По-късно беше установено, че съпротивлението на графика зависи от неговите геометрични характеристики, както следва: R = ρl / S,
където l е дължината на проводника, S е площта на неговото напречно сечение, а ρ е определен коефициент на пропорционалност.
По този начин съпротивлението се определя от геометрията на проводника, както и от параметър като съпротивление (наричан по-нататък в текста С). Този коефициент се нарича така. Ако вземете два проводника със същото напречно сечение и дължина и ги поставите в веригата на свой ред, тогава, чрез измерване на силата на тока и съпротивлението, можете да видите, че в два случая тези цифри ще бъдат различни. По този начин електрическото съпротивление е характеристика на материала, от който е направен проводникът и за да бъде още по-прецизен, на веществото.
Проводимост и устойчивост
САЩ показва способността на веществото да предотврати преминаването на ток. Но във физиката има и реципрочна проводимост. Той показва способността за провеждане на електрически ток. Изглежда така:
σ = 1 / ρ, където ρ е съпротивлението на веществото.
Ако говорим за проводимост, то се определя от характеристиките на носителите на заряд в това вещество. Така че в металите има свободни електрони. На външната обвивка има не повече от три от тях и е по-изгодно за атома да „ги раздаде”, което се случва по време на химични реакции с вещества от дясната страна на периодичната таблица. В случая, когато имаме чист метал, той има кристална структура, в която тези външни електрони са общи. Те носят заряда, ако към метала е приложено електрическо поле.
В разтворите носителите на заряд са йони.
Ако говорим за вещества като силиций, то по свойствата си той е полупроводник и работи малко по-различно, но по-късно. За сега ще разберем, че такива класове вещества се различават, както:
- ръководства;
- полупроводници;
- Диелектрици.
Проводници и диелектрици
Има вещества, които почти не провеждат ток. Те се наричат диелектрици. Такива вещества са в състояние да поляризират в електрическо поле, т.е. техните молекули могат да се въртят в това поле в зависимост от това как се разпределят електроните в тях. Но тъй като тези електрони не са свободни, а служат за свързване между атомите, те не провеждат ток.
Проводимостта на диелектриците е почти нулева, въпреки че сред тях няма идеални такива (това е същата абстракция като черно тяло или идеален газ).
Условната граница на понятието "проводник" е ρ <10 -5 ома, а долният праг на диелектрика е 10 8 ома.
Между тези два класа има вещества, наречени полупроводници. Но тяхната изолация в отделна група вещества е свързана не толкова с тяхното междинно състояние в линията „проводимост - съпротивление“, колкото с особеностите на тази проводимост в различни условия.
Зависимост от фактори на околната среда
Проводимостта не е съвсем постоянна. Данните в таблиците, от които се взема р за изчисления, съществуват за нормални условия на околната среда, т.е. за температура от 20 градуса. В действителност е трудно да се намерят такива идеални условия за функционирането на веригата; всъщност ws (и следователно, проводимост) зависи от следните фактори:
- температура;
- налягане;
- наличието на магнитни полета;
- светлина;
- агрегатно състояние.
Различните вещества имат свой собствен график за промяна на този параметър при различни условия. Така феромагнетите (желязо и никел) я увеличават, когато посоката на тока съвпада с посоката на линиите на магнитното поле. Що се отнася до температурата, зависимостта тук е почти линейна (има дори понятието за температурен коефициент на съпротивление и това също е таблична стойност). Но посоката на тази зависимост е различна: за металите тя се увеличава с повишаване на температурата, а за редкоземните елементи и електролитни разтвори се увеличава - и това е в едно и също агрегатно състояние.
В полупроводниците зависимостта от температурата не е линейна, а хиперболична и обратна: при повишаване на температурата тяхната проводимост нараства. Това качествено отличава проводниците от полупроводниците. Ето зависимостта на ρ от температурата на проводниците:
Тук са съпротивлението на мед, платина и желязо. Някои метали имат малко по-различна графика, например живак - когато температурата падне до 4 K, тя губи почти напълно (това явление се нарича свръхпроводимост).
