Hvorfor ulike materialer har ulik motstand

Mengden strøm som flyter gjennom en ledning er direkte proporsjonal med spenningen over endene. Dette betyr at jo større spenning i endene av en ledning, desto større er strømmen i den ledningen. Men for samme spenning på forskjellige ledninger laget av forskjellige materialer, vil strømmen være forskjellig. Det vil si at hvis spenningen på forskjellige ledninger øker på samme måte, vil økningen i strømstyrken skje i forskjellige ledninger på forskjellige måter, og dette avhenger av egenskapene til en bestemt ledning.

For hver ledning er avhengigheten av gjeldende verdi av den påførte spenningen individuell, og denne avhengigheten kalles elektrisk motstand til lederen R… Motstand i generell form kan bli funnet ved formelen R = U / I, det vil si som forholdet mellom spenningen påført en leder og mengden strøm som oppstår ved den spenningen i den lederen.

Jo større verdien av strøm i en ledning ved en gitt spenning, desto lavere er motstanden, og jo mer spenning som må påføres ledningen for å produsere en gitt strøm, jo ​​større er motstanden til ledningen.

Fra formelen for å finne motstanden kan du uttrykke gjeldende I = U / R, dette uttrykket kalles Ohms lov… Av den kan man se at jo større motstanden til ledningen er, desto mindre er strømmen.

Motstand, som det var, hindrer strømmen, hindrer den elektriske spenningen (elektrisk felt i ledningen) i å skape en enda større strøm. Dermed karakteriserer motstand en bestemt leder og er ikke avhengig av spenningen som påføres lederen. Når en høyere spenning påføres, vil strømmen være høyere, men forholdet U / I, det vil si motstanden R, vil ikke endres.

Faktisk avhenger motstanden til en ledning av lengden på ledningen, av dens tverrsnittsareal, av ledningens substans og av dens nåværende temperatur. Stoffet til en leder er relatert til dens elektriske motstand gjennom verdien av den såkalte motstand.

Motstand er det som kjennetegner materialet til en leder, og viser hvor stor motstand en leder laget av et gitt stoff vil ha hvis en slik leder har et tverrsnittsareal på 1 kvadratmeter og en lengde på 1 meter. Ledninger 1 meter lange og 1 kvadratmeter i tverrsnitt, bestående av ulike stoffer, vil ha ulik elektrisk motstand.

Poenget er at for ethvert stoff (vanligvis er det metaller, ettersom ledninger ofte er laget av metaller) har sin egen atom- og molekylstruktur. Når det gjelder metaller kan vi snakke om strukturen til krystallgitteret og antall frie elektroner, det er forskjellig for ulike metaller. Jo lavere den spesifikke motstanden til et gitt stoff er, jo bedre leder lederen laget av det elektrisk strøm, det vil si jo bedre passerer den elektroner gjennom seg selv.

Sølv, kobber og aluminium har lav resistivitet. Jern og wolfram er mye større, for ikke å nevne legeringer, hvor motstanden til noen overstiger rene metaller hundrevis av ganger. Konsentrasjonen av gratis ladningsbærere i ledninger er betydelig høyere enn i dielektrikum, og derfor er motstanden til ledninger alltid høyere.

Som nevnt ovenfor er evnen til alle stoffer til å lede strøm relatert til tilstedeværelsen i dem av strømbærere (ladningsbærere) - mobile ladede partikler (elektroner, ioner) eller kvasipartikler (for eksempel hull i en halvleder) som kan bevege seg i et gitt stoff over en lang avstand, kan vi ganske enkelt si at vi mener at en slik partikkel eller kvasipartikkel må kunne reise i et gitt stoff en vilkårlig stor, i hvert fall makroskopisk, avstand.

Siden strømtettheten er høyere, jo større konsentrasjonen av gratis ladningsbærere er og jo høyere gjennomsnittlig bevegelseshastighet er, er mobiliteten, som avhenger av typen strømbærer i et gitt spesifikt miljø, også viktig. Jo større mobilitet ladningsbærere har, jo lavere er motstanden til dette mediet.

En lengre ledning har høyere elektrisk motstand. Jo lengre ledningen er, jo flere ioner fra krystallgitteret møtes i banen til elektronene som danner strømmen. Og dette betyr at jo flere slike hindringer elektronene møter på veien, jo mer bremses de ned, noe som betyr at det avtar nåværende størrelse.

En leder med stort tverrsnitt gir mer frihet til elektronene, som om de ikke beveget seg i et smalt rør, men i en bred bane. Elektroner beveger seg lettere under mer romslige forhold, og danner en strøm, fordi de sjelden kolliderer med nodene til krystallgitteret. Dette er grunnen til at en tykkere ledning har mindre elektrisk motstand.

Som et resultat er motstanden til en leder direkte proporsjonal med lengden på lederen, den spesifikke motstanden til stoffet den er laget av, og omvendt proporsjonal med tverrsnittsarealet. Den ultimate motstandsformelen inkluderer disse tre parameterne.

Men det er ingen temperatur i formelen ovenfor. I mellomtiden er det kjent at motstanden til en leder er sterkt avhengig av temperaturen. Faktum er at referanseverdien for motstanden til stoffer vanligvis måles ved en temperatur på + 20 ° C. Derfor tas temperaturen fortsatt i betraktning her. Det finnes resistensreferansetabeller for ulike stofftemperaturer.

Metaller er preget av en økning i motstand når temperaturen øker.

Dette er fordi når temperaturen stiger, begynner ionene i krystallgitteret å vibrere mer og mer og forstyrrer mer og mer elektronenes bevegelse.Men i elektrolytter bærer ioner en ladning, derfor, når temperaturen på elektrolytten øker, reduseres motstanden, tvert imot, fordi dissosiasjonen av ioner akselererer og de beveger seg raskere.

I halvledere og dielektriske stoffer avtar elektrisk motstand med økende temperatur. Dette er fordi konsentrasjonen av de fleste ladningsbærere øker med økende temperatur. Verdien som står for endringen i elektrisk motstand som funksjon av temperatur kalles temperaturkoeffisient for motstand.