מדוע לחומרים שונים יש עמידות שונה

כמות הזרם הזורמת דרך חוט עומדת ביחס ישר למתח על קצותיו. המשמעות היא שככל שהמתח בקצוות החוט גדול יותר, כך גדל הזרם בחוט זה. אבל עבור אותו מתח על חוטים שונים העשויים מחומרים שונים, הזרם יהיה שונה. כלומר, אם המתח על חוטים שונים גדל באותה צורה, אזי העלייה בחוזק הזרם תתרחש בחוטים שונים בדרכים שונות, והדבר תלוי בתכונות של חוט מסוים.

עבור כל חוט, התלות של הערך הנוכחי במתח המופעל היא אינדיבידואלית, ותלות זו נקראת התנגדות חשמלית של המוליך R... ניתן למצוא התנגדות בצורה כללית על ידי הנוסחה R = U / I, כלומר, כיחס בין המתח המופעל על מוליך לכמות הזרם המתרחשת באותו מתח באותו מוליך.

ככל שערך הזרם בחוט במתח נתון גדול יותר, ההתנגדות שלו נמוכה יותר, וככל שיש להפעיל יותר מתח על החוט כדי לייצר זרם נתון, כך ההתנגדות של החוט גדולה יותר.

מהנוסחה למציאת ההתנגדות, אתה יכול לבטא את הנוכחי I = U / R, הביטוי הזה נקרא חוק אוהם... ממנו ניתן לראות שככל שההתנגדות של החוט גדולה יותר, הזרם קטן יותר.

התנגדות, כביכול, מונעת את זרימת הזרם, מונעת מהמתח החשמלי (השדה החשמלי בחוט) ליצור זרם גדול עוד יותר. לפיכך, התנגדות מאפיינת מוליך מסוים ואינה תלויה במתח המופעל על המוליך. כאשר מופעל מתח גבוה יותר, הזרם יהיה גבוה יותר, אך היחס U/I, כלומר ההתנגדות R, לא ישתנה.

למעשה, ההתנגדות של חוט תלויה באורך החוט, בשטח החתך שלו, בחומר החוט ובטמפרטורה הנוכחית שלו. החומר של מוליך קשור להתנגדות החשמלית שלו דרך הערך של מה שנקרא הִתנַגְדוּת.

התנגדות היא מה שמאפיין את החומר של מוליך, המראה כמה התנגדות תהיה למוליך העשוי מחומר נתון אם למוליך כזה יש שטח חתך של מטר מרובע ואורך של 1 מטר. לחוטים באורך מטר אחד ו-1 מטר רבוע בחתך, המורכבים מחומרים שונים, יהיו התנגדויות חשמליות שונות.

השורה התחתונה היא שלכל חומר (בדרך כלל יש מתכות, שכן חוטים עשויים לרוב ממתכות) יש מבנה אטומי ומולקולרי משלו. לגבי מתכות, אפשר לדבר על מבנה סריג הגביש ומספר האלקטרונים החופשיים, זה שונה עבור מתכות שונות. ככל שההתנגדות הספציפית של חומר נתון נמוכה יותר, כך המוליך העשוי ממנו מוליך זרם חשמלי טוב יותר, כלומר, כך הוא מעביר אלקטרונים טוב יותר דרכו.

לכסף, נחושת ואלומיניום יש התנגדות נמוכה. ברזל וטונגסטן הם הרבה יותר גדולים, שלא לדבר על סגסוגות, שהתנגדותן של חלקן עולה על מתכות טהורות במאות מונים. ריכוז נושאי המטען החופשיים בחוטים גבוה משמעותית מאשר בדיאלקטריה, וזו הסיבה שההתנגדות של החוטים תמיד גבוהה יותר.

כפי שצוין לעיל, יכולתם של כל החומרים להוליך זרם קשורה לנוכחותם של נושאי זרם (נשאי מטען) - חלקיקים טעונים ניידים (אלקטרונים, יונים) או חלקיקים למחצה (לדוגמה, חורים במוליך למחצה) שיכולים לנוע בחומר נתון למרחק רב, אנו יכולים פשוט לומר שאנו מתכוונים שחלקיק או קוואזי-חלקיק כזה חייב להיות מסוגל לעבור בחומר נתון מרחק גדול באופן שרירותי, לפחות מקרוסקופי.

מכיוון שצפיפות הזרם גבוהה יותר, ככל שריכוז נושאי המטען החופשי גדול יותר וככל שמהירות התנועה הממוצעת שלהם גבוהה יותר, חשובה גם הניידות, התלויה בסוג נושא הזרם בסביבה ספציפית נתונה. ככל שהניידות של נושאי המטען גדולה יותר, כך ההתנגדות של המדיום הזה נמוכה יותר.

לחוט ארוך יותר יש התנגדות חשמלית גבוהה יותר. אחרי הכל, ככל שהחוט ארוך יותר, כך נפגשים יותר יונים מסורגת הגביש בנתיב האלקטרונים היוצרים את הזרם. וזה אומר שככל שהאלקטרונים נתקלים יותר במכשולים כאלה בדרך, כך הם מואטים יותר, מה שאומר שזה פוחת גודל נוכחי.

מוליך עם חתך גדול נותן יותר חופש לאלקטרונים, כאילו הם נעים לא בצינור צר, אלא בנתיב רחב. אלקטרונים נעים ביתר קלות בתנאים מרווחים יותר, ויוצרים זרם, מכיוון שהם מתנגשים רק לעתים רחוקות בצמתים של סריג הגביש. זו הסיבה שלחוט עבה יותר יש פחות התנגדות חשמלית.

כתוצאה מכך, ההתנגדות של מוליך עומדת ביחס ישר לאורך המוליך, להתנגדות הספציפית של החומר ממנו הוא עשוי, ובפרופורציה הפוך לשטח החתך שלו. נוסחת ההתנגדות האולטימטיבית כוללת את שלושת הפרמטרים הללו.

אבל אין טמפרטורה בנוסחה לעיל. בינתיים, ידוע שההתנגדות של מוליך תלויה מאוד בטמפרטורה שלו. העובדה היא שערך הייחוס של ההתנגדות של חומרים נמדד בדרך כלל בטמפרטורה של + 20 מעלות צלזיוס. לכן, כאן הטמפרטורה עדיין נלקחת בחשבון. קיימות טבלאות התייחסות להתנגדות לטמפרטורות חומר שונות.

מתכות מאופיינות בעלייה בהתנגדות ככל שהטמפרטורה שלהן עולה.

הסיבה לכך היא שככל שהטמפרטורה עולה, יונים של סריג הגביש מתחילים לרטוט יותר ויותר ולהפריע יותר ויותר לתנועת האלקטרונים.אבל באלקטרוליטים, יונים נושאים מטען, לכן, ככל שטמפרטורת האלקטרוליט עולה, ההתנגדות, להיפך, יורדת, כי פירוק היונים מואץ והם נעים מהר יותר.

במוליכים למחצה ובדיאלקטריים, ההתנגדות החשמלית יורדת עם עליית הטמפרטורה. הסיבה לכך היא שהריכוז של רוב נושאי המטען עולה עם עליית הטמפרטורה. הערך שאחראי לשינוי בהתנגדות החשמלית כפונקציה של הטמפרטורה נקרא מקדם התנגדות טמפרטורה.