Později bylo zjištěno, že odpor spiknutí závisí na jeho geometrických charakteristikách takto: R = ρl / S,
kde l je délka vodiče, S je plocha jeho průřezu a ρ je určitý koeficient proporcionality.
Odpor je tedy určen geometrií vodiče, jakož i parametrem, jako je odpor (dále jen "C"), tento koeficient se nazývá. Pokud vezmete dva vodiče se stejným průřezem a délkou a vložíme je do obvodu, pak změřením proudové síly a odporu můžete vidět, že ve dvou případech budou tyto hodnoty odlišné. Elektrický odpor je tedy charakteristickým znakem materiálu, ze kterého je vodič vyroben, a který je ještě přesnější.
Vodivost a odpor
Ws ukazuje schopnost látky zabránit průchodu proudu. Ve fyzice však existuje i vzájemná vodivost. Ukazuje schopnost vést elektrický proud. Vypadá to takto:
σ = 1 / ρ, kde ρ je měrný odpor látky.
Pokud hovoříme o vodivosti, je určena vlastnostmi nosičů náboje v této látce. V kovech jsou tedy volné elektrony. Na vnějším plášti není jich více než tři, a pro atom je výhodnější „dát je pryč“, což se děje během chemických reakcí s látkami z pravé strany periodické tabulky. V situaci, kdy máme čistý kov, má krystalickou strukturu, ve které jsou tyto vnější elektrony běžné. Oni nesou poplatek jestliže elektrické pole je aplikováno na kov.
V roztocích jsou nosiče nábojů ionty.
Pokud hovoříme o látkách, jako je křemík, pak je svými vlastnostmi polovodič a funguje poněkud jinak, ale více o tom později. Prozatím to pochopíme, než se tyto třídy látek liší, jako:
- Vodiče;
- Polovodiče;
- Dielektrika.
Vodiče a dielektrika
Existují látky, které téměř nevedou proud. Nazývají se dielektrika. Tyto látky jsou schopny polarizovat v elektrickém poli, to znamená, že jejich molekuly se mohou v tomto poli otáčet v závislosti na tom, jak jsou v nich elektrony distribuovány. Protože však tyto elektrony nejsou volné, ale slouží k vazbě mezi atomy, nevedou proud.
Vodivost dielektrika je téměř nulová, i když mezi nimi nejsou žádné ideální (toto je stejná abstrakce jako černé tělo nebo ideální plyn).
Podmíněná hranice pojmu "vodič" je ρ <10 -5 Ohmů a spodní prah dielektrika je 10 8 Ohmů.
Mezi těmito dvěma třídami jsou látky nazývané polovodiče. Jejich izolace do oddělené skupiny látek však není spojena ani tak s jejich mezilehlým stavem v linii „vodivost - odpor“, jako u zvláštností této vodivosti v různých podmínkách.
Závislost na faktorech životního prostředí
Vodivost není zcela konstantní. Data v tabulkách, ze kterých se bere ρ pro výpočty, existují pro normální podmínky prostředí, tj. Pro teplotu 20 stupňů. Ve skutečnosti je obtížné najít takové ideální podmínky pro provoz okruhu; vlastně ws (a tedy vodivost) závisí na následujících faktorech:
- teplota;
- tlak;
- přítomnost magnetických polí;
- světlo;
- agregační stav.
Různé látky mají svůj vlastní plán pro změnu tohoto parametru za různých podmínek. Tak feromagnety (železo a nikl) ji zvětšují, když se směr proudu shoduje se směrem magnetických siločar. Pokud jde o teplotu, je zde závislost téměř lineární (existuje i koncept teplotního koeficientu odporu, což je také tabulková hodnota). Ale směr této závislosti je odlišný: u kovů se zvyšuje s rostoucí teplotou a u prvků vzácných zemin a roztoků elektrolytů se zvyšuje - a to je ve stejném agregačním stavu.
V polovodičích není závislost na teplotě lineární, ale hyperbolická a inverzní: se zvyšující se teplotou se zvyšuje jejich vodivost. To kvalitativně odlišuje vodiče od polovodičů. Zde je závislost ρ na teplotě vodičů:
Zde je odpor mědi, platiny a železa. Některé kovy mají poněkud odlišný graf, například rtuť - když teplota klesne na 4 K, ztrácí ji téměř úplně (tento jev se nazývá supravodivost).
