لماذا المواد المختلفة لها مقاومة مختلفة

كمية التيار المتدفق عبر السلك تتناسب طرديا مع الجهد عبر طرفيه. هذا يعني أنه كلما زاد الجهد عند طرفي السلك ، زاد التيار في ذلك السلك. ولكن بالنسبة لنفس الجهد على أسلاك مختلفة مصنوعة من مواد مختلفة ، فإن التيار سيكون مختلفًا. بمعنى ، إذا زاد الجهد على الأسلاك المختلفة بنفس الطريقة ، فإن الزيادة في القوة الحالية ستحدث بأسلاك مختلفة بطرق مختلفة ، وهذا يعتمد على خصائص سلك معين.

لكل سلك ، يكون اعتماد القيمة الحالية على الجهد المطبق فرديًا ، ويسمى هذا الاعتماد المقاومة الكهربائية للموصل R… يمكن إيجاد المقاومة بشكل عام من خلال الصيغة R = U / I ، أي نسبة الجهد المطبق على موصل إلى كمية التيار التي تحدث عند هذا الجهد في ذلك الموصل.

كلما زادت قيمة التيار في السلك بجهد معين ، قلت مقاومته ، وكلما زاد الجهد الذي يجب تطبيقه على السلك لإنتاج تيار معين ، زادت مقاومة السلك.

من صيغة إيجاد المقاومة ، يمكنك التعبير عن I = U / R الحالي ، يسمى هذا التعبير قانون أوم... يمكن ملاحظة أنه كلما زادت مقاومة السلك ، قل التيار.

المقاومة ، كما كانت ، تمنع تدفق التيار ، وتمنع الجهد الكهربائي (المجال الكهربائي في السلك) من خلق تيار أكبر. وبالتالي ، فإن المقاومة تميز موصلًا معينًا ولا تعتمد على الجهد المطبق على الموصل. عندما يتم تطبيق جهد أعلى ، سيكون التيار أعلى ، لكن النسبة U / I ، أي المقاومة R ، لن تتغير.

في الواقع ، تعتمد مقاومة السلك على طول السلك ومساحته المستعرضة وعلى مادة السلك ودرجة حرارته الحالية. ترتبط مادة الموصل بمقاومته الكهربائية من خلال قيمة ما يسمى مقاومة.

المقاومة هي ما يميز مادة الموصل ، حيث تُظهر مقدار المقاومة التي يتمتع بها الموصل المصنوع من مادة معينة إذا كان للموصل مساحة مقطع عرضي تبلغ 1 متر مربع وطول متر واحد. الأسلاك بطول 1 متر و 1 متر مربع في المقطع العرضي ، تتكون من مواد مختلفة ، سيكون لها مقاومات كهربائية مختلفة.

خلاصة القول هي أن أي مادة (عادة ما تكون موجودة المعادن، لأن الأسلاك غالبًا ما تكون مصنوعة من معادن) لها هيكلها الذري والجزيئي. فيما يتعلق بالمعادن ، يمكننا التحدث عن بنية الشبكة البلورية وعدد الإلكترونات الحرة ، فهي تختلف باختلاف المعادن. كلما قلت المقاومة المحددة لمادة معينة ، كلما كان الموصل المصنوع منها أفضل في توصيل التيار الكهربائي ، أي أنه كلما كان يمر الإلكترونات عبر نفسه بشكل أفضل.

تتميز الفضة والنحاس والألمنيوم بمقاومة منخفضة. الحديد والتنغستن أكبر بكثير ، ناهيك عن السبائك ، التي تتجاوز مقاومة بعضها المعادن النقية بمئات المرات. يكون تركيز حاملات الشحن المجاني في الأسلاك أعلى بكثير منه في العوازل ، ولهذا السبب تكون مقاومة الأسلاك أعلى دائمًا.

كما هو مذكور أعلاه ، ترتبط قدرة جميع المواد على توصيل التيار بوجود ناقلات التيار (ناقلات الشحن) - الجسيمات المشحونة المتنقلة (الإلكترونات ، الأيونات) أو أشباه الجسيمات (على سبيل المثال ، الثقوب في أشباه الموصلات) التي يمكنها تتحرك في مادة معينة على مسافة طويلة ، يمكننا ببساطة أن نقول إننا نعني أن مثل هذا الجسيم أو شبه الجسيم يجب أن يكون قادرًا على السفر في مادة معينة مسافة كبيرة اعتباطية ، على الأقل مجهرية.

نظرًا لأن الكثافة الحالية أعلى ، فكلما زاد تركيز حاملات الشحن المجاني وزاد متوسط ​​سرعة حركتها ، فإن التنقل ، الذي يعتمد على نوع الناقل الحالي في بيئة معينة ، مهم أيضًا. كلما زادت قابلية تنقل حاملات الشحنة ، انخفضت مقاومة هذا الوسط.

يتمتع السلك الأطول بمقاومة كهربائية أعلى. بعد كل شيء ، كلما زاد طول السلك ، زاد عدد الأيونات من الشبكة البلورية التي تلتقي في مسار الإلكترونات التي تشكل التيار. وهذا يعني أنه كلما زادت هذه العوائق التي تواجهها الإلكترونات في الطريق ، كلما تباطأت ، مما يعني أنها تتناقص المقدار الحالي.

يعطي الموصل ذو المقطع العرضي الكبير مزيدًا من الحرية للإلكترونات ، كما لو كانت تتحرك ليس في أنبوب ضيق ، ولكن في مسار واسع. تتحرك الإلكترونات بسهولة أكبر في ظروف أكثر اتساعًا ، وتشكل تيارًا ، لأنها نادرًا ما تصطدم بعقد الشبكة البلورية. هذا هو السبب في أن السلك السميك لديه مقاومة كهربائية أقل.

ونتيجة لذلك ، فإن مقاومة الموصل تتناسب طرديًا مع طول الموصل ، والمقاومة المحددة للمادة التي صنعت منها ، وتتناسب عكسًا مع مساحة المقطع العرضي. تتضمن صيغة المقاومة النهائية هذه المعلمات الثلاثة.

لكن لا توجد درجة حرارة في الصيغة أعلاه. وفي الوقت نفسه ، من المعروف أن مقاومة الموصل تعتمد بشدة على درجة حرارته. الحقيقة هي أن القيمة المرجعية لمقاومة المواد تقاس عادة عند درجة حرارة + 20 درجة مئوية ، لذلك ، هنا لا تزال درجة الحرارة تؤخذ في الاعتبار. توجد جداول مرجعية للمقاومة لدرجات حرارة مختلفة للمواد.

تتميز المعادن بزيادة المقاومة مع زيادة درجة حرارتها.

هذا لأنه مع ارتفاع درجة الحرارة ، تبدأ أيونات الشبكة البلورية في الاهتزاز أكثر فأكثر وتتداخل أكثر فأكثر مع حركة الإلكترونات.لكن في الإلكتروليتات ، تحمل الأيونات شحنة ، لذلك ، مع زيادة درجة حرارة المنحل بالكهرباء ، تقل المقاومة ، على العكس من ذلك ، لأن تفكك الأيونات يتسارع وتتحرك بشكل أسرع.

في أشباه الموصلات والعوازل الكهربائية ، تقل المقاومة الكهربائية مع زيادة درجة الحرارة. وذلك لأن تركيز معظم حاملات الشحنة يزداد مع زيادة درجة الحرارة. تسمى القيمة التي تمثل التغير في المقاومة الكهربائية كدالة لدرجة الحرارة معامل درجة حرارة المقاومة.