Kāpēc dažādiem materiāliem ir atšķirīga pretestība

Caur vadu plūstošās strāvas daudzums ir tieši proporcionāls spriegumam tā galos. Tas nozīmē, ka jo lielāks ir spriegums stieples galos, jo lielāka ir strāva šajā vadā. Bet vienam un tam pašam spriegumam uz dažādiem vadiem, kas izgatavoti no dažādiem materiāliem, strāva būs atšķirīga. Tas ir, ja spriegums uz dažādiem vadiem palielinās vienādi, tad strāvas stipruma pieaugums dažādos vados notiks dažādos veidos, un tas ir atkarīgs no konkrēta vada īpašībām.

Katram vadam strāvas vērtības atkarība no pielietotā sprieguma ir individuāla, un šo atkarību sauc vadītāja elektriskā pretestība R… Pretestību vispārīgā veidā var atrast pēc formulas R = U / I, tas ir, kā vadītājam pieliktā sprieguma attiecību pret strāvas daudzumu, kas rodas pie šī sprieguma šajā vadītājā.

Jo lielāka ir strāvas vērtība vadā pie noteiktā sprieguma, jo mazāka ir tā pretestība, un jo lielāks spriegums jāpieliek vadam, lai radītu noteiktu strāvu, jo lielāka ir stieples pretestība.

No pretestības atrašanas formulas jūs varat izteikt strāvu I = U / R, šo izteiksmi sauc Oma likums… No tā var redzēt, ka jo lielāka ir stieples pretestība, jo mazāka ir strāva.

Pretestība it kā novērš strāvas plūsmu, neļauj elektriskajam spriegumam (elektriskajam laukam vadā) radīt vēl lielāku strāvu. Tādējādi pretestība raksturo konkrētu vadītāju un nav atkarīga no vadītājam pieliktā sprieguma. Pieliekot augstāku spriegumu, strāva būs lielāka, bet attiecība U / I, tas ir, pretestība R, nemainīsies.

Faktiski stieples pretestība ir atkarīga no stieples garuma, no tā šķērsgriezuma laukuma, no stieples vielas un no tā pašreizējās temperatūras. Vadītāja viela ir saistīta ar tā elektrisko pretestību caur vērtību t.s pretestība.

Pretestība ir tas, kas raksturo vadītāja materiālu, parādot, cik liela pretestība būs vadītājam, kas izgatavots no noteiktas vielas, ja šāda vadītāja šķērsgriezuma laukums ir 1 kvadrātmetrs un garums 1 metrs. 1 metru gariem un 1 kvadrātmetru šķērsgriezuma vadiem, kas sastāv no dažādām vielām, būs atšķirīga elektriskā pretestība.

Būtība ir tāda, ka jebkurai vielai (parasti tādas ir metāli, jo vadi bieži ir izgatavoti no metāliem) ir sava atomu un molekulārā struktūra. Attiecībā uz metāliem var runāt par kristāla režģa struktūru un brīvo elektronu skaitu, dažādiem metāliem tas ir atšķirīgs. Jo mazāka ir noteiktas vielas īpatnējā pretestība, jo labāk no tās izgatavotais vadītājs vada elektrisko strāvu, tas ir, jo labāk tas izlaiž elektronus caur sevi.

Sudraba, vara un alumīnija pretestība ir zema. Dzelzs un volframs ir daudz lielāki, nemaz nerunājot par sakausējumiem, no kuriem dažu pretestība simtiem reižu pārsniedz tīros metālus. Brīvo lādiņnesēju koncentrācija vados ir ievērojami augstāka nekā dielektriķos, tāpēc vadu pretestība vienmēr ir lielāka.

Kā minēts iepriekš, visu vielu spēja vadīt strāvu ir saistīta ar strāvas nesēju (lādiņa nesēju) — kustīgu lādētu daļiņu (elektronu, jonu) vai kvazidaļiņu (piemēram, caurumu pusvadītāja) klātbūtni tajās. pārvietoties noteiktā vielā lielā attālumā, mēs varam vienkārši teikt, ka mēs domājam, ka šādai daļiņai vai kvazidaļiņai ir jāspēj dotajā vielā pārvietoties patvaļīgi lielu, vismaz makroskopisku attālumu.

Tā kā strāvas blīvums ir lielāks, jo lielāka ir brīvo lādiņnesēju koncentrācija un lielāks to vidējais kustības ātrums, svarīga ir arī mobilitāte, kas ir atkarīga no strāvas nesēja veida konkrētajā vidē. Jo lielāka ir lādiņu nesēju mobilitāte, jo mazāka ir šīs vides pretestība.

Garākam vadam ir lielāka elektriskā pretestība. Galu galā, jo garāks ir vads, jo vairāk jonu no kristāla režģa satiekas elektronu ceļā, kas veido strāvu. Un tas nozīmē, ka jo vairāk šādu šķēršļu elektroni sastopas ceļā, jo vairāk tie tiek palēnināti, kas nozīmē, ka tas samazinās strāvas lielums.

Liela šķērsgriezuma vadītājs dod lielāku brīvību elektroniem, it kā tie kustētos nevis šaurā caurulē, bet gan platā ceļā. Plašākos apstākļos elektroni pārvietojas vieglāk, veidojot strāvu, jo reti saduras ar kristāla režģa mezgliem. Tāpēc resnākam vadam ir mazāka elektriskā pretestība.

Rezultātā vadītāja pretestība ir tieši proporcionāla vadītāja garumam, vielas īpatnējai pretestībai, no kuras tas izgatavots, un apgriezti proporcionāla tā šķērsgriezuma laukumam. Galējā pretestības formula ietver šos trīs parametrus.

Bet iepriekš minētajā formulā temperatūras nav. Tikmēr ir zināms, ka vadītāja pretestība ir ļoti atkarīga no tā temperatūras. Fakts ir tāds, ka vielu pretestības atsauces vērtību parasti mēra temperatūrā + 20 ° C. Tāpēc šeit joprojām tiek ņemta vērā temperatūra. Ir pretestības atsauces tabulas dažādām vielu temperatūrām.

Metālus raksturo pretestības palielināšanās, paaugstinoties to temperatūrai.

Tas ir tāpēc, ka, paaugstinoties temperatūrai, kristāla režģa joni sāk vibrēt arvien vairāk un arvien vairāk traucē elektronu kustību.Bet elektrolītos joni nes lādiņu, tāpēc, paaugstinoties elektrolīta temperatūrai, pretestība, gluži pretēji, samazinās, jo jonu disociācija paātrinās un tie kustas ātrāk.

Pusvadītājos un dielektriķos elektriskā pretestība samazinās, palielinoties temperatūrai. Tas ir tāpēc, ka vairuma lādiņu nesēju koncentrācija palielinās, palielinoties temperatūrai. Tiek saukta vērtība, kas atspoguļo elektriskās pretestības izmaiņas atkarībā no temperatūras pretestības temperatūras koeficients.