Kokia laidininko varžos priežastis. Laidininkų elektrinė varža

Įskaitant elektros grandinė Bet koks srovės šaltinis, skirtingi laidininkai ir ampermetras, galite pastebėti, kad skirtingų laidininkų ampermetro rodmenys skiriasi, ty srovės stiprumas tam tikroje grandinėje yra skirtingas. Taigi, pavyzdžiui, jei vietoj geležinės vielos AB (70 pav.) į tokio pat ilgio ir skerspjūvio grandinę įtrauksite nikelio vielą CD, tada srovės stipris grandinėje sumažės, o jei įtrauksite varinį EF, srovės stiprumas žymiai padidės.

Ryžiai. 70. Srovės stiprio priklausomybė nuo laidininkų savybių

Voltmetras, pakaitomis prijungtas prie šių laidininkų galų, rodo tą pačią įtampą. Tai reiškia, kad srovės stipris grandinėje priklauso ne tik nuo įtampos, bet ir nuo į grandinę įtrauktų laidininkų savybių. Srovės stiprumo priklausomybė nuo laidininko savybių paaiškinama tuo, kad skirtingi laidininkai skiriasi elektrinė varža.

Elektrinė varža - fizinis kiekis. Jis žymimas raide R.

Atsparumo vienetas yra 1 omas - laidininko varža, kurioje, esant 1 volto įtampai, srovės stipris yra 1 amperas.. Trumpai parašyta taip:

1 omas = 1 V / 1 A

Taip pat naudojami kiti pasipriešinimo vienetai: miliohm (mOhm), kilohm (kOhm), megaohm (MOhm).

1 mOhm = 0,001 Ohm;
1 kOhm = 1000 omų;
1 MOhm = 1000 000 omų.

Kokia pasipriešinimo priežastis? Jei elektronai laidininke nepatirtų jokių trukdžių savo judėjime, tada jie, suvesti į tvarkingą judėjimą, judėtų inercija neribotą laiką. Tiesą sakant, elektronai sąveikauja su jonais kristalinė gardelė metalo Tuo pačiu metu tvarkingas elektronų judėjimas sulėtėja ir praeina skerspjūvis laidininkas praeina per 1 s mažiau nei jų skaičius. Atitinkamai per 1 s elektronų perduodamas krūvis mažėja, t.y., mažėja srovės stiprumas. Taigi kiekvienas laidininkas tarsi atsveria elektros srovę ir suteikia jai atsparumą.

Atsparumo priežastis – judančių elektronų sąveika su kristalinės gardelės jonais.

Skirtingi laidininkai turi skirtingas pasipriešinimas dėl jų kristalinės gardelės struktūros skirtumų, dėl skirtingo ilgio ir skerspjūvio plotų.

Klausimai

Kaip galite eksperimentiškai parodyti, kad srovės stipris grandinėje priklauso nuo laidininko savybių?
Kas yra laidininko varžos vienetas? Koks jos vardas?
Kokie atsparumo vienetai, išskyrus omą, naudojami?
Kokia pasipriešinimo priežastis?

28 pratimas

Nubraižykite 70 paveiksle pavaizduotos grandinės schemą ir paaiškinkite eksperimentą, atliktą pagal šį brėžinį.
Išreikškite šių varžų reikšmes omais: 100 mOhm; 0,7 kOhm; 20 MOhm.
Srovė elektros lempos spiralėje yra 0,5 A, kai įtampa jos galuose yra 1 V. Nustatykite spiralės varžą.

Dabar galime suprasti, kodėl metalai priešinasi elektros srovei, tai yra, kodėl norint išlaikyti ilgalaikę srovę, reikia visą laiką palaikyti potencialų skirtumą metalinio laidininko galuose. Jei elektronai nepatirtų jokių trukdžių savo judėjime, tada, įvesti į tvarkingą judėjimą, jie judėtų inercija, be jokio veikimo elektrinis laukas, neribotam laikui. Tačiau iš tikrųjų elektronai susiduria su jonais. Šiuo atveju elektronai, kurie prieš susidūrimą turėjo tam tikrą tvarkingo judėjimo greitį, po susidūrimo atšoks savavališkomis, atsitiktinėmis kryptimis ir sutvarkytu elektronų judėjimu ( elektros srovė) pavirs atsitiktiniu (šiluminiu) judėjimu: panaikinus elektrinį lauką srovė labai greitai išnyks. Norint gauti ilgalaikę srovę, po kiekvieno susidūrimo reikia vėl ir vėl varyti elektronus tam tikra kryptimi, o tam reikia, kad elektronus visą laiką veiktų jėga, tai yra yra elektrinis laukas metalo viduje.

Kuo didesnis potencialų skirtumas išlaikomas metalinio laidininko galuose, tuo stipresnis elektrinis laukas jo viduje, tuo didesnė srovė laidininke. Skaičiavimas, kurio nepateikiame, rodo, kad potencialų skirtumas ir srovės stipris turi būti griežtai proporcingi vienas kitam (Omo dėsnis).

