Neskôr sa zistilo, že odolnosť výkresu závisí od jeho geometrických charakteristík nasledovne: R = ρl / S,
kde l je dĺžka vodiča, S je plocha jeho prierezu a ρ je určitý koeficient proporcionality.
Odpor je teda určený geometriou vodiča, ako aj parametrom, ako je odpor (ďalej len "C"), tento koeficient sa nazýva. Ak vezmete dva vodiče s rovnakým prierezom a dĺžkou a následne ich zapojíme do obvodu, potom meraním prúdovej sily a odporu môžete vidieť, že v dvoch prípadoch budú tieto hodnoty odlišné. Elektrický odpor je teda charakteristický pre materiál, z ktorého je vodič vyrobený, a ktorý je ešte presnejší, pre látku.
Vodivosť a odpor
US ukazuje schopnosť látky zabrániť prechodu prúdu. Vo fyzike však existuje aj vzájomná vodivosť. Ukazuje schopnosť viesť elektrický prúd. Vyzerá to takto:
σ = 1 / ρ, kde ρ je odpor látky.
Ak hovoríme o vodivosti, je určená vlastnosťami nosičov náboja v tejto látke. Takže v kovoch sú voľné elektróny. Na vonkajšom plášti nie sú viac ako tri z nich, a pre atóm je výhodnejšie, aby ho „odviedol“, čo sa deje počas chemických reakcií s látkami z pravej strany periodickej tabuľky. V situácii, keď máme čistý kov, má kryštálovú štruktúru, v ktorej sú tieto vonkajšie elektróny bežné. Nesú náboj, ak je na kov aplikované elektrické pole.
V roztokoch sú nosičmi náboja ióny.
Ak hovoríme o látkach, ako je kremík, potom svojimi vlastnosťami je polovodič a funguje trochu inak, ale viac o tom neskôr. Teraz budeme rozumieť, ako sa tieto triedy látok líšia, ako napríklad:
- Guides;
- polovodiče;
- Dielektrika.
Vodiče a dielektrika
Existujú látky, ktoré takmer nevedú prúd. Nazývajú sa dielektrikami. Takéto látky sú schopné polarizovať v elektrickom poli, to znamená, že ich molekuly sa môžu v tomto poli otáčať v závislosti od toho, ako sú v nich elektróny distribuované. Ale pretože tieto elektróny nie sú voľné, ale slúžia na spojenie medzi atómami, nevedú prúd.
Vodivosť dielektrika je takmer nulová, hoci medzi nimi nie sú žiadne ideálne (toto je rovnaká abstrakcia ako čierne teleso alebo ideálny plyn).
Podmienená hranica pojmu "vodič" je ρ <10 -5 Ohmov a spodná hranica dielektrika je 10 8 Ohmov.
Medzi týmito dvoma triedami sú látky nazývané polovodiče. Ich izolácia do samostatnej skupiny látok však nie je spojená s ich medzistupňou v línii „vodivosti - odporu“, ako so zvláštnosťami tejto vodivosti v rôznych podmienkach.
Závislosť od faktorov životného prostredia
Vodivosť nie je celkom konštantná. Dáta v tabuľkách, z ktorých sa berie p pre výpočty, existujú pre normálne podmienky prostredia, to znamená pre teplotu 20 stupňov. V skutočnosti je ťažké nájsť také ideálne podmienky pre prevádzku okruhu; vlastne ws (a teda vodivosť) závisí od nasledujúcich faktorov:
- teplota;
- tlak;
- prítomnosť magnetických polí;
- svetla;
- agregovaný stav.
Rôzne látky majú svoj vlastný plán na zmenu tohto parametra za rôznych podmienok. Takže feromagnety (železo a nikel) ho zväčšujú, keď sa smer prúdu zhoduje so smerom magnetických siločiar. Pokiaľ ide o teplotu, závislosť je tu takmer lineárna (existuje aj koncept teplotného koeficientu odporu, a to je tiež tabuľková hodnota). Ale smer tejto závislosti je odlišný: pre kovy sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou a pre prvky vzácnych zemín a roztoky elektrolytov sa zvyšuje - a to je v rovnakom agregačnom stave.
V polovodičoch nie je závislosť na teplote lineárna, ale hyperbolická a inverzná: so zvyšujúcou sa teplotou sa ich vodivosť zvyšuje. Toto kvalitatívne odlišuje vodiče od polovodičov. Tu je závislosť ρ na teplote vodičov:
Tu je odpor medi, platiny a železa. Niektoré kovy majú mierne odlišný graf, napríklad ortuť - keď teplota klesne na 4 K, stráca ho takmer úplne (tento jav sa nazýva supravodivosť).
