Kodėl skirtingos medžiagos turi skirtingą atsparumą
Srovės, tekančios per laidą, kiekis yra tiesiogiai proporcingas įtampai jo galuose. Tai reiškia, kad kuo didesnė įtampa laido galuose, tuo didesnė srovė tame laide. Tačiau tai pačiai įtampai skirtinguose laiduose, pagamintuose iš skirtingų medžiagų, srovė bus skirtinga. Tai yra, jei skirtingų laidų įtampa didėja vienodai, tada srovės stipris padidės skirtinguose laiduose skirtingais būdais, ir tai priklauso nuo konkretaus laido savybių.
Kiekvienam laidui srovės vertės priklausomybė nuo naudojamos įtampos yra individuali, ir ši priklausomybė vadinama laidininko R elektrinė varža… Varžą bendrąja forma galima rasti pagal formulę R = U / I, tai yra, kaip laidininko įtampos ir srovės, kuri atsiranda esant tokiai įtampai tame laidininke, santykį.
Kuo didesnė srovės vertė laide esant tam tikrai įtampai, tuo mažesnė jo varža ir kuo didesnė įtampa turi būti įjungta į laidą, kad būtų sukurta tam tikra srovė, tuo didesnė laido varža.
Iš pasipriešinimo nustatymo formulės galite išreikšti srovę I = U / R, ši išraiška vadinama Omo dėsnis… Iš jo matyti, kad kuo didesnė laido varža, tuo mažesnė srovė.
Atsparumas tarsi neleidžia tekėti srovei, neleidžia elektros įtampai (elektriniam laukui laide) sukurti dar didesnės srovės. Taigi varža apibūdina konkretų laidininką ir nepriklauso nuo laidininkui taikomos įtampos. Įjungus didesnę įtampą, srovė bus didesnė, tačiau santykis U / I, tai yra varža R, nesikeis.
Tiesą sakant, laido varža priklauso nuo laido ilgio, nuo jo skerspjūvio ploto, nuo laido medžiagos ir nuo esamos temperatūros. Laidininko medžiaga yra susijusi su jo elektrine varža per vadinamąją vertę pasipriešinimas.
Atsparumas yra tai, kas apibūdina laidininko medžiagą, parodanti, kokią varžą turės laidininkas, pagamintas iš tam tikros medžiagos, jei tokio laidininko skerspjūvio plotas yra 1 kvadratinis metras, o ilgis - 1 metras. 1 metro ilgio ir 1 kvadratinio metro skerspjūvio laidai, susidedantys iš skirtingų medžiagų, turės skirtingą elektrinę varžą.
Esmė ta, kad bet kuriai medžiagai (dažniausiai yra metalai, nes laidai dažnai gaminami iš metalų) turi savo atominę ir molekulinę struktūrą. Kalbant apie metalus, galime kalbėti apie kristalinės gardelės struktūrą ir laisvųjų elektronų skaičių, skirtingiems metalams jis yra skirtingas. Kuo mažesnė tam tikros medžiagos savitoji varža, tuo iš jos pagamintas laidininkas geriau praleidžia elektros srovę, tai yra, tuo geriau per save praleidžia elektronus.
Sidabras, varis ir aliuminis turi mažą varžą. Geležis ir volframas yra daug didesni, jau nekalbant apie lydinius, kurių kai kurių atsparumas šimtus kartų viršija grynųjų metalų. Laisvųjų krūvininkų koncentracija laiduose yra žymiai didesnė nei dielektrikuose, todėl ir laidų varža visada didesnė.
Kaip minėta pirmiau, visų medžiagų gebėjimas praleisti srovę yra susijęs su tuo, kad jose yra srovės nešėjų (krūvio nešėjų) – judrių įkrautų dalelių (elektronų, jonų) arba kvazidalelių (pavyzdžiui, skylių puslaidininkyje). judėti tam tikroje medžiagoje dideliu atstumu, galime tiesiog pasakyti, kad turime omenyje tai, kad tokia dalelė arba kvazidalelė tam tikroje medžiagoje turi nukeliauti savavališkai didelį, bent jau makroskopinį atstumą.
Kadangi srovės tankis didesnis, kuo didesnė laisvųjų krūvininkų koncentracija ir didesnis jų vidutinis judėjimo greitis, svarbus ir judrumas, priklausantis nuo srovės nešiklio tipo konkrečioje aplinkoje. Kuo didesnis krūvininkų mobilumas, tuo mažesnė šios terpės varža.
Ilgesnis laidas turi didesnę elektrinę varžą. Juk kuo viela ilgesnė, tuo daugiau jonų iš kristalinės gardelės susitinka srovę formuojančių elektronų kelyje. O tai reiškia, kad kuo daugiau tokių kliūčių elektronai susiduria kelyje, tuo labiau jie sulėtėja, vadinasi, mažėja srovės dydis.
Didelio skerspjūvio laidininkas suteikia daugiau laisvės elektronams, tarsi jie judėtų ne siauru vamzdeliu, o plačiu keliu. Elektronai lengviau juda erdvesnėmis sąlygomis, sudarydami srovę, nes retai susiduria su kristalinės gardelės mazgais. Štai kodėl storesnė viela turi mažesnę elektros varžą.
Dėl to laidininko varža yra tiesiogiai proporcinga laidininko ilgiui, specifinei medžiagos, iš kurios jis pagamintas, varžai ir atvirkščiai proporcingas jo skerspjūvio plotui. Galutinė atsparumo formulė apima šiuos tris parametrus.
Tačiau aukščiau pateiktoje formulėje temperatūros nėra. Tuo tarpu žinoma, kad laidininko varža labai priklauso nuo jo temperatūros. Faktas yra tas, kad pamatinė medžiagų atsparumo vertė paprastai matuojama esant + 20 ° C temperatūrai. Todėl čia vis tiek atsižvelgiama į temperatūrą. Yra įvairių medžiagų temperatūrų atsparumo nuorodų lentelės.
Metalams būdingas atsparumo padidėjimas, kylant jų temperatūrai.
Taip yra todėl, kad kylant temperatūrai kristalinės gardelės jonai pradeda vis labiau vibruoti ir vis labiau trukdo elektronų judėjimui.Tačiau elektrolituose jonai turi krūvį, todėl, kylant elektrolito temperatūrai, pasipriešinimas, priešingai, mažėja, nes jonų disociacija pagreitėja ir jie greičiau juda.
Puslaidininkiuose ir dielektrikuose elektrinė varža mažėja didėjant temperatūrai. Taip yra todėl, kad didėjant temperatūrai daugumos krūvininkų koncentracija didėja. Vadinama vertė, kuri atspindi elektrinės varžos pokytį kaip temperatūros funkciją atsparumo temperatūros koeficientas.