Zakaj imajo različni materiali različno odpornost

Količina toka, ki teče skozi žico, je neposredno sorazmerna z napetostjo na njenih koncih. To pomeni, da večja kot je napetost na koncih žice, večji je tok v tej žici. Toda za isto napetost na različnih žicah iz različnih materialov bo tok drugačen. To pomeni, da če se napetost na različnih žicah poveča na enak način, se bo povečanje tokovne moči v različnih žicah pojavilo na različne načine, kar je odvisno od lastnosti posamezne žice.

Za vsako žico je odvisnost trenutne vrednosti od uporabljene napetosti individualna in ta odvisnost se imenuje električni upor vodnika R… Upornost v splošni obliki je mogoče najti s formulo R = U / I, to je kot razmerje med napetostjo, uporabljeno na vodniku, in količino toka, ki se pojavi pri tej napetosti v tem prevodniku.

Večja ko je vrednost toka v žici pri določeni napetosti, manjši je njen upor in večja kot je napetost, ki mora biti uporabljena za žico, da proizvede določen tok, večji je upor žice.

Iz formule za iskanje upora lahko izrazite tok I = U / R, ta izraz se imenuje Ohmov zakon… Iz tega je razvidno, da večji kot je upor žice, manjši je tok.

Upor tako rekoč preprečuje pretok toka, preprečuje, da bi električna napetost (električno polje v žici) ustvarila še večji tok. Tako je upor značilen za določen vodnik in ni odvisen od napetosti, ki se uporablja za vodnik. Ko se uporabi višja napetost, bo tok višji, vendar se razmerje U / I, to je upor R, ne bo spremenilo.

Pravzaprav je upor žice odvisen od dolžine žice, površine njenega preseka, snovi žice in njene trenutne temperature. Snov prevodnika je povezana z njegovim električnim uporom preko vrednosti ti odpornost.

Upornost je tisto, kar je značilno za material prevodnika, ki kaže, kolikšen upor bo imel prevodnik iz določene snovi, če ima tak prevodnik površino preseka 1 kvadratni meter in dolžino 1 meter. Žice dolžine 1 meter in prereza 1 kvadratni meter, sestavljene iz različnih snovi, bodo imele različne električne upore.

Bistvo je, da za vsako snov (običajno obstajajo kovine, saj so žice pogosto izdelane iz kovin) ima svojo atomsko in molekularno strukturo. Pri kovinah lahko govorimo o strukturi kristalne mreže in številu prostih elektronov, pri različnih kovinah je različno. Manjši kot je specifični upor določene snovi, bolje prevodnik iz nje prevaja električni tok, torej bolje prepušča elektrone skozi sebe.

Srebro, baker in aluminij imajo nizko upornost. Železo in volfram sta veliko večja, da ne omenjamo zlitin, od katerih odpornost nekaterih presega čiste kovine za stokrat. Koncentracija prostih nosilcev naboja v žicah je bistveno večja kot v dielektrikih, zato je upornost žic vedno večja.

Kot je navedeno zgoraj, je sposobnost vseh snovi, da prevajajo tok, povezana s prisotnostjo v njih tokovnih nosilcev (nosilcev naboja) - mobilnih nabitih delcev (elektronov, ionov) ali kvazidelcev (na primer luknje v polprevodniku), ki lahko premikati v dani snovi na veliko razdaljo, lahko preprosto rečemo, da mislimo, da mora biti tak delec ali kvazidelec sposoben v dani snovi prepotovati poljubno veliko, vsaj makroskopsko, razdaljo.

Ker je gostota toka večja, čim večja je koncentracija prostih nosilcev naboja in čim večja je njihova povprečna hitrost gibanja, je pomembna tudi mobilnost, ki je odvisna od vrste nosilca toka v določenem okolju. Večja kot je mobilnost nosilcev naboja, manjši je upor tega medija.

Daljša žica ima večji električni upor. Konec koncev, daljša kot je žica, več ionov iz kristalne mreže se sreča na poti elektronov, ki tvorijo tok. In to pomeni, da več takšnih ovir, na katere elektroni naletijo na poti, bolj so upočasnjeni, kar pomeni, da se zmanjša trenutna velikost.

Prevodnik z velikim prerezom daje več svobode elektronom, kot da se ne gibljejo v ozki cevi, ampak v široki poti. Elektroni se lažje premikajo v bolj prostornih pogojih in tvorijo tok, ker le redko trčijo v vozlišča kristalne mreže. Zato ima debelejša žica manjši električni upor.

Zaradi tega je upor prevodnika premo sorazmeren z dolžino prevodnika, specifičnim uporom snovi, iz katere je izdelan, in obratno sorazmeren s površino njegovega preseka. Končna formula odpornosti vključuje te tri parametre.

Toda v zgornji formuli ni temperature. Medtem je znano, da je upor prevodnika močno odvisen od njegove temperature. Dejstvo je, da se referenčna vrednost odpornosti snovi običajno meri pri temperaturi + 20 ° C. Zato se tukaj še vedno upošteva temperatura. Obstajajo referenčne tabele odpornosti za različne temperature snovi.

Za kovine je značilno povečanje odpornosti, ko se njihova temperatura poveča.

To je zato, ker z naraščanjem temperature ioni kristalne mreže začnejo vedno bolj vibrirati in vse bolj motijo ​​gibanje elektronov.Toda v elektrolitih ioni nosijo naboj, zato se s povišanjem temperature elektrolita upor nasprotno zmanjša, ker se disociacija ionov pospeši in se hitreje premikajo.

V polprevodnikih in dielektrikih se električni upor zmanjšuje z naraščajočo temperaturo. To je zato, ker koncentracija večine nosilcev naboja narašča z naraščajočo temperaturo. Vrednost, ki upošteva spremembo električnega upora kot funkcijo temperature, se imenuje temperaturni koeficient upora.