Pre polovodiče bude táto závislosť niečo takéto:
Počas prechodu do kvapalného stavu sa kov ρ zvyšuje, ale potom sa všetci správajú inak. Napríklad v roztavenom bizmute je nižšia ako pri izbovej teplote a v medi je 10 krát vyššia ako normálna. Nikel opúšťa priamkový graf pri 400 stupňoch, po ktorom klesne ρ.
Teplotná závislosť volfrámu je však taká vysoká, že spôsobuje vyhorenie žiaroviek. Keď je zapnutý, prúd ohrieva špirálu a jeho odpor sa niekoľkokrát zvyšuje.
Tiež majú. a. závisí od technológie ich výroby. Takže, ak máme čo do činenia s jednoduchou mechanickou zmesou, potom odpor takejto látky môže byť vypočítaný priemerom, ale náhradná zliatina (to je, keď dva alebo viac prvkov je vložených do jednej kryštálovej mriežky) bude spravidla oveľa väčšia. Napríklad, nichrom, z ktorého sú vyrobené špirály pre elektrické kachle, má takú hodnotu tohto parametra, že pri pripojení na okruh sa tento vodič zahreje do začervenania (čo je dôvod, prečo sa skutočne používa).
Tu je charakteristika ρ uhlíkovej ocele:
Ako je vidieť, keď sa blíži teplote topenia, stabilizuje sa.
Rezistencia rôznych vodičov
Nech je to akokoľvek, vo výpočtoch ρ sa používa za normálnych podmienok. Uvádzame tabuľku, pomocou ktorej môžete porovnať túto charakteristiku s rôznymi kovmi:
| kov | odpor, Ohm · m | teplotný koeficient, 1 / ° С * 10 -3 |
| meď | 1, 68 * 10 -8 | 3.9 |
| hliník | 2, 82 * 10 -8 | 3.9 |
| železo | 1 * 10 -7 | 5 |
| striebro | 1, 59 * 10 -8 | 3.8 |
| zlato | 2, 44 * 10 -8 | 3.4 |
| magnézium | 4, 4 * 10 -8 | 3.9 |
| cín | 1, 09 * 10 -7 | 4.5 |
| olovo | 2.2 * 10 -7 | 3.9 |
| zinok | 5.9 * 10 -8 | 3.7 |
Ako ukazuje tabuľka, najlepším dirigentom je striebro. A len jeho náklady zabraňujú tomu, aby sa masívne uplatňovali pri výrobe káblov. US Hliník je tiež malý, ale menej ako zlato. Zo stola je jasné, prečo je rozvod v domoch buď medený alebo hliníkový.
Tabuľka neobsahuje nikel, ktorý, ako sme už povedali, má mierne nezvyčajný graf závislostí y. a. na teplotu. Odpor niklu po zvýšení na 400 stupňov nezačne stúpať, ale klesá. Je zaujímavé, že sa správa v iných náhradných zliatinách. Takto sa chová zliatina medi a niklu v závislosti od percenta týchto dvoch:
A tento zaujímavý graf ukazuje odolnosť zliatin zinku a horčíka:
Ako materiály na výrobu reostatov používajú vysoko odolné zliatiny, tu sú ich vlastnosti:
| zliatina | odpor |
| manganinové | 4, 82 * 10 -7 |
| konštantán | 4, 9 * 10 -7 |
| nichrom | 1, 1 * 10 -6 |
| CrAlSiMn | 1, 2 * 10 -6 |
| hromal | 1, 2 * 10 -6 |
Jedná sa o komplexné zliatiny pozostávajúce zo železa, hliníka, chrómu, mangánu a niklu.
Čo sa týka uhlíkových ocelí, je to približne 1, 7 * 10 -7 Ohm · m.
Rozdiel medzi y. a. ich použitie určuje rôzne vodiče. Meď a hliník sa teda masívne používajú pri výrobe káblov a zlata a striebra ako kontakty v mnohých výrobkoch rádiového inžinierstva. Vysoko odolné vodiče si našli svoje miesto medzi výrobcami elektrických spotrebičov (presnejšie, na to boli vytvorené).
Variabilita tohto parametra v závislosti od podmienok prostredia tvorila základ takých zariadení, ako sú snímače magnetického poľa, termistory, tenzometre, fotorezistory.