Защо различните материали имат различно съпротивление

Количеството ток, протичащо през проводник, е правопропорционално на напрежението в краищата му. Това означава, че колкото по -голямо е напрежението в краищата на проводника, толкова по -голям е токът в този проводник. Но при едно и също напрежение на различни проводници, изработени от различни материали, токът ще бъде различен. Тоест, ако напрежението на различни проводници се увеличи по същия начин, тогава увеличаването на силата на тока ще се случи в различни проводници по различни начини и това зависи от свойствата на конкретен проводник.

За всеки проводник зависимостта на текущата стойност от приложеното напрежение е индивидуална и тази зависимост се нарича електрическо съпротивление на проводника R… Съпротивлението в общ вид може да се намери по формулата R = U / I, тоест като отношението на напрежението, приложено към проводника, към количеството ток, което възниква при това напрежение в този проводник.

Колкото по -голяма е стойността на тока в проводника при дадено напрежение, толкова по -ниско е неговото съпротивление и колкото повече напрежение трябва да се приложи към проводника, за да се получи даден ток, толкова по -голямо е съпротивлението на проводника.

От формулата за намиране на съпротивлението можете да изразите тока I = U / R, този израз се нарича Законът на Ом… От него се вижда, че колкото по -голямо е съпротивлението на проводника, толкова по -малък е токът.

Съпротивлението, като че ли, предотвратява преминаването на ток, предотвратява електрическото напрежение (електрическо поле в проводника) да създаде още по -голям ток. По този начин съпротивлението характеризира конкретен проводник и не зависи от напрежението, приложено към проводника. Когато се приложи по -високо напрежение, токът ще бъде по -висок, но съотношението U / I, тоест съпротивлението R, няма да се промени.

Всъщност съпротивлението на проводника зависи от дължината на проводника, от площта на напречното му сечение, от веществото на проводника и от текущата му температура. Веществото на проводник е свързано с електрическото му съпротивление чрез стойността на т.нар съпротивление.

Съпротивлението е това, което характеризира материала на проводника, показвайки колко ще бъде съпротивлението на проводник, направен от дадено вещество, ако такъв проводник има площ на напречното сечение от 1 квадратен метър и дължина от 1 метър. Проводниците с дължина 1 метър и напречно сечение от 1 квадратен метър, състоящи се от различни вещества, ще имат различно електрическо съпротивление.

Изводът е, че за всяко вещество (обикновено има метали, тъй като проводниците често са изработени от метали) има своя собствена атомна и молекулна структура. По отношение на металите можем да говорим за структурата на кристалната решетка и броя на свободните електрони, за различните метали тя е различна. Колкото по -ниско е специфичното съпротивление на дадено вещество, толкова по -добре направеният от него проводник провежда електрически ток, тоест по -добре преминава електроните през себе си.

Среброто, медта и алуминият имат ниско съпротивление. Желязото и волфрамът са много по -големи, да не говорим за сплави, съпротивлението на някои от които надхвърля чистите метали по този показател в стотици пъти. Концентрацията на свободни носители на заряд в проводниците е значително по -висока, отколкото в диелектриците, поради което съпротивлението на проводниците винаги е по -високо.

Както бе отбелязано по -горе, способността на всички вещества да преминават ток е свързана с наличието в тях на носители на ток (носители на заряд) — подвижни заредени частици (електрони, йони) или квазичастици (например дупки в полупроводник), които могат да се движат в дадено вещество на голямо разстояние, опростено можем да кажем, че имаме предвид, че такава частица или квазичастица трябва да може да измине в дадено вещество произволно голямо, поне макроскопично разстояние.

Тъй като плътността на тока е по -висока, колкото по -голяма е концентрацията на свободни носители на заряд и колкото по -висока е средната им скорост на движение, подвижността, която зависи от вида на токоносителя в дадена специфична среда, също е важна. Колкото по -голяма е подвижността на носителите на заряд, толкова по -ниско е съпротивлението на тази среда.

По -дългият проводник има по -високо електрическо съпротивление. В края на краищата, колкото по -дълъг е проводникът, толкова повече йони от кристалната решетка се срещат по пътя на електроните, които образуват тока. И това означава, че колкото повече такива препятствия срещат електроните по пътя, толкова повече се забавят, което означава, че намалява текуща величина.

Проводник с голямо напречно сечение дава повече свобода на електроните, сякаш те се движат не по тясна тръба, а по широк път. Електроните се движат по -лесно в по -просторни условия, образувайки ток, тъй като те рядко се сблъскват с възлите на кристалната решетка. Ето защо по -дебел проводник има по -малко електрическо съпротивление.

В резултат на това съпротивлението на проводник е правопропорционално на дължината на проводника, специфичното съпротивление на веществото, от което е направено, и обратно пропорционално на неговата площ на напречното сечение. Формулата за крайно съпротивление включва тези три параметъра.

Но в горната формула няма температура. Междувременно е известно, че съпротивлението на проводника силно зависи от неговата температура. Факт е, че референтната стойност на съпротивлението на веществата обикновено се измерва при температура + 20 ° C. Следователно тук температурата все още се взема предвид. Има референтни таблици на съпротивлението за различни температури на веществото.

Металите се характеризират с увеличаване на съпротивлението с повишаване на тяхната температура.

Това е така, защото с повишаването на температурата йоните на кристалната решетка започват да вибрират все повече и повече и все повече пречат на движението на електроните. Но в електролитите йони носят заряд, следователно с повишаване на температурата на електролита съпротивлението, напротив, намалява, тъй като дисоциацията на йони се ускорява и те се движат по -бързо.

В полупроводниците и диелектриците електрическото съпротивление намалява с повишаване на температурата. Това е така, защото концентрацията на повечето носители на заряд се увеличава с повишаване на температурата. Извиква се стойността, която отчита промяната на електрическото съпротивление в зависимост от температурата температурен коефициент на съпротивление.