează curentul. Și asta înseamnă că, cu cât electronii întâmpină mai multe astfel de obstacole pe drum, cu atât sunt mai încetiniți, ceea ce înseamnă că scade. magnitudinea curentului.

Un conductor cu o secțiune transversală mare oferă mai multă libertate electronilor, ca și cum aceștia s-ar deplasa nu într-un tub îngust, ci pe un drum larg. Electronii se mișcă mai ușor în condiții mai spațioase, formând un curent, deoarece rareori se ciocnesc de nodurile rețelei cristaline. Acesta este motivul pentru care un fir mai gros are mai puțină rezistență electrică.

Ca urmare, rezistența unui conductor este direct proporțională cu lungimea conductorului, rezistența specifică a substanței din care este realizat și invers proporțională cu aria secțiunii sale transversale. Formula de rezistență supremă include acești trei parametri.

Dar nu există nicio temperatură în formula de mai sus. Între timp, se știe că rezistența unui conductor depinde foarte mult de temperatura acestuia. Faptul este că valoarea de referință a rezistenței substanțelor este de obicei măsurată la o temperatură de + 20 ° C. Prin urmare, aici temperatura este încă luată în considerare. Există tabele de referință de rezistență pentru diferite temperaturi ale substanței.

Metalele se caracterizează printr-o creștere a rezistenței odată cu creșterea temperaturii lor.

Acest lucru se datorează faptului că, pe măsură ce temperatura crește, ionii rețelei cristaline încep să vibreze din ce în ce mai mult și să interfereze din ce în ce mai mult cu mișcarea electronilor.Dar la electroliți, ionii poartă o sarcină, așadar, pe măsură ce temperatura electrolitului crește, rezistența, dimpotrivă, scade, deoarece disocierea ionilor se accelerează și aceștia se mișcă mai repede.

În semiconductori și dielectrici, rezistența electrică scade odată cu creșterea temperaturii. Acest lucru se datorează faptului că concentrația celor mai mulți purtători de sarcină crește odată cu creșterea temperaturii. Se numește valoarea care ține cont de modificarea rezistenței electrice în funcție de temperatură coeficient de rezistență la temperatură.