Kasnije je utvrđeno da otpor parcele ovisi o njegovim geometrijskim karakteristikama kako slijedi: R = ρl / S,
gdje je l duljina vodiča, S je površina njegova poprečnog presjeka, a r je određeni koeficijent proporcionalnosti.
Tako se otpor određuje geometrijom vodiča, kao i parametrom kao što je otpornost (u daljnjem tekstu, C.), tako se taj koeficijent naziva tako. Ako uzmete dva vodiča istog poprečnog presjeka i duljine i stavite ih u krug, onda, mjerenjem jačine struje i otpora, možete vidjeti da će u dva slučaja te brojke biti različite. Prema tome, električni otpor je karakteristika materijala iz kojeg je napravljen vodič, a još preciznije, tvari.
Vodljivost i otpornost
SAD pokazuje sposobnost tvari da spriječi prolaz struje. Ali u fizici postoji i recipročna provodljivost. Pokazuje sposobnost provođenja električne struje. Izgleda ovako:
σ = 1 / ρ, gdje je ρ otpornost tvari.
Ako govorimo o vodljivosti, ona se određuje karakteristikama nosača naboja u toj tvari. Dakle, u metalima postoje slobodni elektroni. Na vanjskoj ljusci ih nema više od tri, a za atom je više isplativo "odati ih", što se događa tijekom kemijskih reakcija sa supstancama s desne strane periodnog sustava. U situaciji kada imamo čist metal, on ima kristalnu strukturu u kojoj su ti vanjski elektroni uobičajeni. Oni nose naboj ako se na metal nanese električno polje.
U rješenjima nositelji naboja su ioni.
Ako govorimo o tvarima kao što je silicij, onda je po svojim svojstvima poluvodič i djeluje nešto drugačije, ali više o tome kasnije. Za sada ćemo razumjeti, od takvih klasa tvari razlikuju se, kao:
- vodiči;
- poluvodiči;
- Dielektrika.
Provodnici i dielektrici
Postoje tvari koje gotovo ne provode struju. Nazivaju se dielektrici. Takve tvari mogu polarizirati u električnom polju, tj. Njihove molekule mogu rotirati u ovom polju, ovisno o tome kako su elektroni raspoređeni u njima. Ali budući da ti elektroni nisu slobodni, već služe za povezivanje atoma, oni ne provode struju.
Provodljivost dielektrika je gotovo nula, iako među njima nema idealnih (to je ista apstrakcija kao crno tijelo ili idealan plin).
Uvjetna granica pojma "vodič" je ρ <10 -5 oma, a donji prag dielektrika je 10 8 ohma.
Između ove dvije klase postoje tvari nazvane poluvodiči. Ali njihova izolacija u zasebnu skupinu supstanci povezana je ne toliko s njihovim srednjim stanjem u liniji "vodljivost - otpornost", kao s osobitostima ove vodljivosti u različitim uvjetima.
Ovisnost o okolišnim čimbenicima
Provodljivost nije posve konstantna. Podaci u tablicama iz kojih se uzima za izračune postoje za normalne uvjete okoline, odnosno za temperaturu od 20 stupnjeva. U stvarnosti, teško je pronaći takve idealne uvjete za rad kruga; zapravo ws (i stoga, vodljivost) ovise o sljedećim čimbenicima:
- temperatura;
- tlak;
- prisutnost magnetskih polja;
- svjetlosti;
- agregativno stanje.
Različite tvari imaju svoj raspored za promjenu ovog parametra pod različitim uvjetima. Tako se ferromagneti (željezo i nikal) povećavaju kada se smjer struje podudara s smjerom linija magnetskog polja. Što se tiče temperature, ovisnost je ovdje gotovo linearna (postoji čak i koncept temperaturnog koeficijenta otpora, a to je također i tablična vrijednost). No, smjer ove ovisnosti je različit: za metale se povećava s povećanjem temperature, a za rijetke zemaljske elemente i otopine elektrolita se povećava - a to je unutar istog agregatnog stanja.
U poluvodičima ovisnost o temperaturi nije linearna, već hiperbolična i inverzna: s povećanjem temperature povećava se njihova vodljivost. To kvalitativno razlikuje vodiče od poluvodiča. Ovdje je ovisnost ρ o temperaturi vodiča:
Ovdje su otpornost bakra, platine i željeza. Neki metali imaju nešto drugačiji graf, na primjer živu - kada temperatura padne na 4 K, ona je gotovo potpuno izgubila (ovaj fenomen naziva se supravodljivost).
