Perché materiali diversi hanno una resistenza diversa

La quantità di corrente che scorre attraverso un filo è direttamente proporzionale alla tensione ai suoi capi. Ciò significa che maggiore è la tensione ai capi di un filo, maggiore è la corrente in quel filo. Ma per la stessa tensione su fili diversi realizzati con materiali diversi, la corrente sarà diversa. Cioè, se la tensione su fili diversi aumenta allo stesso modo, l'aumento dell'intensità di corrente avverrà in fili diversi in modi diversi e questo dipende dalle proprietà di un particolare filo.

Per ogni filo, la dipendenza del valore corrente dalla tensione applicata è individuale e questa dipendenza è chiamata resistenza elettrica del conduttore R… La resistenza in forma generale può essere trovata dalla formula R = U / I, cioè come il rapporto tra la tensione applicata a un conduttore e la quantità di corrente che si verifica a quella tensione in quel conduttore.

Maggiore è il valore della corrente in un filo a una data tensione, minore è la sua resistenza e maggiore è la tensione che deve essere applicata al filo per produrre una data corrente, maggiore è la resistenza del filo.

Dalla formula per trovare la resistenza, puoi esprimere la corrente I = U / R, questa espressione è chiamata Legge di Ohm… Da esso si può vedere che maggiore è la resistenza del filo, minore è la corrente.

La resistenza, per così dire, impedisce il flusso di corrente, impedisce alla tensione elettrica (campo elettrico nel filo) di creare una corrente ancora maggiore. Pertanto, la resistenza caratterizza un particolare conduttore e non dipende dalla tensione applicata al conduttore. Quando viene applicata una tensione più alta, la corrente sarà più alta, ma il rapporto U / I, cioè la resistenza R, non cambierà.

Infatti la resistenza di un filo dipende dalla lunghezza del filo, dalla sua sezione trasversale, dalla sostanza del filo e dalla sua temperatura attuale. La sostanza di un conduttore è correlata alla sua resistenza elettrica attraverso il valore del cosiddetto resistenza.

La resistenza è ciò che caratterizza il materiale di un conduttore, mostrando quanta resistenza avrà un conduttore costituito da una data sostanza se tale conduttore ha un'area della sezione trasversale di 1 metro quadrato e una lunghezza di 1 metro. Fili di 1 metro di lunghezza e 1 metro quadrato di sezione, costituiti da sostanze diverse, avranno resistenze elettriche diverse.

La linea di fondo è che per qualsiasi sostanza (di solito ci sono metalli, poiché i fili sono spesso fatti di metalli) ha una propria struttura atomica e molecolare. Per quanto riguarda i metalli, possiamo parlare della struttura del reticolo cristallino e del numero di elettroni liberi, è diverso per i diversi metalli. Minore è la resistenza specifica di una data sostanza, migliore è la conduzione della corrente elettrica da parte del conduttore costituito da essa, cioè migliore è il passaggio di elettroni attraverso se stesso.

Argento, rame e alluminio hanno bassa resistività. Ferro e tungsteno sono molto più grandi, per non parlare delle leghe, la resistenza di alcuni dei quali supera di centinaia di volte i metalli puri. La concentrazione di portatori di carica liberi nei fili è significativamente maggiore che nei dielettrici, motivo per cui la resistenza dei fili è sempre maggiore.

Come notato sopra, la capacità di tutte le sostanze di condurre corrente è correlata alla presenza in esse di portatori di corrente (portatori di carica) - particelle cariche mobili (elettroni, ioni) o quasi-particelle (ad esempio, buchi in un semiconduttore) che possono muoversi in una data sostanza su una lunga distanza, possiamo semplicemente dire che intendiamo dire che una tale particella o quasiparticella deve essere in grado di viaggiare in una data sostanza per una distanza arbitrariamente grande, almeno macroscopica.

Poiché la densità di corrente è maggiore, maggiore è la concentrazione di portatori di carica liberi e maggiore è la loro velocità media di movimento, è importante anche la mobilità, che dipende dal tipo di portatori di corrente in un dato ambiente specifico. Maggiore è la mobilità dei portatori di carica, minore è la resistenza di questo mezzo.

Un filo più lungo ha una maggiore resistenza elettrica. Dopotutto, più lungo è il filo, più ioni del reticolo cristallino si incontrano nel percorso degli elettroni che formano la corrente. E questo significa che più tali ostacoli incontrano gli elettroni lungo il percorso, più vengono rallentati, il che significa che diminuisce grandezza corrente.

Un conduttore di grande sezione dà più libertà agli elettroni, come se si muovessero non in un tubo stretto, ma in un ampio percorso. Gli elettroni si muovono più facilmente in condizioni più spaziose, formando una corrente, perché raramente collidono con i nodi del reticolo cristallino. Questo è il motivo per cui un filo più spesso ha una minore resistenza elettrica.

Di conseguenza, la resistenza di un conduttore è direttamente proporzionale alla lunghezza del conduttore, alla resistenza specifica della sostanza di cui è costituito e inversamente proporzionale alla sua sezione trasversale. La formula di resistenza definitiva include questi tre parametri.

Ma non c'è temperatura nella formula di cui sopra. Nel frattempo, è noto che la resistenza di un conduttore dipende fortemente dalla sua temperatura. Il fatto è che il valore di riferimento della resistenza delle sostanze viene solitamente misurato a una temperatura di + 20 ° C. Pertanto, qui si tiene ancora conto della temperatura. Esistono tabelle di riferimento sulla resistenza per le diverse temperature delle sostanze.

I metalli sono caratterizzati da un aumento della resistenza all'aumentare della loro temperatura.

Questo perché all'aumentare della temperatura, gli ioni del reticolo cristallino iniziano a vibrare sempre di più e interferiscono sempre di più con il movimento degli elettroni.Ma negli elettroliti gli ioni portano una carica, quindi, all'aumentare della temperatura dell'elettrolita, la resistenza, al contrario, diminuisce, perché la dissociazione degli ioni accelera e si muovono più velocemente.

Nei semiconduttori e nei dielettrici, la resistenza elettrica diminuisce all'aumentare della temperatura. Questo perché la concentrazione della maggior parte dei portatori di carica aumenta con l'aumentare della temperatura. Si chiama il valore che tiene conto della variazione della resistenza elettrica in funzione della temperatura coefficiente di temperatura della resistenza.