Elektros laidų varža
Elektrinės varžos ir laidumo samprata
Bet kuris kūnas, kuriuo teka elektros srovė, turi tam tikrą pasipriešinimą. Laidžios medžiagos savybė neleisti pro ją praeiti elektros srovei vadinama elektrine varža.
Elektronikos teorija taip paaiškina metalinių laidininkų elektrinės varžos prigimtį. Laisvieji elektronai, judėdami viela, daugybę kartų savo kelyje susiduria su atomais ir kitais elektronais ir, sąveikaudami su jais, neišvengiamai praranda dalį savo energijos. Elektronai bet kokiu atveju patiria pasipriešinimą savo judėjimui. Skirtingi metaliniai laidininkai su skirtingomis atominėmis struktūromis turi skirtingą atsparumą elektros srovei.
Lygiai tas pats paaiškina skysčių laidininkų ir dujų atsparumą elektros srovei. Tačiau nereikia pamiršti, kad šiose medžiagose ne elektronai, o įkrautos molekulių dalelės judėjimo metu susiduria su pasipriešinimu.
Pasipriešinimas žymimas lotyniškomis raidėmis R arba r.
Omas laikomas elektrinės varžos vienetu.
Omas yra 106,3 cm aukščio gyvsidabrio stulpelio, kurio skerspjūvis 1 mm2, varža 0 ° C temperatūroje.
Jei, pavyzdžiui, laido elektrinė varža yra 4 omai, tai rašoma taip: R = 4 omai arba r = 4 th.
Didelės vertės varžoms matuoti naudojamas vienetas, vadinamas megohmu.
Vienas megohmas lygus milijonui omų.
Kuo didesnė laido varža, tuo jis prasčiau praleidžia elektros srovę, ir atvirkščiai, kuo mažesnė laido varža, tuo elektros srovei lengviau praeina šį laidą.
Todėl nustatant laidininko charakteristikas (elektros srovės pratekėjimo per jį požiūriu) galima atsižvelgti ne tik į jo varžą, bet ir į atvirkštinę varžos vertę ir vadinamą laidumu.
Elektros laidumas vadinamas medžiagos gebėjimu praleisti per save elektros srovę.
Kadangi laidumas yra varžos atvirkštinis dydis, jis išreiškiamas kaip 1 /R, laidumas žymimas lotyniška raide g.
Laidininko medžiagos, jo matmenų ir aplinkos temperatūros įtaka elektrinės varžos dydžiui
Įvairių laidų varža priklauso nuo medžiagos, iš kurios jie pagaminti. Įvairių medžiagų elektrinei varžai apibūdinti sąvoka vadinama Atsparumas.
Atsparumas vadinamas 1 m ilgio ir 1 mm2 skerspjūvio laido varža. Atsparumas žymimas graikiška raide r. Kiekviena medžiaga, iš kurios pagamintas laidininkas, turi savo specifinę varžą.
Pavyzdžiui, vario varža yra 0,017, tai yra, 1 m ilgio ir 1 mm2 skerspjūvio varinės vielos varža yra 0,017 omo. Aliuminio varža – 0,03, geležies – 0,12, konstantano – 0,48, nichromo – 1–1,1.
Daugiau apie tai skaitykite čia: Kas yra elektrinė varža?
Laido varža yra tiesiogiai proporcinga jo ilgiui, tai yra, kuo viela ilgesnė, tuo didesnė jo elektrinė varža.
Vielos varža yra atvirkščiai proporcinga jos skerspjūvio plotui, tai yra, kuo viela storesnė, tuo mažesnė jo varža, ir atvirkščiai, kuo viela plonesnė, tuo didesnė jo varža.
Norėdami geriau suprasti šį ryšį, įsivaizduokite dvi susisiekiančių indų poras: viena indų pora turi ploną jungiamąjį vamzdelį, o kita - storą. Aišku, kad vieną iš indų (kiekvieną porą) užpildžius vandeniu, jo perkėlimas į kitą indą per storą vamzdį vyks daug greičiau nei per ploną, t.y. storas vamzdis turės mažesnį atsparumą vandens tekėjimui. Panašiai elektros srovei lengviau prasiskverbti per storą laidą nei per ploną, tai yra, pirmasis turi mažesnę varžą nei antrasis.
Laidininko elektrinė varža yra lygi savitajai medžiagos, iš kurios pagamintas šis laidininkas, varžai, padaugintai iš laidininko ilgio ir padalytai iš laidininko skerspjūvio ploto. dirigentas:
R = p l / S,
kur — R — laido varža, omai, l — ilgis laide m, C — laido skerspjūvio plotas, mm2.
Apvalios vielos skerspjūvio plotas apskaičiuojamas pagal formulę:
S = Pi xd2 / 4
čia Pi yra pastovi reikšmė lygi 3,14; d – vielos skersmuo.
Ir taip nustatomas laido ilgis:
l = S R / p,
Ši formulė leidžia nustatyti laido ilgį, jo skerspjūvį ir varžą, jei žinomi kiti į formulę įtraukti dydžiai.
Jei reikia nustatyti laido skerspjūvio plotą, formulė veda į tokią formą:
S = p l / R
Transformuodami tą pačią formulę ir išsprendę lygybę p atžvilgiu, randame laido varžą:
R = R S / l
Pastaroji formulė turėtų būti naudojama tais atvejais, kai žinoma laidininko varža ir matmenys, bet nežinoma jo medžiaga, be to, sunku nustatyti iš jo išvaizdos. Norėdami tai padaryti, būtina nustatyti laido varžą ir, naudodamiesi lentele, rasti medžiagą su tokia varža.
Kitas veiksnys, turintis įtakos laidų varžai, yra temperatūra.
Nustatyta, kad kylant temperatūrai metalinių laidų varža didėja, o mažėjant – mažėja. Šis gryno metalo laidininkų atsparumo padidėjimas arba sumažėjimas yra beveik toks pat ir vidutiniškai 0,4% 1 °C... Skysčių laidininkų ir anglies varža mažėja didėjant temperatūrai.
Elektroninė materijos sandaros teorija pateikia tokį paaiškinimą, kodėl didėja metalinių laidininkų varža didėjant temperatūrai.Kaitinamas laidininkas gauna šiluminę energiją, kuri neišvengiamai perduodama visiems medžiagos atomams, dėl to didėja jų judėjimo intensyvumas. Padidėjęs atomų judėjimas sukuria didesnį pasipriešinimą nukreiptam laisvųjų elektronų judėjimui, todėl laidininko varža didėja. Temperatūrai mažėjant, susidaro geresnės sąlygos kryptingam elektronų judėjimui, mažėja laidininko varža. Tai paaiškina įdomų reiškinį - metalų superlaidumą.
SuperlaidumasMetalų varžos iki nulio sumažėjimas vyksta esant milžiniškai neigiamai temperatūrai -273° ° Vadinamasis absoliutus nulis. Esant absoliutaus nulio temperatūrai, atrodo, kad metalo atomai sustingsta vietoje, visiškai netrikdomi elektronų judėjimo.