Mengapa bahan yang berbeza mempunyai rintangan yang berbeza

Jumlah arus yang mengalir melalui wayar adalah berkadar terus dengan voltan merentasi hujungnya. Ini bermakna semakin besar voltan pada hujung wayar, semakin besar arus dalam wayar tersebut. Tetapi untuk voltan yang sama pada wayar berbeza yang diperbuat daripada bahan yang berbeza, arus akan berbeza. Iaitu, jika voltan pada wayar yang berbeza meningkat dengan cara yang sama, maka peningkatan kekuatan semasa akan berlaku dalam wayar yang berbeza dengan cara yang berbeza, dan ini bergantung pada sifat wayar tertentu.

Bagi setiap wayar, pergantungan nilai semasa pada voltan yang digunakan adalah individu, dan pergantungan ini dipanggil rintangan elektrik konduktor R… Rintangan dalam bentuk umum boleh didapati dengan formula R = U / I, iaitu sebagai nisbah voltan yang dikenakan pada konduktor kepada jumlah arus yang berlaku pada voltan dalam konduktor itu.

Lebih besar nilai arus dalam wayar pada voltan tertentu, lebih rendah rintangannya, dan lebih banyak voltan yang mesti digunakan pada wayar untuk menghasilkan arus tertentu, lebih besar rintangan wayar.

Daripada formula untuk mencari rintangan, anda boleh menyatakan semasa I = U / R, ungkapan ini dipanggil Hukum Ohm… Daripadanya dapat dilihat bahawa semakin besar rintangan wayar, semakin kecil arus.

Rintangan, seolah-olah, menghalang aliran arus, menghalang voltan elektrik (medan elektrik dalam wayar) daripada mencipta arus yang lebih besar. Oleh itu, rintangan mencirikan konduktor tertentu dan tidak bergantung pada voltan yang digunakan pada konduktor. Apabila voltan yang lebih tinggi digunakan, arus akan lebih tinggi, tetapi nisbah U / I, iaitu rintangan R, tidak akan berubah.

Sebenarnya, rintangan wayar bergantung pada panjang wayar, pada luas keratan rentasnya, pada bahan wayar dan pada suhu semasanya. Bahan konduktor adalah berkaitan dengan rintangan elektrik melalui nilai yang dipanggil rintangan.

Rintangan ialah apa yang mencirikan bahan konduktor, menunjukkan berapa banyak rintangan konduktor yang diperbuat daripada bahan tertentu jika konduktor tersebut mempunyai luas keratan rentas 1 meter persegi dan panjang 1 meter. Wayar 1 meter panjang dan 1 meter persegi dalam keratan rentas, yang terdiri daripada bahan yang berbeza, akan mempunyai rintangan elektrik yang berbeza.

Intinya ialah untuk apa-apa bahan (biasanya ada logam, kerana wayar selalunya diperbuat daripada logam) mempunyai struktur atom dan molekulnya sendiri. Mengenai logam, kita boleh bercakap tentang struktur kekisi kristal dan bilangan elektron bebas, ia berbeza untuk logam yang berbeza. Lebih rendah rintangan spesifik bahan tertentu, lebih baik konduktor yang dibuat daripadanya mengalirkan arus elektrik, iaitu, lebih baik ia melewati elektron melalui dirinya sendiri.

Perak, tembaga dan aluminium mempunyai kerintangan yang rendah. Besi dan tungsten jauh lebih besar, apatah lagi aloi, rintangan beberapa daripadanya melebihi logam tulen sebanyak ratusan kali. Kepekatan pembawa cas percuma dalam wayar adalah jauh lebih tinggi daripada dielektrik, itulah sebabnya rintangan wayar sentiasa lebih tinggi.

Seperti yang dinyatakan di atas, keupayaan semua bahan untuk mengalirkan arus adalah berkaitan dengan kehadiran di dalamnya pembawa semasa (pembawa cas) — zarah bercas mudah alih (elektron, ion) atau zarah kuasi (contohnya, lubang dalam semikonduktor) yang boleh bergerak dalam bahan tertentu pada jarak yang jauh, kita boleh mengatakan bahawa kita bermaksud bahawa zarah atau kuasipartikel sedemikian mesti boleh bergerak dalam bahan tertentu dalam jarak yang besar secara sewenang-wenangnya, sekurang-kurangnya makroskopik.

Memandangkan ketumpatan arus lebih tinggi, lebih besar kepekatan pembawa caj percuma dan lebih tinggi purata kelajuan pergerakan mereka, mobiliti, yang bergantung pada jenis pembawa semasa dalam persekitaran tertentu, juga penting. Semakin besar mobiliti pembawa cas, semakin rendah rintangan medium ini.

Wayar yang lebih panjang mempunyai rintangan elektrik yang lebih tinggi. Lagipun, semakin panjang wayar, semakin banyak ion dari kekisi kristal bertemu di laluan elektron yang membentuk arus. Dan ini bermakna bahawa semakin banyak halangan yang dihadapi oleh elektron dalam perjalanan, semakin perlahan ia, yang bermaksud ia berkurangan magnitud semasa.

Konduktor dengan keratan rentas yang besar memberikan lebih banyak kebebasan kepada elektron, seolah-olah mereka tidak bergerak dalam tiub sempit, tetapi dalam laluan yang luas. Elektron bergerak lebih mudah dalam keadaan yang lebih luas, membentuk arus, kerana ia jarang berlanggar dengan nod kekisi kristal. Inilah sebabnya mengapa wayar yang lebih tebal mempunyai rintangan elektrik yang kurang.

Akibatnya, rintangan konduktor adalah berkadar terus dengan panjang konduktor, rintangan khusus bahan dari mana ia dibuat, dan berkadar songsang dengan luas keratan rentasnya. Formula rintangan muktamad termasuk tiga parameter ini.

Tetapi tiada suhu dalam formula di atas. Sementara itu, diketahui bahawa rintangan konduktor sangat bergantung pada suhunya. Hakikatnya ialah nilai rujukan rintangan bahan biasanya diukur pada suhu + 20 ° C. Oleh itu, di sini suhu masih diambil kira. Terdapat jadual rujukan rintangan untuk suhu bahan yang berbeza.

Logam dicirikan oleh peningkatan rintangan apabila suhunya meningkat.

Ini kerana apabila suhu meningkat, ion-ion kekisi kristal mula bergetar semakin banyak dan semakin mengganggu pergerakan elektron.Tetapi dalam elektrolit, ion membawa cas, oleh itu, apabila suhu elektrolit meningkat, rintangan, sebaliknya, berkurangan, kerana penceraian ion mempercepatkan dan mereka bergerak lebih cepat.

Dalam semikonduktor dan dielektrik, rintangan elektrik berkurangan dengan peningkatan suhu. Ini kerana kepekatan kebanyakan pembawa cas meningkat dengan peningkatan suhu. Nilai yang menyumbang kepada perubahan rintangan elektrik sebagai fungsi suhu dipanggil pekali suhu rintangan.