Prečo majú rôzne materiály rôznu odolnosť

Množstvo prúdu pretekajúceho drôtom je priamo úmerné napätiu na jeho koncoch. To znamená, že čím väčšie je napätie na koncoch drôtu, tým väčší je prúd v tomto drôte. Ale pre rovnaké napätie na rôznych drôtoch vyrobených z rôznych materiálov bude prúd iný. To znamená, že ak sa napätie na rôznych drôtoch zvýši rovnakým spôsobom, potom sa zvýšenie sily prúdu prejaví v rôznych drôtoch rôznymi spôsobmi, čo závisí od vlastností konkrétneho drôtu.

Pre každý vodič je závislosť hodnoty prúdu od použitého napätia individuálna a táto závislosť sa nazýva elektrický odpor vodiča R… Odpor vo všeobecnej forme možno nájsť podľa vzorca R = U / I, to znamená ako pomer napätia aplikovaného na vodič k množstvu prúdu, ktorý sa vyskytuje pri tomto napätí v tomto vodiči.

Čím väčšia je hodnota prúdu v drôte pri danom napätí, tým nižší je jeho odpor a čím väčšie napätie musí byť privedené na drôt, aby sa vytvoril daný prúd, tým väčší je odpor drôtu.

Zo vzorca na nájdenie odporu môžete vyjadriť prúd I = U / R, tento výraz sa nazýva Ohmov zákon… Z toho je vidieť, že čím väčší je odpor drôtu, tým menší je prúd.

Odpor akoby bráni toku prúdu, bráni elektrickému napätiu (elektrickému poľu v drôte) vytvárať ešte väčší prúd. Odpor teda charakterizuje konkrétny vodič a nezávisí od napätia aplikovaného na vodič. Keď sa použije vyššie napätie, prúd bude vyšší, ale pomer U / I, teda odpor R, sa nezmení.

V skutočnosti odpor drôtu závisí od dĺžky drôtu, od jeho prierezu, od podstaty drôtu a od jeho aktuálnej teploty. Hmota vodiča súvisí s jeho elektrickým odporom cez hodnotu tzv odpor.

Odpor je to, čo charakterizuje materiál vodiča a ukazuje, aký odpor bude mať vodič vyrobený z danej látky, ak má takýto vodič prierez 1 meter štvorcový a dĺžku 1 meter. Drôty s dĺžkou 1 meter a prierezom 1 meter štvorcový, pozostávajúce z rôznych látok, budú mať rôzne elektrické odpory.

Pointa je, že pre akúkoľvek látku (zvyčajne existujú kovy, keďže drôty sú často vyrobené z kovov) má svoju vlastnú atómovú a molekulárnu štruktúru. Čo sa týka kovov, môžeme hovoriť o štruktúre kryštálovej mriežky a počte voľných elektrónov, pre rôzne kovy je to rôzne. Čím nižší je špecifický odpor danej látky, tým lepšie vodič z nej vyrobený vedie elektrický prúd, teda tým lepšie prechádza elektróny cez seba.

Striebro, meď a hliník majú nízky odpor. Železo a volfrám sú oveľa väčšie, nehovoriac o zliatinách, z ktorých odolnosť niektorých stonásobne prevyšuje čisté kovy. Koncentrácia voľných nosičov náboja v drôtoch je výrazne vyššia ako v dielektrikách, preto je odpor drôtov vždy vyšší.

Ako je uvedené vyššie, schopnosť všetkých látok viesť prúd súvisí s prítomnosťou prúdových nosičov (nosičov náboja) – mobilných nabitých častíc (elektrónov, iónov) alebo kvázičastíc (napríklad dier v polovodiči), ktoré môžu pohybovať sa v danej látke na veľkú vzdialenosť, zjednodušene môžeme povedať, že máme na mysli, že takáto častica alebo kvázičastica musí byť schopná prejsť v danej látke ľubovoľne veľkú, aspoň makroskopickú vzdialenosť.

Keďže prúdová hustota je vyššia, čím väčšia je koncentrácia voľných nosičov náboja a čím vyššia je ich priemerná rýchlosť pohybu, dôležitá je aj mobilita, ktorá závisí od typu prúdového nosiča v danom konkrétnom prostredí. Čím väčšia je pohyblivosť nosičov náboja, tým menší je odpor tohto média.

Dlhší drôt má vyšší elektrický odpor. Koniec koncov, čím je drôt dlhší, tým viac iónov z kryštálovej mriežky sa stretáva v dráhe elektrónov, ktoré tvoria prúd. A to znamená, že čím viac takýchto prekážok elektróny na ceste stretnú, tým viac sú spomalené, čo znamená, že klesá aktuálna veľkosť.

Vodič s veľkým prierezom dáva elektrónom väčšiu voľnosť, ako keby sa nepohybovali v úzkej trubici, ale po širokej dráhe. Elektróny sa ľahšie pohybujú v priestrannejších podmienkach a vytvárajú prúd, pretože len zriedka kolidujú s uzlami kryštálovej mriežky. To je dôvod, prečo má hrubší drôt menší elektrický odpor.

V dôsledku toho je odpor vodiča priamo úmerný dĺžke vodiča, špecifickému odporu látky, z ktorej je vyrobený, a nepriamo úmerný ploche jeho prierezu. Vzorec konečného odporu zahŕňa tieto tri parametre.

Ale vo vyššie uvedenom vzorci nie je žiadna teplota. Medzitým je známe, že odpor vodiča silne závisí od jeho teploty. Faktom je, že referenčná hodnota odolnosti látok sa zvyčajne meria pri teplote + 20 ° C. Preto sa tu teplota stále berie do úvahy. Existujú referenčné tabuľky odporu pre rôzne teploty látok.

Kovy sa vyznačujú nárastom odporu pri zvyšovaní ich teploty.

Je to preto, že so stúpajúcou teplotou začínajú ióny kryštálovej mriežky viac a viac vibrovať a stále viac zasahovať do pohybu elektrónov.V elektrolytoch však ióny nesú náboj, preto so zvyšujúcou sa teplotou elektrolytu odpor naopak klesá, pretože disociácia iónov sa zrýchľuje a pohybujú sa rýchlejšie.

V polovodičoch a dielektrikách elektrický odpor klesá so zvyšujúcou sa teplotou. Koncentrácia väčšiny nosičov náboja sa totiž zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou. Hodnota, ktorá zodpovedá za zmenu elektrického odporu v závislosti od teploty, sa nazýva teplotný koeficient odporu.