А за полупроводниците тази зависимост ще бъде такава:
По време на прехода към течното състояние, металът ρ се увеличава, но след това всички те се държат различно. Например, в стопения висмут той е по-нисък, отколкото при стайна температура, а в медта е 10 пъти по-висок от нормалния. Никелът оставя линейната графика при 400 градуса, след което ρ пада.
Но зависимостта на температурата от волфрам е толкова висока, че причинява изгаряне на лампите с нажежаема жичка. Когато се включи, токът загрява спиралата и съпротивлението му се увеличава няколко пъти.
Също така имам. а. сплави зависи от технологията на тяхното производство. Така че, ако се занимаваме с проста механична смес, тогава съпротивлението на такова вещество може да се изчисли от средната стойност, но заместващата сплав (това е, когато два или повече елемента са поставени в една кристална решетка) ще бъдат различни, като правило, много по-големи. Например, нихром, от който спиралите са направени за електрически печки, има такава фигура на този параметър, че когато е свързан към верига, този проводник се загрява до зачервяване (поради което е действително използван).
Тук е характеристиката ρ на въглеродната стомана:
Както се вижда, тъй като се приближава до точката на топене, тя се стабилизира.
Устойчивост на различни проводници
Както и да е, в изчисленията ρ се използва при нормални условия. Даваме таблица, чрез която можете да сравните тази характеристика с различни метали:
| метал | съпротивление, Ohm · m | температурен коефициент, 1 / ° С * 10 -3 |
| мед | 1, 68 * 10 -8 | 3.9 |
| алуминий | 2.82 * 10 -8 | 3.9 |
| желязо | 1 * 10 -7 | 5 |
| сребърен | 1.59 * 10 -8 | 3.8 |
| злато | 2.44 * 10 -8 | 3.4 |
| магнезиев | 4.4 * 10 -8 | 3.9 |
| калай | 1.09 * 10 -7 | 4.5 |
| водя | 2.2 * 10 -7 | 3.9 |
| цинк | 5.9 * 10 -8 | 3.7 |
Както показва таблицата, най-добрият проводник е среброто. И само цената му пречи да не се прилага масово в производството на кабели. САЩ Алуминият също е малък, но по-малко от златото. От таблицата става ясно защо кабелите в къщите са или мед, или алуминий.
Таблицата не включва никел, който, както казахме, има малко необичайна графика на y зависимости. а. температура. Съпротивлението на никел след повишаване до 400 градуса не започва да се покачва, а да пада. Интересно е, че той се държи в други заместващи сплави. Така се държи сплавта от мед и никел, в зависимост от процента на двете:
И тази интересна графика показва съпротивлението на цинково-магнезиевите сплави:
Като материали за производството на реостати се използват сплави с висока устойчивост, тук са техните характеристики:
| сплав | съпротивление |
| Манганови | 4.82 * 10 -7 |
| константан | 4.9 * 10 -7 |
| нихром | 1.1 * 10 -6 |
| fechral | 1.2 * 10 -6 |
| hromal | 1.2 * 10 -6 |
Това са сложни сплави, състоящи се от желязо, алуминий, хром, манган и никел.
Що се отнася до въглеродните стомани, тя е приблизително 1, 7 * 10 -7 Ohm · m.
Разликата между y. а. различните проводници определят тяхното използване. Така медът и алуминият се използват масово в производството на кабели, а златото и среброто - като контакти в редица радиотехнически продукти. Високоустойчиви проводници са намерили своето място сред производителите на електрически уреди (по-точно, те са създадени за това).
Променливостта на този параметър в зависимост от условията на околната среда е в основата на такива устройства като сензори за магнитно поле, термистори, тензометри, фоторезистори.