A pro polovodiče bude tato závislost něco takového:
Během přechodu do kapalného stavu se kov ρ zvyšuje, ale pak se všichni chovají odlišně. Například v roztaveném bismutu je nižší než při pokojové teplotě a v mědi je desetkrát vyšší než obvykle. Nikl opustí liniový graf při 400 stupních, po kterém ρ klesne.
Teplotní závislost wolframu je však tak vysoká, že způsobuje vyhoření žárovek. Když se zapne, proud ohřívá spirálu a její odpor se několikrát zvyšuje.
Také mají. c. slitiny závisí na technologii jejich výroby. Pokud tedy jednáme o jednoduchou mechanickou směs, pak může být odpor takové látky vypočítán průměrem, ale je v substituční slitině (to je, když dva nebo více prvků je přidáno do jedné krystalové mřížky) bude zpravidla mnohem větší. Například, nichrome, od kterého spirály jsou vyrobeny pro elektrická kamna, má takovou postavu tohoto parametru to když spojený s obvodem, tento vodič se ohřeje k zarudnutí (který je proč to je vlastně používáno).
Zde je charakteristika ρ uhlíkové oceli:
Jak je vidět, jak se blíží bodu tání, stabilizuje se.
Rezistence různých vodičů
Je to tak, jak je to možné, ve výpočtech ρ se používá za normálních podmínek. Uvádíme tabulku, pomocí které můžete tuto charakteristiku porovnat s různými kovy:
| kov | odpor, Ohm · m | teplotní koeficient, 1 / ° С * 10 -3 |
| měď | 1, 68 * 10 -8 | 3.9 |
| hliníku | 2, 82 * 10 -8 | 3.9 |
| železo | 1 * 10 -7 | 5 |
| stříbro | 1, 59 * 10 -8 | 3.8 |
| zlato | 2, 44 * 10 -8 | 3.4 |
| hořčíku | 4, 4 * 10 -8 | 3.9 |
| cín | 1, 09 * 10 -7 | 4.5 |
| olovo | 2.2 * 10 -7 | 3.9 |
| zinek | 5.9 * 10 -8 | 3.7 |
Jak ukazuje tabulka, nejlepším dirigentem je stříbro. A pouze jeho náklady brání masivnímu použití při výrobě kabelů. Ws Hliník je také malý, ale méně než zlato. Z tabulky je jasné, proč je elektroinstalace v domech buď měď nebo hliník.
Tabulka neobsahuje nikl, který, jak jsme řekli, má mírně neobvyklý graf závislostí y. c. na teplotu. Odpor niklu po zvýšení na 400 stupňů nezačne stoupat, ale klesá. Zajímavé je, že se chová v jiných náhradních slitinách. Tak se chová slitina mědi a niklu v závislosti na procentu těchto dvou:
A tento zajímavý graf ukazuje odolnost slitin zinku a hořčíku:
Jako materiály pro výrobu reostatů používají vysoce odolné slitiny, zde jsou jejich vlastnosti:
| slitiny | odpor |
| manganin | 4.82 * 10 -7 |
| konstantan | 4, 9 * 10 -7 |
| nichrom | 1, 1 * 10 -6 |
| fechral | 1, 2 * 10 -6 |
| chrom | 1, 2 * 10 -6 |
Jedná se o komplexní slitiny sestávající ze železa, hliníku, chrómu, manganu a niklu.
Jako u uhlíkových ocelí je to přibližně 1, 7 * 10 -7 Ohm · m.
Rozdíl mezi y. c. jejich použití určuje různé vodiče. Tak, měď a hliník jsou masivně použité ve výrobě kabelu, a zlato a stříbro - jako kontakty v množství produktů radiotechniky. Vysoce odolné vodiče našli své místo mezi výrobci elektrických spotřebičů (přesněji pro to byly vytvořeny).
Variabilita tohoto parametru v závislosti na podmínkách prostředí byla základem takových zařízení, jako jsou senzory magnetického pole, termistory, tenzometry, fotorezistory.