Kasneje je bilo ugotovljeno, da je odpornost ploskve odvisna od njenih geometrijskih značilnosti, kot sledi: R = ρl / S,
kjer je l dolžina vodnika, je S območje njenega prereza in ρ je določen koeficient sorazmernosti.
Tako je upornost določena z geometrijo vodnika in s parametrom, kot je upornost (v nadaljevanju: C.), ta koeficient se imenuje tako. Če vzamete dva prevodnika z enakim prerezom in dolžino in ju nato vstavite v vezje, potem lahko z merjenjem jakosti toka in upora vidite, da bodo v dveh primerih te številke drugačne. Tako je električna upornost značilnost materiala, iz katerega je izdelan vodnik, in je še bolj natančen glede snovi.
Prevodnost in odpornost
Ws prikazuje sposobnost snovi, da prepreči prehod toka. Toda v fiziki obstaja tudi vzajemna prevodnost. Prikazuje sposobnost vodenja električnega toka. Izgleda takole:
σ = 1 / ρ, kjer je ρ upornost snovi.
Če govorimo o prevodnosti, jo določajo značilnosti nosilcev naboja v tej snovi. Torej, v kovinah obstajajo prosti elektroni. Na zunanji lupini jih ni več kot trije, zato je bolj ugodno, če jih atom "oddaja", kar se dogaja med kemijskimi reakcijami s snovmi z desne strani periodnega sistema. V primeru, ko imamo čisto kovino, ima kristalno strukturo, v kateri so ti zunanji elektroni pogosti. Nosijo naboj, če se na kovino nanaša električno polje.
V rešitvah so nosilci naborov ioni.
Če govorimo o snoveh, kot je silicij, potem je po svojih lastnostih polprevodnik in deluje nekoliko drugače, vendar o tem kasneje. Za zdaj bomo razumeli, kot se takšni razredi snovi razlikujejo, kot:
- Vodniki;
- Polprevodniki;
- Dielektriki.
Vodniki in dielektriki
Obstajajo snovi, ki skoraj ne izvajajo toka. Imenujejo se dielektriki. Takšne snovi se lahko polarizirajo v električnem polju, to pomeni, da se njihove molekule lahko vrtijo na tem področju, odvisno od tega, kako so v njih porazdeljeni elektroni . Ker pa ti elektroni niso prosti, ampak služijo za vez med atomi, ne vodijo toka.
Prevodnost dielektrikov je skoraj nič, čeprav med njimi ni idealnih (to je ista abstrakcija kot črno telo ali idealen plin).
Pogojna meja koncepta "prevodnik" je ρ <10 -5 ohmov, spodnji prag dielektrika pa je 10 8 ohmov.
Med tema dvema razredoma so snovi, imenovane polprevodniki. Njihova izolacija v ločeno skupino snovi pa se ne povezuje toliko z njihovim vmesnim stanjem v liniji "prevodnost - odpornost", kot s posebnostmi te prevodnosti v različnih pogojih.
Odvisnost od okoljskih dejavnikov
Prevodnost ni povsem konstantna. Podatki v tabelah, iz katerih se upošteva ρ za izračune, obstajajo za normalne okoljske pogoje, to je za temperaturo 20 stopinj. V resnici je težko najti takšne idealne pogoje za delovanje tokokroga; dejansko ws (in zato tudi prevodnost) odvisni od naslednjih dejavnikov:
- temperatura;
- pritisk;
- prisotnost magnetnih polj;
- svetloba;
- agregatno stanje.
Različne snovi imajo svoj urnik za spreminjanje tega parametra pod različnimi pogoji. Tako se ferromagneti (železo in nikelj) povečajo, ko smer toka sovpada s smerjo linij magnetnega polja. Glede temperature je odvisnost tukaj skoraj linearna (obstaja celo koncept temperaturnega koeficienta upora, kar je tudi tabelarna vrednost). Toda smer te odvisnosti je drugačna: za kovine se povečuje z naraščanjem temperature, pri redkih zemeljskih elementih in raztopinah elektrolitov pa se povečuje - in to je v istem agregativnem stanju.