Judėdami elektriniu lauku, elektronai įgyja tam tikrą kinetinę energiją. Susidūrimų metu ši energija iš dalies perduodama gardelės jonams, todėl jie patiria intensyvesnį šiluminį judėjimą. Taigi, esant srovei, tvarkingo elektronų judėjimo energija (srovė) nuolat virsta chaotiško jonų ir elektronų judėjimo energija, kuri reprezentuoja vidinę kūno energiją; o tai reiškia vidinė energija metalas didėja. Tai paaiškina Džaulio šilumos išsiskyrimą.

Apibendrinant galima teigti, kad elektrinio pasipriešinimo priežastis yra ta, kad elektronai judėdami susiduria su metalų jonais. Šie susidūrimai duoda tą patį rezultatą, kaip ir nuolatinės trinties jėgos veikimas, linkęs sulėtinti elektronų judėjimą.

Laidumo skirtumas skirtingi metalai dėl tam tikrų skaičiaus skirtumų laisvųjų elektronų metalo tūrio vienetui ir elektronų judėjimo sąlygomis, o tai priklauso nuo skirtumo vidutinio ilgio laisvas kelias, t.y. kelias, kurį vidutiniškai nukeliauja elektronas tarp dviejų susidūrimų su metalo jonais. Tačiau šie skirtumai nėra labai reikšmingi, dėl to skiriasi kai kurių metalų laidumas, kaip matyti iš lentelės. 2 (§ 47), nuo kitų laidumo tik keliasdešimt kartų; tuo pačiu metu net ir pačių prasčiausių metalinių laidininkų laidumas yra šimtus tūkstančių kartų didesnis už gerų elektrolitų laidumą ir milijardus kartų už puslaidininkių laidumą.

Superlaidumo reiškinys (§ 49) reiškia, kad metale susidarė sąlygos, kurioms esant elektronai nepatiria pasipriešinimo savo judėjimui. Todėl norint išlaikyti ilgą srovę superlaidininkyje, potencialų skirtumo nereikia. Užtenka kažkokiu stūmimu pajudinti elektronus ir tada srovė superlaidininke egzistuos net ir panaikinus potencialų skirtumą. Apie šį eksperimentą jau kalbėjome § 49.

Dabar galime suprasti, kodėl metalai priešinasi elektros srovei, tai yra, kodėl norint išlaikyti ilgalaikę srovę, reikia visą laiką palaikyti potencialų skirtumą metalinio laidininko galuose. Jei elektronai nepatirtų jokių trukdžių savo judėjime, tada, įvesti į tvarkingą judėjimą, jie judėtų inercija, neveikiant elektriniam laukui, neribotą laiką. Tačiau iš tikrųjų elektronai susiduria su jonais. Tokiu atveju elektronai, kurie prieš susidūrimą turėjo tam tikrą tvarkingo judėjimo greitį, po susidūrimo atsimuša savavališkomis atsitiktinėmis kryptimis, o sutvarkytas elektronų judėjimas (elektros srovė) virs netvarkingu (šiluminiu) judėjimu: panaikinus elektrinį lauką, srovė labai greitai išnyks. Norint gauti ilgalaikę srovę, po kiekvieno susidūrimo reikia vėl ir vėl varyti elektronus tam tikra kryptimi, o tam reikia, kad elektronus visą laiką veiktų jėga, tai yra yra elektrinis laukas metalo viduje.

Judėdami veikiami elektrinio lauko, elektronai šiek tiek įgyja kinetinė energija. Susidūrimų metu ši energija iš dalies perduodama gardelės jonams, todėl jie patiria intensyvesnį šiluminį judėjimą. Taigi, esant srovei, tvarkingo elektronų judėjimo energija (srovė) nuolat virsta chaotiško jonų ir elektronų judėjimo energija, kuri reprezentuoja vidinę kūno energiją; o tai reiškia, kad metalo vidinė energija didėja. Tai paaiškina Džaulio šilumos išsiskyrimą.

Apibendrinant galima teigti, kad elektrinio pasipriešinimo priežastis yra ta, kad elektronai judėdami susiduria su metalų jonais. Šie susidūrimai duoda tą patį rezultatą, kaip ir kai kurių veiksmai nuolatinė jėga trintis, kuri linkusi sulėtinti elektronų judėjimą.

Skirtingų metalų laidumo skirtumas atsiranda dėl tam tikrų laisvųjų elektronų skaičiaus metalo tūrio vienete ir elektronų judėjimo sąlygų skirtumų, o tai priklauso nuo vidutinio laisvojo kelio skirtumo, t. y. nuvažiuoto kelio. vidutiniškai elektronu tarp dviejų susidūrimų su metalo jonais. Tačiau šie skirtumai nėra labai reikšmingi, dėl to skiriasi kai kurių metalų laidumas, kaip matyti iš lentelės. 2 (§ 47), nuo kitų laidumo tik keliasdešimt kartų; tuo pačiu metu net ir pačių prasčiausių metalinių laidininkų laidumas yra šimtus tūkstančių kartų didesnis už laidumą geri elektrolitai ir milijardus kartų didesnis už puslaidininkių laidumą.