Varför olika material har olika motstånd

Mängden ström som flyter genom en tråd är direkt proportionell mot spänningen över dess ändar. Det betyder att ju högre spänningen är i ändarna av en tråd, desto större ström är i den tråden. Men för samma spänning på olika ledningar gjorda av olika material kommer strömmen att vara annorlunda. Det vill säga, om spänningen på olika ledningar ökar på samma sätt, kommer ökningen av strömstyrkan att ske i olika ledningar på olika sätt, och detta beror på egenskaperna hos en viss ledning.

För varje tråd är strömvärdets beroende av den applicerade spänningen individuellt, och detta beroende kallas elektriskt motstånd hos ledaren R… Resistans i allmän form kan hittas av formeln R = U / I, det vill säga som förhållandet mellan spänningen som appliceras på en ledare och mängden ström som uppstår vid den spänningen i den ledaren.

Ju större strömvärdet är i en tråd vid en given spänning, desto lägre är dess resistans, och ju mer spänning som måste appliceras på tråden för att producera en given ström, desto större motstånd är tråden.

Från formeln för att hitta motståndet kan du uttrycka strömmen I = U / R, detta uttryck kallas Ohms lag… Av den kan man se att ju större resistans tråden har, desto mindre ström.

Motstånd förhindrar liksom strömflödet, förhindrar att den elektriska spänningen (det elektriska fältet i tråden) skapar en ännu större ström. Resistans kännetecknar således en viss ledare och beror inte på spänningen som appliceras på ledaren. När en högre spänning appliceras kommer strömmen att vara högre, men förhållandet U / I, det vill säga motståndet R, kommer inte att förändras.

Faktum är att motståndet hos en tråd beror på trådens längd, på dess tvärsnittsarea, på trådens substans och på dess aktuella temperatur. En ledares substans är relaterad till dess elektriska resistans genom värdet av den sk motstånd.

Resistans är det som kännetecknar materialet i en ledare, vilket visar hur mycket motstånd en ledare gjord av ett givet ämne kommer att ha om en sådan ledare har en tvärsnittsarea på 1 kvadratmeter och en längd på 1 meter. Ledningar 1 meter långa och 1 kvadratmeter i tvärsnitt, bestående av olika ämnen, kommer att ha olika elektriska resistanser.

Summan av kardemumman är att för vilket ämne som helst (vanligtvis finns det metaller, eftersom ledningar ofta är gjorda av metaller) har sin egen atomära och molekylära struktur. Angående metaller kan vi prata om strukturen på kristallgittret och antalet fria elektroner, det är olika för olika metaller. Ju lägre specifika resistans ett visst ämne har, desto bättre leder ledaren som är gjord av det elektrisk ström, det vill säga desto bättre passerar den elektroner genom sig själv.

Silver, koppar och aluminium har låg resistivitet. Järn och volfram är mycket större, för att inte tala om legeringar, varav vissas motstånd överstiger rena metaller hundratals gånger. Koncentrationen av fria laddningsbärare i ledningar är betydligt högre än i dielektrikum, varför resistansen hos ledningar alltid är högre.

Som nämnts ovan är förmågan hos alla ämnen att leda ström relaterad till närvaron i dem av strömbärare (laddningsbärare) — mobila laddade partiklar (elektroner, joner) eller kvasipartiklar (till exempel hål i en halvledare) som kan röra sig i ett givet ämne över en lång sträcka kan vi helt enkelt säga att vi menar att en sådan partikel eller kvasipartikel måste kunna färdas i ett givet ämne ett godtyckligt stort, åtminstone makroskopiskt, avstånd.

Eftersom strömtätheten är högre, ju större koncentrationen av gratis laddningsbärare är och ju högre deras genomsnittliga rörelsehastighet, är rörligheten, som beror på typen av strömbärare i en given specifik miljö, också viktig. Ju större rörlighet laddningsbärare har, desto lägre resistans har detta medium.

En längre tråd har ett högre elektriskt motstånd. När allt kommer omkring, ju längre tråden är, desto fler joner från kristallgittret möts i banan för elektronerna som bildar strömmen. Och det betyder att ju fler sådana hinder elektronerna möter på vägen, desto mer bromsas de ner, vilket gör att det minskar nuvarande storlek.

En ledare med ett stort tvärsnitt ger mer frihet åt elektronerna, som om de rörde sig inte i ett smalt rör, utan i en bred bana. Elektroner rör sig lättare i rymligare förhållanden och bildar en ström, eftersom de sällan kolliderar med noderna i kristallgittret. Det är därför en tjockare tråd har mindre elektriskt motstånd.

Som ett resultat är resistansen hos en ledare direkt proportionell mot ledarens längd, den specifika resistansen hos det ämne som den är gjord av, och omvänt proportionell mot dess tvärsnittsarea. Den ultimata motståndsformeln inkluderar dessa tre parametrar.

Men det finns ingen temperatur i formeln ovan. Samtidigt är det känt att motståndet hos en ledare starkt beror på dess temperatur. Faktum är att referensvärdet för ämnens resistans vanligtvis mäts vid en temperatur på + 20 ° C. Därför tas temperaturen fortfarande i beaktande här. Det finns resistansreferenstabeller för olika ämnestemperaturer.

Metaller kännetecknas av en ökning av motståndet när deras temperatur ökar.

Detta beror på att när temperaturen stiger börjar jonerna i kristallgittret vibrera mer och mer och stör allt mer elektronernas rörelse.Men i elektrolyter bär joner en laddning, därför, när elektrolytens temperatur ökar, minskar motståndet tvärtom, eftersom dissociationen av joner accelererar och de rör sig snabbare.

I halvledare och dielektrika minskar det elektriska motståndet med ökande temperatur. Detta beror på att koncentrationen av de flesta laddningsbärare ökar med ökande temperatur. Värdet som står för förändringen i elektriskt motstånd som funktion av temperaturen kallas temperaturkoefficient för motstånd.