Hvorfor forskellige materialer har forskellig modstand

Mængden af ​​strøm, der strømmer gennem en ledning, er direkte proportional med spændingen over dens ender. Det betyder, at jo større spændingen er i enderne af en ledning, jo større er strømmen i den ledning. Men for den samme spænding på forskellige ledninger lavet af forskellige materialer, vil strømmen være anderledes. Det vil sige, at hvis spændingen på forskellige ledninger stiger på samme måde, så vil stigningen i strømstyrken forekomme i forskellige ledninger på forskellige måder, og dette afhænger af egenskaberne af en bestemt ledning.

For hver ledning er afhængigheden af ​​den aktuelle værdi af den påførte spænding individuel, og denne afhængighed kaldes elektrisk modstand af lederen R… Modstand i generel form kan findes ved formlen R = U / I, det vil sige som forholdet mellem spændingen påført en leder og mængden af ​​strøm, der opstår ved den spænding i den leder.

Jo større værdien af ​​strøm i en ledning ved en given spænding, jo lavere er dens modstand, og jo mere spænding der skal påføres ledningen for at producere en given strøm, jo ​​større modstand er ledningen.

Fra formlen til at finde modstanden kan du udtrykke den nuværende I = U / R, dette udtryk kaldes Ohms lov… Ud fra det kan det ses, at jo større modstand ledningen er, jo mindre er strømmen.

Modstand forhindrer så at sige strømmen, forhindrer den elektriske spænding (det elektriske felt i ledningen) i at skabe en endnu større strøm. Modstanden karakteriserer således en bestemt leder og afhænger ikke af den spænding, der påføres lederen. Når der påføres en højere spænding, vil strømmen være højere, men forholdet U/I, det vil sige modstanden R, ændres ikke.

Faktisk afhænger modstanden af ​​en ledning af ledningens længde, af dens tværsnitsareal, af ledningens substans og af dens aktuelle temperatur. Stoffet i en leder er relateret til dens elektriske modstand gennem værdien af ​​den såkaldte modstand.

Modstand er det, der kendetegner materialet i en leder, og viser hvor meget modstand en leder lavet af et givet stof vil have, hvis en sådan leder har et tværsnitsareal på 1 kvadratmeter og en længde på 1 meter. Ledninger 1 meter lange og 1 kvadratmeter i tværsnit, bestående af forskellige stoffer, vil have forskellige elektriske modstande.

Den nederste linje er, at for ethvert stof (som regel er der metaller, da ledninger ofte er lavet af metaller) har sin egen atomare og molekylære struktur. Med hensyn til metaller kan vi tale om strukturen af ​​krystalgitteret og antallet af frie elektroner, det er forskelligt for forskellige metaller. Jo lavere den specifikke modstand af et givet stof er, jo bedre leder lederen lavet af det elektrisk strøm, det vil sige, jo bedre passerer den elektroner gennem sig selv.

Sølv, kobber og aluminium har lav resistivitet. Jern og wolfram er meget større, for ikke at nævne legeringer, hvoraf nogles modstand overstiger rene metaller hundredvis af gange. Koncentrationen af ​​frie ladningsbærere i ledninger er væsentligt højere end i dielektrikum, hvorfor modstanden i ledninger altid er højere.

Som nævnt ovenfor er alle stoffers evne til at lede strøm relateret til tilstedeværelsen i dem af strømbærere (ladningsbærere) — mobile ladede partikler (elektroner, ioner) eller kvasipartikler (f.eks. huller i en halvleder), der kan bevæge sig i et givent stof over en lang afstand, kan vi blot sige, at vi mener, at en sådan partikel eller kvasipartikel skal kunne rejse i et givent stof en vilkårlig stor, i hvert fald makroskopisk, afstand.

Da strømtætheden er højere, jo større koncentrationen af ​​gratis ladningsbærere er og jo højere deres gennemsnitlige bevægelseshastighed, er mobiliteten, som afhænger af typen af ​​strømbærer i et givet specifikt miljø, også vigtig. Jo større mobilitet ladningsbærere er, jo lavere er modstanden af ​​dette medium.

En længere ledning har en højere elektrisk modstand. Jo længere ledningen er, jo flere ioner fra krystalgitteret mødes i banen for de elektroner, der danner strømmen. Og det betyder, at jo flere sådanne forhindringer elektronerne møder på vejen, jo mere bremses de, hvilket betyder, at det aftager nuværende størrelse.

En leder med et stort tværsnit giver mere frihed til elektronerne, som om de bevægede sig ikke i et smalt rør, men i en bred bane. Elektroner bevæger sig lettere under mere rummelige forhold og danner en strøm, fordi de sjældent kolliderer med krystalgitterets noder. Dette er grunden til, at en tykkere ledning har mindre elektrisk modstand.

Som et resultat er modstanden af ​​en leder direkte proportional med længden af ​​lederen, den specifikke modstand af stoffet, hvorfra den er lavet, og omvendt proportional med dens tværsnitsareal. Den ultimative modstandsformel inkluderer disse tre parametre.

Men der er ingen temperatur i ovenstående formel. I mellemtiden er det kendt, at modstanden af ​​en leder stærkt afhænger af dens temperatur. Faktum er, at referenceværdien for stoffers modstand normalt måles ved en temperatur på + 20 ° C. Derfor tages der stadig højde for temperaturen her. Der er resistensreferencetabeller for forskellige stoftemperaturer.

Metaller er karakteriseret ved en stigning i modstanden, når deres temperatur stiger.

Det skyldes, at når temperaturen stiger, begynder krystalgitterets ioner at vibrere mere og mere og forstyrrer mere og mere elektronernes bevægelse.Men i elektrolytter bærer ioner en ladning, derfor, når elektrolyttens temperatur stiger, falder modstanden tværtimod, fordi dissociationen af ​​ioner accelererer, og de bevæger sig hurtigere.

I halvledere og dielektrika falder den elektriske modstand med stigende temperatur. Dette skyldes, at koncentrationen af ​​de fleste ladningsbærere stiger med stigende temperatur. Den værdi, der står for ændringen i elektrisk modstand som funktion af temperaturen, kaldes temperaturkoefficient for modstand.