Miks on erinevatel materjalidel erinev vastupidavus
Juhtme läbiva voolu hulk on otseselt võrdeline selle otste pingega. See tähendab, et mida suurem on pinge juhtme otstes, seda suurem on vool selles juhtmes. Kuid erinevatest materjalidest valmistatud erinevate juhtmete sama pinge korral on vool erinev. See tähendab, et kui pinge erinevatel juhtmetel suureneb samal viisil, siis voolutugevuse suurenemine toimub erinevates juhtmetes erineval viisil ja see sõltub konkreetse juhtme omadustest.
Iga juhtme puhul on voolu väärtuse sõltuvus rakendatavast pingest individuaalne ja seda sõltuvust nimetatakse juhi elektritakistus R… Takistuse üldkujul saab leida valemiga R = U / I, st juhile rakendatud pinge ja selles juhis selle pinge juures tekkiva voolu suhtena.
Mida suurem on voolu väärtus juhtmes antud pinge juures, seda väiksem on selle takistus ja mida rohkem pinget tuleb antud voolu tekitamiseks juhtmele rakendada, seda suurem on juhtme takistus.
Takistuse leidmise valemist saate väljendada voolu I = U / R, seda avaldist nimetatakse Ohmi seadus… Sellest on näha, et mida suurem on juhtme takistus, seda väiksem on vool.
Takistus justkui takistab voolu liikumist, ei lase elektripingel (juhtmes oleval elektriväljal) tekitada veelgi suuremat voolu. Seega iseloomustab takistus konkreetset juhti ega sõltu juhile rakendatavast pingest. Kõrgema pinge rakendamisel on vool suurem, kuid suhe U / I, see tähendab takistus R, ei muutu.
Tegelikult sõltub traadi takistus traadi pikkusest, selle ristlõike pindalast, traadi ainest ja selle hetketemperatuurist. Juhi aine on seotud tema elektritakistusega väärtuse kaudu nn vastupanu.
Takistus on see, mis iseloomustab juhi materjali, näidates, kui suur takistus on antud ainest valmistatud juhil, kui sellise juhi ristlõikepindala on 1 ruutmeeter ja pikkus 1 meeter. Erinevatest ainetest koosnevatel 1 meetri pikkustel ja 1 ruutmeetri ristlõikega juhtmetel on erinev elektritakistus.
Põhimõte on see, et mis tahes aine puhul (tavaliselt on neid metallid, kuna juhtmed on sageli valmistatud metallidest) on oma aatomi- ja molekulaarstruktuur. Metallide osas saame rääkida kristallvõre struktuurist ja vabade elektronide arvust, see on erinevate metallide puhul erinev. Mida väiksem on antud aine eritakistus, seda paremini juhib temast valmistatud juht elektrivoolu ehk laseb paremini elektrone läbi.
Hõbeda, vase ja alumiiniumi takistus on madal. Raud ja volfram on palju suuremad, sulamitest rääkimata, millest osade vastupidavus ületab puhtaid metalle sadu kordi. Vabade laengukandjate kontsentratsioon juhtmetes on oluliselt suurem kui dielektrikutes, mistõttu on juhtmete takistus alati suurem.
Nagu eespool märgitud, on kõigi ainete võime juhtida voolu seotud sellega, et neis on voolukandjad (laengukandjad) — liikuvad laetud osakesed (elektronid, ioonid) või kvaasiosakesed (näiteks augud pooljuhis) liikuda antud aines pika vahemaa tagant, võib lihtsalt öelda, et me mõtleme seda, et selline osake või kvaasiosake peab suutma antud aines läbida meelevaldselt suure, vähemalt makroskoopilise vahemaa.
Kuna voolutihedus on suurem, mida suurem on vabade laengukandjate kontsentratsioon ja suurem nende keskmine liikumiskiirus, siis on oluline ka liikuvus, mis sõltub voolukandja tüübist antud konkreetses keskkonnas. Mida suurem on laengukandjate liikuvus, seda väiksem on selle keskkonna takistus.
Pikemal juhtmel on suurem elektritakistus. Lõppude lõpuks, mida pikem on traat, seda rohkem kristallvõre ioone kohtub voolu moodustavate elektronide teel. Ja see tähendab, et mida rohkem selliseid takistusi elektronid teel kohtavad, seda rohkem need aeglustuvad, mis tähendab, et see väheneb. voolu suurus.
Suure ristlõikega juht annab elektronidele rohkem vabadust, justkui liiguksid nad mitte kitsas torus, vaid laias teekonnas. Elektronid liiguvad avaramates tingimustes kergemini, moodustades voolu, kuna põrkuvad kristallvõre sõlmedega harva. Seetõttu on paksemal traadil väiksem elektritakistus.
Selle tulemusena on juhi takistus otseselt võrdeline juhi pikkusega, selle aine eritakistusega, millest see on valmistatud, ja pöördvõrdeline selle ristlõike pindalaga. Lõpliku takistuse valem sisaldab neid kolme parameetrit.
Kuid ülaltoodud valemis pole temperatuuri. Samal ajal on teada, et juhi takistus sõltub tugevalt selle temperatuurist. Fakt on see, et ainete vastupidavuse kontrollväärtust mõõdetakse tavaliselt temperatuuril + 20 ° C. Seetõttu võetakse siin temperatuuri ikkagi arvesse. Erinevate ainete temperatuuride jaoks on olemas vastupidavuse viitetabelid.
Metalle iseloomustab vastupidavuse suurenemine nende temperatuuri tõustes.
Seda seetõttu, et temperatuuri tõustes hakkavad kristallvõre ioonid üha rohkem vibreerima ja segama üha enam elektronide liikumist.Kuid elektrolüütides kannavad ioonid laengut, mistõttu elektrolüüdi temperatuuri tõustes takistus, vastupidi, väheneb, kuna ioonide dissotsiatsioon kiireneb ja need liiguvad kiiremini.
Pooljuhtides ja dielektrikutes elektritakistus väheneb temperatuuri tõustes. Seda seetõttu, et enamiku laengukandjate kontsentratsioon tõuseb temperatuuri tõustes. Väärtust, mis arvestab elektritakistuse muutust temperatuuri funktsioonina, nimetatakse temperatuuri takistustegur.