Зашто различити материјали имају различиту отпорност

Количина струје која тече кроз жицу је директно пропорционална напону на њеним крајевима. То значи да што је већи напон на крајевима жице, то је већа струја у тој жици. Али за исти напон на различитим жицама направљеним од различитих материјала, струја ће бити различита. То јест, ако се напон на различитим жицама повећава на исти начин, онда ће се повећање јачине струје појавити у различитим жицама на различите начине, а то зависи од својстава одређене жице.

За сваку жицу зависност вредности струје од примењеног напона је индивидуална и ова зависност се назива електрични отпор проводника Р… Отпор у општем облику може се наћи по формули Р ​​= У / И, односно као однос напона примењеног на проводник и количине струје која се јавља при том напону у том проводнику.

Што је већа вредност струје у жици при датом напону, то је мањи њен отпор и што је већи напон који се мора применити на жицу да би се произвела дата струја, већи је отпор жице.

Из формуле за проналажење отпора, можете изразити струју И = У / Р, овај израз се зове Охмов закон… Из њега се види да што је већи отпор жице, то је струја мања.

Отпор, такорећи, спречава проток струје, спречава електрични напон (електрично поље у жици) да створи још већу струју. Дакле, отпор карактерише одређени проводник и не зависи од напона примењеног на проводник. Када се примени већи напон, струја ће бити већа, али се однос У / И, односно отпор Р, неће променити.

У ствари, отпор жице зависи од дужине жице, од површине њеног попречног пресека, од супстанце жице и од њене тренутне температуре. Супстанца проводника је повезана са његовим електричним отпором преко вредности тзв отпор.

Отпор је оно што карактерише материјал проводника, показујући колики ће отпор имати проводник направљен од дате супстанце ако такав проводник има површину попречног пресека од 1 квадратни метар и дужину од 1 метар. Жице дужине 1 метар и попречног пресека 1 квадратни метар, које се састоје од различитих супстанци, имаће различите електричне отпоре.

Суштина је да за било коју супстанцу (обично постоје метали, пошто су жице често направљене од метала) има своју атомску и молекуларну структуру. Што се тиче метала, можемо говорити о структури кристалне решетке и броју слободних електрона, различит је за различите метале. Што је мањи специфични отпор дате супстанце, проводник направљен од ње боље проводи електричну струју, односно боље пропушта електроне кроз себе.

Сребро, бакар и алуминијум имају ниску отпорност. Гвожђе и волфрам су много већи, а да не помињемо легуре, од којих отпорност неких стотина пута премашује чисте метале. Концентрација слободних носилаца наелектрисања у жицама је знатно већа него у диелектрицима, због чега је отпор жица увек већи.

Као што је горе наведено, способност свих супстанци да проводе струју повезана је са присуством у њима носилаца струје (носача наелектрисања) — покретних наелектрисаних честица (електрона, јона) или квази-честица (на пример, рупа у полупроводнику) које могу крећући се у датој супстанци на великој удаљености, можемо једноставно рећи да мислимо да таква честица или квазичестица мора бити у стању да путује у датој супстанци произвољно велику, барем макроскопску, удаљеност.

Пошто је густина струје већа, што је већа концентрација слободних носилаца наелектрисања и што је већа њихова просечна брзина кретања, битна је и покретљивост која зависи од врсте носиоца струје у датом специфичном окружењу. Што је већа мобилност носилаца наелектрисања, то је мањи отпор овог медија.

Дужа жица има већи електрични отпор. На крају крајева, што је жица дужа, то се више јона из кристалне решетке сусреће на путу електрона који формирају струју. А то значи да што више таквих препрека електрони наилазе на путу, то се више успоравају, што значи да се смањује тренутна величина.

Проводник великог попречног пресека даје више слободе електронима, као да се крећу не у уској цеви, већ по широкој путањи. Електрони се лакше крећу у пространијим условима, формирајући струју, јер се ретко сударају са чворовима кристалне решетке. Због тога дебља жица има мањи електрични отпор.

Као резултат тога, отпор проводника је директно пропорционалан дужини проводника, специфичном отпору супстанце од које је направљен, и обрнуто пропорционалан његовој површини попречног пресека. Формула крајњег отпора укључује ова три параметра.

Али у горњој формули нема температуре. У међувремену, познато је да отпор проводника јако зависи од његове температуре. Чињеница је да се референтна вредност отпора супстанци обично мери на температури од + 20 ° Ц. Стога се овде температура и даље узима у обзир. Постоје референтне табеле отпорности за различите температуре супстанце.

Метале карактерише повећање отпора како се њихова температура повећава.

То је зато што како температура расте, јони кристалне решетке почињу све више да вибрирају и све више ометају кретање електрона.Али у електролитима, јони носе наелектрисање, стога, како се температура електролита повећава, отпор се, напротив, смањује, јер се дисоцијација јона убрзава и они се крећу брже.

У полупроводницима и диелектрицима, електрични отпор опада са повећањем температуре. То је зато што се концентрација већине носилаца наелектрисања повећава са повећањем температуре. Вредност која објашњава промену електричног отпора у функцији температуре назива се температурни коефицијент отпора.