Сопротивление проводнока
Сопротивление (R) — основная электрическая характеристика проводника. Чем больше электрическоесопротивление при заданном напряжении, тем меньше сила тока в проводнике. Сопротивление характеризует степень противодействия проводника направленному движению по нему заряженных частиц.
Электрическое сопротивление зависит от геометрических параметров (длины l и площади поперечного сечения S) и от вещества, из которого сделан проводник.
Удельное сопротивление.
Удельное сопротивление (ρ) — основная характеристика вещества-проводника.
Удельное сопротивление — скалярная физическая величина, численно равная сопротивлению однородного цилиндрического проводника единичной длины и единичной площади.
Единица удельного сопротивления — Ом-метр (1 Ом*м).
Чем больше удельное сопротивление вещества-проводника, тем больше его электрическое сопротивление.
Сопротивление проводника прямо пропорционально его длине и обратно пропорционально площади его поперечного сечения.
Проводники имеют удельное сопротивление ρ < 10-5 Ом*м,
полупроводники — 10-5 < ρ < 105 Ом*м, диэлектрики (изоляторы) — ρ > 105 Ом*м.
Удельное сопротивление некоторых веществ при 20 ºC
| Вещество | ρ, Ом*м |
| Проводники | |
| Серебро | 1,6 * 10-8 |
| Медь | 1,7 * 10-8 |
| Золото | 2,4 * 10-8 |
| Аллюминий | 2,8 * 10-8 |
| Вольфрам | 5,5 * 10-8 |
| Платина | 10-7 |
| Сталь | 2 * 10-7 |
| Манганин (84% Cu, 12% Mn, 4% Ni) | 4,4 * 10-7 |
| Константан (60% Cu, 40% Ni) | 4,9 * 10-7 |
| Ртуть | 9,6 * 10-7 |
| Нихром (58% Ni, 25% Cu, 16% Cr) | 10-6 |
| Полупроводники | |
| Углерод | 3,5 * 10-5 |
| Поваренная соль (насыщенный раствор) | 0,044 |
| Германий | 0,5 |
| Кровь | 1,5 |
| Жир | 25 |
| Кремний | 2300 |
| Диэлектрики | |
| Полиэтилен | 108 – 109 |
| Дерево | 108 – 1011 |
| Стекло | 1010 – 1014 |
| Янтарь | 5 * 1014 |
| Кварц | 7,5 * 1017 |
Проводник с определённым постоянным сопротивлением называется резистором (от латинского resisto — сопротивляюсь).
Резистор с изменяемым сопротивлением называется реостатом (изменение сопротивления в нём происходит за счёт изменения длины проводника).
Резисторы широко используются в электрических приборах и микроэлектронике.
Зависимость удельного сопротивления от температуры
Удельное сопротивление проводника пропорционально частоте столкновений электронов с ионами и атомами кристаллической решётки. В свою очередь, частота столкновений тем больше, чем больше поперечное сечение атомов и ионов, с которыми сталкивается электрон.
На характер движения электронов в проводнике влияет температура, так как при её увеличении увеличивается и амплетуда колебаний ионов и атомов, вследствие чего, у электронов остаётся меньше места для беспрепятственного движения в кристаллической решётке. Следовательно, сопротивление упорядоченному движению возрастает.
Удельное сопротивление металлического проводника линейно возрастает с температурой.
Удельное соротивление полупроводников, напротив, уменьшается при увеличении температуры, так как с её увеличением увеличивается и количество свободных зарядов, создающих электрический ток.
Сверхпроводимость
При охлеждении некоторых металлических проводников до определённой температуры их удельное сопротивление скачкообразно подает практически до нуля (напимер у свинца оно уменьшается в 1014 раз по сравнению с ρ0). Это явление было открыто в 1911 г. и названо сверхпроводимостью.
Сверхпроводимость — физическое явление, заключающееся в скачкообразном падении сопротивления проводника практически до нуля.
Критическая температура (Tкр) — температура скачкообразного перехода вещества из нормального состояния в сверхпроводящее.
На графике показана зависимость удельного сопротивления проводника и сверхпроводника от температуры:
Критическая температура для сверхпроводников
| Вещество | Tкр, К |
| Вольфрам | 0,015 |
| Титан | 0,4 |
| Кадмий | 0,5 |
| Уран | 0,8 |
| Цинк | 0,9 |
| Алюминий | 1,2 |
| Индий | 3,4 |
| Олово | 3,7 |
| Ртуть | 4,2 |
| Свинец | 7,2 |
| Ниобий | 9,2 |
| Технеций | 11,2 |
| Сплав (Ba-La-Cu-O) | 35 |
| Сплав (Ba-Yt-Cu-O) | 98 |
| Сплав (Ti-Ca-Ba-Cu-O) | 125 |
Это явление объясняется изотопическим эффектом и образованием куперовских пар электронов.
Изотопический эффект — это зависимость критической температуры от массы ионов в кристаллической решётке.
Электрический ток в сверхпроводнике обусловлен согласованным движеним куперовских пар электронов.