A za poluvodiče, ova ovisnost će biti nešto poput ovoga:
Tijekom prijelaza u tekuće stanje, metal ρ se povećava, ali se svi ponašaju različito. Na primjer, u rastaljenom bizmutu on je niži nego na sobnoj temperaturi, au bakru je 10 puta veći od normalne. Nikal ostavlja linijski grafikon na 400 stupnjeva, nakon čega ρ pada.
Ali ovisnost o volframovoj temperaturi je toliko visoka da uzrokuje da žarulje sa žarnom niti izgore. Kada se uključi, struja zagrijava spiralu, a njen otpor se povećava nekoliko puta.
Također imaju. a. legure ovisi o tehnologiji njihove proizvodnje. Dakle, ako se radi o jednostavnoj mehaničkoj mješavini, tada se otpornost takve tvari može izračunati na temelju prosjeka, ali ona je ista za zamjensku leguru (to je kada se dva ili više elemenata stavljaju u jednu kristalnu rešetku) i bit će, po pravilu, mnogo veća. Primjerice, nichrome, od kojeg su napravljene spirale za električne peći, ima takvu vrijednost tog parametra da se, kada je spojen na krug, ovaj vodič zagrijava do crvenila (zbog čega se i koristi).
Ovdje je karakteristika ρ ugljičnog čelika:
Kao što se može vidjeti, kako se približava talištu, on se stabilizira.
Otpornost raznih vodiča
Bilo kako bilo, u izračunima ρ se koristi pod normalnim uvjetima. Dajemo tablicu pomoću koje možete usporediti ovu karakteristiku s različitim metalima:
| metalni | otpornost, Ohm · m | temperaturni koeficijent, 1 / ° S * 10 -3 |
| bakar | 1, 68 * 10 -8 | 3.9 |
| aluminijum | 2.82 * 10 -8 | 3.9 |
| željezo | 1 * 10 -7 | 5 |
| srebro | 1.59 * 10 -8 | 3.8 |
| zlato | 2, 44 * 10 -8 | 3.4 |
| magnezij | 4, 4 * 10 -8 | 3.9 |
| lim | 1, 09 * 10 -7 | 4.5 |
| voditi | 2.2 * 10 -7 | 3.9 |
| cink | 5, 9 * 10 -8 | 3.7 |
Kao što tablica pokazuje, najbolji dirigent je srebro. I samo njegov trošak sprječava da se masovno primjenjuje u proizvodnji kabela. SAD Aluminij je također mali, ali manje od zlata. Iz tablice postaje jasno zašto su ožičenja u kućama bakrena ili aluminijska.
Tablica ne uključuje nikal, koji, kao što smo rekli, ima pomalo neobičan grafikon y ovisnosti. a. na temperaturu. Otpornost nikla nakon podizanja na 400 stupnjeva ne počinje rasti, već pada. Zanimljivo je da se on ponaša u drugim zamjenskim legurama. Tako se ponaša legura bakra i nikla, ovisno o postotku dvaju:
I ovaj zanimljivi grafikon pokazuje otpornost cink-magnezijevih legura:
Kao materijali za proizvodnju reostata koriste se legure visoke otpornosti, ovdje su njihove karakteristike:
| legura | otpor |
| manganinska | 4.82 * 10 -7 |
| konstantnosti | 4.9 * 10 -7 |
| nikromom | 1, 1 * 10 -6 |
| fechral | 1, 2 * 10 -6 |
| hromal | 1, 2 * 10 -6 |
To su složene legure koje se sastoje od željeza, aluminija, kroma, mangana i nikla.
Što se tiče ugljičnih čelika, to je približno 1, 7 * 10 -7 Ohm.
Razlika između y. a. različiti vodiči određuju njihovu uporabu. Tako se bakar i aluminij masovno koriste u proizvodnji kabela, a zlato i srebro - kao kontakti u brojnim proizvodima radijskog inženjeringa. Visokotporni vodiči našli su svoje mjesto među proizvođačima električnih uređaja (točnije, za to su stvoreni).
Varijabilnost ovog parametra, ovisno o uvjetima okoline, činila je osnovu takvih uređaja kao što su senzori magnetskog polja, termistori, mjerni instrumenti, fotorezistori.