Warum verschiedene Materialien unterschiedliche Widerstände haben

Die durch einen Draht fließende Strommenge ist direkt proportional zur Spannung an seinen Enden. Das heißt, je größer die Spannung an den Enden eines Drahtes ist, desto größer ist der Strom in diesem Draht. Aber bei gleicher Spannung an verschiedenen Drähten aus unterschiedlichen Materialien ist der Strom unterschiedlich. Das heißt, wenn die Spannung an verschiedenen Drähten auf die gleiche Weise ansteigt, erfolgt die Erhöhung der Stromstärke in verschiedenen Drähten auf unterschiedliche Weise, und dies hängt von den Eigenschaften eines bestimmten Drahtes ab.

Für jeden Draht ist die Abhängigkeit des Stromwerts von der angelegten Spannung individuell und wird als Abhängigkeit bezeichnet elektrischer Widerstand des Leiters R… Der Widerstand in allgemeiner Form kann durch die Formel R = U / I ermittelt werden, d. h. als das Verhältnis der an einen Leiter angelegten Spannung zur Strommenge, die bei dieser Spannung in diesem Leiter auftritt.

Je größer der Stromwert in einem Draht bei einer bestimmten Spannung ist, desto geringer ist sein Widerstand, und je mehr Spannung an den Draht angelegt werden muss, um einen bestimmten Strom zu erzeugen, desto größer ist der Widerstand des Drahtes.

Aus der Formel zur Ermittlung des Widerstands lässt sich der Strom I = U / R ausdrücken, dieser Ausdruck heißt Ohm'sches Gesetz… Daraus ist ersichtlich, dass der Strom umso kleiner ist, je größer der Widerstand des Drahtes ist.

Der Widerstand verhindert sozusagen den Stromfluss, verhindert, dass die elektrische Spannung (elektrisches Feld im Draht) einen noch größeren Strom erzeugt. Somit charakterisiert der Widerstand einen bestimmten Leiter und hängt nicht von der an den Leiter angelegten Spannung ab. Bei Anlegen einer höheren Spannung ist der Strom höher, das Verhältnis U/I, also der Widerstand R, ändert sich jedoch nicht.

Tatsächlich hängt der Widerstand eines Drahtes von der Länge des Drahtes, von seiner Querschnittsfläche, von der Substanz des Drahtes und von seiner aktuellen Temperatur ab. Die Substanz eines Leiters hängt mit seinem elektrischen Widerstand über den Wert des sogenannten zusammen Widerstand.

Der Widerstand charakterisiert das Material eines Leiters und gibt an, wie viel Widerstand ein Leiter aus einem bestimmten Stoff haben wird, wenn ein solcher Leiter eine Querschnittsfläche von 1 Quadratmeter und eine Länge von 1 Meter hat. Drähte mit einer Länge von 1 Meter und einem Querschnitt von 1 Quadratmeter, die aus verschiedenen Substanzen bestehen, haben unterschiedliche elektrische Widerstände.

Die Quintessenz ist, dass für jede Substanz (normalerweise gibt es solche). Metalle, da Drähte oft aus Metallen bestehen) hat eine eigene atomare und molekulare Struktur. Bei Metallen können wir über die Struktur des Kristallgitters und die Anzahl der freien Elektronen sprechen, sie ist bei verschiedenen Metallen unterschiedlich. Je niedriger der spezifische Widerstand eines bestimmten Stoffes ist, desto besser leitet der daraus hergestellte Leiter den elektrischen Strom, das heißt, desto besser leitet er Elektronen durch sich selbst.

Silber, Kupfer und Aluminium haben einen niedrigen spezifischen Widerstand. Eisen und Wolfram sind viel größer, ganz zu schweigen von Legierungen, deren Widerstandsfähigkeit zum Teil die von reinen Metallen um das Hundertfache übertrifft. Die Konzentration an freien Ladungsträgern ist in Drähten deutlich höher als in Dielektrika, weshalb der Widerstand von Drähten immer höher ist.

Wie oben erwähnt, hängt die Fähigkeit aller Substanzen, Strom zu leiten, mit der Anwesenheit von Stromträgern (Ladungsträgern) in ihnen zusammen – beweglichen geladenen Teilchen (Elektronen, Ionen) oder Quasiteilchen (z. B. Löchern in einem Halbleiter), die dazu in der Lage sind Wenn sich ein Teilchen oder Quasiteilchen in einer bestimmten Substanz über eine große Entfernung bewegen muss, können wir einfach sagen, dass ein solches Teilchen oder Quasiteilchen in der Lage sein muss, in einer bestimmten Substanz eine beliebig große, zumindest makroskopische Entfernung zurückzulegen.

Da die Stromdichte umso höher ist, je größer die Konzentration freier Ladungsträger und je höher ihre durchschnittliche Bewegungsgeschwindigkeit ist, ist auch die Mobilität wichtig, die von der Art des Stromträgers in einer bestimmten Umgebung abhängt. Je größer die Beweglichkeit der Ladungsträger ist, desto geringer ist der Widerstand dieses Mediums.

Ein längerer Draht hat einen höheren elektrischen Widerstand. Denn je länger der Draht, desto mehr Ionen aus dem Kristallgitter treffen auf dem Weg der Elektronen zusammen, die den Strom bilden. Und das bedeutet: Je mehr solcher Hindernisse die Elektronen auf ihrem Weg treffen, desto stärker werden sie verlangsamt, d. h. sie nehmen ab aktuelle Größe.

Ein Leiter mit großem Querschnitt gibt den Elektronen mehr Freiheit, als würden sie sich nicht in einer engen Röhre, sondern auf einer breiten Bahn bewegen. Elektronen bewegen sich in größeren Räumen leichter und bilden einen Strom, da sie selten mit den Knoten des Kristallgitters kollidieren. Aus diesem Grund hat ein dickerer Draht einen geringeren elektrischen Widerstand.

Infolgedessen ist der Widerstand eines Leiters direkt proportional zur Länge des Leiters, dem spezifischen Widerstand der Substanz, aus der er besteht, und umgekehrt proportional zu seiner Querschnittsfläche. Die ultimative Widerstandsformel umfasst diese drei Parameter.

In der obigen Formel gibt es jedoch keine Temperatur. Mittlerweile ist bekannt, dass der Widerstand eines Leiters stark von seiner Temperatur abhängt. Tatsache ist, dass der Referenzwert der Beständigkeit von Stoffen üblicherweise bei einer Temperatur von + 20 ° C gemessen wird. Daher wird hier noch die Temperatur berücksichtigt. Es gibt Beständigkeitstabellen für verschiedene Stofftemperaturen.

Metalle zeichnen sich dadurch aus, dass ihr Widerstand mit zunehmender Temperatur zunimmt.

Denn mit steigender Temperatur beginnen die Ionen des Kristallgitters immer stärker zu schwingen und stören immer mehr die Bewegung der Elektronen.Aber in Elektrolyten tragen Ionen eine Ladung, daher nimmt mit steigender Temperatur des Elektrolyten der Widerstand ab, weil die Dissoziation der Ionen beschleunigt wird und sie sich schneller bewegen.

Bei Halbleitern und Dielektrika nimmt der elektrische Widerstand mit steigender Temperatur ab. Dies liegt daran, dass die Konzentration der meisten Ladungsträger mit steigender Temperatur zunimmt. Der Wert, der die Änderung des elektrischen Widerstands in Abhängigkeit von der Temperatur erklärt, wird aufgerufen Temperaturkoeffizient des Widerstands.