Neden farklı malzemeler farklı dirençlere sahiptir?

Bir telden geçen akım miktarı, uçlarındaki gerilimle doğru orantılıdır. Bu, bir telin uçlarındaki voltaj ne kadar büyükse, o teldeki akımın o kadar büyük olduğu anlamına gelir. Ancak farklı malzemelerden yapılmış farklı kablolardaki aynı voltaj için akım farklı olacaktır. Yani, farklı tellerdeki voltaj aynı şekilde artarsa, o zaman akım gücündeki artış farklı tellerde farklı şekillerde gerçekleşir ve bu, belirli bir telin özelliklerine bağlıdır.

Her tel için, akım değerinin uygulanan gerilime bağımlılığı bireyseldir ve bu bağımlılığa denir. iletken R'nin elektrik direnci... Direnç genel olarak R = U / I formülüyle bulunabilir, yani bir iletkene uygulanan voltajın o iletkende o voltajda oluşan akım miktarına oranı olarak.

Belirli bir voltajda bir teldeki akımın değeri ne kadar büyükse, direnci o kadar düşük olur ve belirli bir akımı üretmek için tele ne kadar fazla voltaj uygulanması gerekiyorsa, telin direnci o kadar büyük olur.

Direnci bulma formülünden akımı ifade edebilirsiniz I = U / R, bu ifade denir Ohm Yasası... Buradan, telin direnci ne kadar büyükse, akımın o kadar küçük olduğu görülebilir.

Direnç, olduğu gibi, akımın akışını engeller, elektrik voltajının (teldeki elektrik alanı) daha da büyük bir akım oluşturmasını engeller. Bu nedenle direnç, belirli bir iletkeni karakterize eder ve iletkene uygulanan gerilime bağlı değildir. Daha yüksek bir voltaj uygulandığında, akım daha yüksek olacaktır, ancak U / I oranı, yani direnç R değişmeyecektir.

Aslında bir telin direnci, telin uzunluğuna, kesit alanına, telin maddesine ve mevcut sıcaklığına bağlıdır. Bir iletkenin maddesi, sözde değeri aracılığıyla elektrik direnci ile ilgilidir. rezistans.

Direnç, bir iletkenin malzemesini karakterize eden, belirli bir maddeden yapılmış bir iletkenin, böyle bir iletkenin 1 metrekarelik bir kesit alanına ve 1 metre uzunluğa sahip olması durumunda ne kadar dirence sahip olacağını gösteren şeydir. Farklı maddelerden oluşan 1 metre uzunluğunda ve 1 metrekare kesitli teller farklı elektrik dirençlerine sahip olacaktır.

Sonuç olarak, herhangi bir madde için (genellikle metaller, teller genellikle metallerden yapıldığı için) kendi atomik ve moleküler yapısına sahiptir. Metallerle ilgili olarak, kristal kafesin yapısı ve serbest elektronların sayısı hakkında konuşabiliriz, bu farklı metaller için farklıdır. Belirli bir maddenin özgül direnci ne kadar düşükse, ondan yapılan iletken elektrik akımını o kadar iyi iletir, yani elektronları kendi içinden o kadar iyi geçirir.

Gümüş, bakır ve alüminyum düşük dirençlidir. Demir ve tungsten çok daha büyüktür, bazılarının direnci saf metalleri yüzlerce kat aşan alaşımlardan bahsetmiyorum bile. Tellerdeki serbest yük taşıyıcılarının konsantrasyonu, dielektriklerden önemli ölçüde daha yüksektir, bu nedenle tellerin direnci her zaman daha yüksektir.

Yukarıda belirtildiği gibi, tüm maddelerin akımı iletme yeteneği, içlerinde mevcut taşıyıcıların (yük taşıyıcıları) - hareketli yüklü parçacıklar (elektronlar, iyonlar) veya yarı parçacıklar (örneğin, bir yarı iletkendeki delikler) varlığıyla ilgilidir. Belirli bir maddede uzun bir mesafe boyunca hareket etmek, basitçe, böyle bir parçacığın veya yarı-parçacığın belirli bir maddede keyfi olarak büyük, en azından makroskopik bir mesafede seyahat edebilmesi gerektiğini kastettiğimizi söyleyebiliriz.

Akım yoğunluğu daha yüksek olduğundan, serbest yük taşıyıcılarının konsantrasyonu ve ortalama hareket hızları ne kadar yüksekse, belirli bir ortamdaki akım taşıyıcısının tipine bağlı olan hareketlilik de önemlidir. Yük taşıyıcıların hareketliliği ne kadar büyükse, bu ortamın direnci o kadar düşük olur.

Daha uzun bir tel daha yüksek bir elektrik direncine sahiptir. Sonuçta, tel ne kadar uzun olursa, kristal kafesten gelen iyonlar akımı oluşturan elektronların yolunda o kadar fazla buluşur. Bu da, elektronlar yolda ne kadar çok engelle karşılaşırsa, o kadar yavaşladıkları, yani azaldığı anlamına gelir. mevcut büyüklük.

Büyük kesitli bir iletken, sanki dar bir tüpte değil de geniş bir yolda hareket ediyormuş gibi elektronlara daha fazla özgürlük verir. Elektronlar, kristal kafesin düğümleriyle nadiren çarpıştıkları için daha geniş koşullarda daha kolay hareket ederek bir akım oluştururlar. Bu nedenle daha kalın bir tel daha az elektrik direncine sahiptir.

Sonuç olarak, bir iletkenin direnci, iletkenin uzunluğu ve yapıldığı maddenin özgül direnci ile doğru, kesit alanı ile ters orantılıdır. Nihai direnç formülü bu üç parametreyi içerir.

Ancak yukarıdaki formülde sıcaklık yoktur. Bu arada, bir iletkenin direncinin büyük ölçüde sıcaklığına bağlı olduğu bilinmektedir. Gerçek şu ki, maddelerin direncinin referans değeri genellikle + 20 ° C sıcaklıkta ölçülür. Bu nedenle, burada sıcaklık hala dikkate alınmaktadır. Farklı madde sıcaklıkları için direnç referans tabloları vardır.

Metaller, sıcaklıkları arttıkça dirençlerinde bir artış ile karakterize edilir.

Bunun nedeni, sıcaklık yükseldikçe kristal kafesin iyonlarının giderek daha fazla titreşmeye başlaması ve elektronların hareketine giderek daha fazla müdahale etmesidir.Ancak elektrolitlerde iyonlar bir yük taşır, bu nedenle elektrolitin sıcaklığı arttıkça direnç düşer, aksine iyonların ayrışması hızlanır ve daha hızlı hareket ederler.

Yarı iletkenlerde ve dielektriklerde, artan sıcaklıkla elektrik direnci azalır. Bunun nedeni, çoğu yük taşıyıcının konsantrasyonunun artan sıcaklıkla artmasıdır. Sıcaklığın bir fonksiyonu olarak elektrik direncindeki değişimi açıklayan değere denir. sıcaklık direnci katsayısı.