V polprevodnikih odvisnost od temperature ni linearna, ampak hiperbolična in inverzna: z naraščanjem temperature se njihova prevodnost povečuje. To kvalitativno razlikuje vodnike od polprevodnikov. Tu je odvisnost ρ od temperature prevodnikov:
Tu so upornost bakra, platine in železa. Nekatere kovine imajo nekoliko drugačen graf, na primer živo srebro - ko temperatura pade na 4 K, ga skoraj popolnoma izgubi (ta pojav se imenuje superprevodnost).
In za polprevodnike bo ta odvisnost nekaj takega:
Med prehodom v tekoče stanje se kovinski ρ poveča, potem pa se vsi obnašajo drugače. V staljenem bizmutu je na primer nižja kot pri sobni temperaturi, v bakru pa je 10-krat višja od normalne. Nikelj zapusti linijski graf pri 400 stopinjah, po katerem pade kapljica.
Toda odvisnost od volframove temperature je tako visoka, da povzroča izgorevanje žarnic. Ko je vklopljen, tok ogreva spiralo, njena upornost pa se večkrat poveča.
Prav tako so. c. zlitine so odvisne od tehnologije njihove proizvodnje. Torej, če gre za preprosto mehansko zmes, se lahko upor takšne snovi izračuna s povprečjem, toda nadomestna zlitina (to je, ko sta dva ali več elementov v eni kristalni rešetki) praviloma različna, veliko večja. Na primer, nichrome, iz katerega so izdelane spirale za električne peči, ima takšno sliko tega parametra, da se ta vodnik, ko je povezan z vezjem, segreje do rdečice (zato se dejansko uporablja).
Tu je značilnost ρ ogljikovega jekla:
Kot se lahko vidi, ko se približuje tališču, se stabilizira.
Odpornost različnih prevodnikov
Kakorkoli že, v izračunih ρ se uporablja v normalnih pogojih. Podajamo tabelo, s katero lahko to značilnost primerjamo z različnimi kovinami:
| kovine | upornost, Ohm · m | temperaturni koeficient, 1 / ° С * 10 -3 |
| bakra | 1, 68 * 10 -8 | 3.9 |
| aluminija | 2, 82 * 10 -8 | 3.9 |
| železo | 1 * 10 -7 | 5 |
| srebro | 1.59 * 10 -8 | 3.8 |
| zlato | 2, 44 * 10 -8 | 3.4 |
| magnezija | 4, 4 * 10 -8 | 3.9 |
| kositra | 1, 09 * 10 -7 | 4.5 |
| svinca | 2, 2 * 10 -7 | 3.9 |
| cink | 5, 9 * 10 -8 | 3.7 |
Kot kaže tabela, je najboljši prevodnik srebro. In samo njeni stroški preprečujejo, da bi se množično uporabljali pri proizvodnji kablov. Ws Aluminij je tudi majhen, vendar manj kot zlato. Iz tabele je razvidno, zakaj je ožičenje v hišah bodisi baker ali aluminij.
Tabela ne vključuje niklja, ki ima, kot smo rekli, nekoliko nenavaden graf y odvisnosti. c. na temperaturo. Upor niklja po dvigu na 400 stopinj se ne začne dvigovati, ampak pade. Zanimivo je, da se obnaša pri drugih nadomestnih zlitinah. Tako se obnaša zlitina bakra in niklja, odvisno od odstotka obeh:
Ta zanimiv graf kaže upornost cinkovih in magnezijevih zlitin:
Kot materiali za izdelavo reostatov uporabljamo visoko odporne zlitine, tukaj so njihove značilnosti:
| zlitine | odpornost |
| manganin | 4.82 * 10 -7 |
| constantan | 4.9 * 10 -7 |
| nichrome | 1, 1 * 10 -6 |
| fechral | 1, 2 * 10 -6 |
| kromal | 1, 2 * 10 -6 |
To so kompleksne zlitine, sestavljene iz železa, aluminija, kroma, mangana in niklja.
Kot pri ogljikovih jeklih je približno 1, 7 * 10 -7 Ohm · m.
Razlika med y. c. različni vodniki določajo njihovo uporabo. Tako se baker in aluminij množično uporabljata pri izdelavi kablov, zlato in srebro - kot stiki v številnih radijskih tehnikah. Med proizvajalci električnih aparatov so našli svoje visoko odporne vodnike (natančneje, za to so bili ustvarjeni).
Variabilnost tega parametra, odvisno od okoljskih razmer, je bila podlaga za takšne naprave, kot so senzorji magnetnega polja, termistorji, merilni lističi, fotorezistorji.