Zašto različiti materijali imaju različit otpor

Jačina struje koja teče kroz žicu izravno je proporcionalna naponu na njezinim krajevima. To znači da što je veći napon na krajevima žice, to je veća struja u toj žici. Ali za isti napon na različitim žicama od različitih materijala, struja će biti drugačija. To jest, ako se napon na različitim žicama povećava na isti način, tada će se povećanje struje u različitim žicama pojaviti na različite načine, a to ovisi o svojstvima određene žice.

Za svaku je žicu ovisnost vrijednosti struje o primijenjenom naponu individualna, a ta se ovisnost naziva električni otpor vodiča R… Otpor u općem obliku može se pronaći formulom R = U / I, to jest, kao omjer napona primijenjenog na vodič i količine struje koja se javlja pri tom naponu u tom vodiču.

Što je veća vrijednost struje u žici pri određenom naponu, to je manji njen otpor, a što se veći napon mora primijeniti na žicu da bi se proizvela određena struja, to je veći otpor žice.

Iz formule za pronalaženje otpora možete izraziti struju I = U / R, ovaj izraz se zove Ohmov zakon… Iz njega se vidi da što je veći otpor žice, to je struja manja.

Otpor, takoreći, sprječava protok struje, sprječava električni napon (električno polje u žici) da stvori još veću struju. Dakle, otpor karakterizira određeni vodič i ne ovisi o naponu primijenjenom na vodič. Kada se primijeni veći napon, struja će biti veća, ali se omjer U / I, odnosno otpor R, neće promijeniti.

U stvari, otpor žice ovisi o duljini žice, o površini njezinog poprečnog presjeka, o materijalu žice i o njezinoj trenutnoj temperaturi. Supstanca vodiča povezana je s njegovim električnim otporom preko vrijednosti tzv otpornost.

Otpor je ono što karakterizira materijal vodiča, pokazujući koliki će otpor imati vodič napravljen od određene tvari ako takav vodič ima površinu poprečnog presjeka od 1 četvornog metra i duljinu od 1 metra. Žice duljine 1 metar i presjeka 1 četvornog metra, koje se sastoje od različitih tvari, imat će različite električne otpore.

Zaključak je da za bilo koju tvar (obično ih ima metali, budući da su žice često izrađene od metala) ima vlastitu atomsku i molekularnu strukturu. Što se tiče metala, možemo govoriti o strukturi kristalne rešetke i broju slobodnih elektrona, on je različit za različite metale. Što je manji specifični otpor određene tvari, to vodič sastavljen od nje bolje provodi električnu struju, odnosno bolje propušta elektrone kroz sebe.

Srebro, bakar i aluminij imaju mali otpor. Željezo i volfram su puno veći, a da ne spominjemo legure, od kojih otpor nekih premašuje čiste metale stotinama puta. Koncentracija slobodnih nositelja naboja u žicama znatno je veća nego u dielektricima, zbog čega je otpor žica uvijek veći.

Kao što je gore navedeno, sposobnost svih tvari da provode struju povezana je s prisutnošću u njima nositelja struje (nosača naboja) — pokretnih nabijenih čestica (elektrona, iona) ili kvazičestica (na primjer, rupa u poluvodiču) koje mogu kretati u određenoj tvari na velikoj udaljenosti, možemo jednostavno reći da mislimo na to da takva čestica ili kvazičestica mora biti u stanju prijeći u određenoj tvari proizvoljno veliku, barem makroskopsku, udaljenost.

Budući da je gustoća struje veća, što je veća koncentracija slobodnih nositelja naboja i što je veća njihova prosječna brzina gibanja, bitna je i pokretljivost koja ovisi o vrsti nositelja struje u određenom okruženju. Što je veća pokretljivost nositelja naboja, to je manji otpor ovog medija.

Duža žica ima veći električni otpor. Uostalom, što je žica duža, to se više iona iz kristalne rešetke susreće na putu elektrona koji tvore struju. A to znači da što više takvih prepreka elektroni naiđu na putu, to su oni više usporeni, što znači da se smanjuje trenutna veličina.

Vodič s velikim poprečnim presjekom daje više slobode elektronima, kao da se ne kreću u uskoj cijevi, već u širokoj stazi. Elektroni se lakše kreću u prostranijim uvjetima, tvoreći struju, jer se rijetko sudaraju s čvorovima kristalne rešetke. Zbog toga deblja žica ima manji električni otpor.

Zbog toga je otpor vodiča izravno proporcionalan duljini vodiča, specifičnom otporu tvari od koje je izrađen, a obrnuto proporcionalan površini njegova presjeka. Formula konačnog otpora uključuje ova tri parametra.

Ali u gornjoj formuli nema temperature. U međuvremenu, poznato je da otpor vodiča snažno ovisi o njegovoj temperaturi. Činjenica je da se referentna vrijednost otpora tvari obično mjeri na temperaturi od + 20 ° C. Stoga se ovdje još uvijek uzima u obzir temperatura. Postoje referentne tablice otpora za različite temperature tvari.

Metale karakterizira povećanje otpora s povećanjem njihove temperature.

To je zato što kako temperatura raste, ioni kristalne rešetke počinju sve više vibrirati i sve više ometati kretanje elektrona.Ali u elektrolitima ioni nose naboj, stoga, kako se temperatura elektrolita povećava, otpor se, naprotiv, smanjuje, jer se disocijacija iona ubrzava i oni se kreću brže.

U poluvodičima i dielektricima električni otpor opada s povećanjem temperature. To je zato što koncentracija većine nositelja naboja raste s povećanjem temperature. Naziva se vrijednost koja računa promjenu električnog otpora u funkciji temperature temperaturni koeficijent otpora.