Питомий електричний опір

Електричний струм виникає в результаті замикання ланцюга з різницею потенціалів на затискачах. Сили поля впливають на вільні електрони і вони переміщаються по провіднику. В процесі цієї подорожі, електрони зустрічаються з атомами і передають їм частину своєї енергії, що нагромадилася. В результаті цього їх швидкість зменшується. Але, через вплив електричного поля, вона знову набирає обертів. Таким чином, електрони постійно відчувають на собі опір, саме тому електричний струм нагрівається.

Властивість речовини, перетворювати електроенергію в тепло під час дії струму, і є електричним опором і позначається, як R, його вимірювальної одиницею є Ом. Величина опору залежить, головним чином від здатності різних матеріалів проводити струм.
Вперше, про опірності заявив німецький дослідник Георг Ом.

Для того, щоб дізнатися залежність сили струму від опору, відомий фізик провів безліч експериментів. Для дослідів він використовував різні провідники і отримував різні показники.
Перше, що визначив Г. Ом - це те, що питомий опір залежить від довжини провідника. Тобто, якщо збільшувалася довжина провідника, опір теж збільшувалася. В результаті, цей зв'язок була визначена, як прямо пропорційна.

Друга залежність - це площа поперечного перерізу. Її можна було визначити шляхом поперечного зрізу провідника. Площа тієї фігури, що утворилася на зрізі і є площа поперечного перерізу. Тут зв'язок вийшла обернено пропорційна. Тобто чим більше була площа поперечного перерізу, тим менше ставало опір провідника.

І третя, важлива величина, від якої залежить опір, це матеріал. В результаті того, що Ом використав в дослідах різні матеріали, він виявив різні властивості опірності. Всі ці досліди і показники були зведені в таблицю з якої видно, різне значення питомої опірності у різних речовин.

Відомо, що найкращі провідники - метали. А які з металів кращі провідники? У таблиці показано, що найменшою опірністю мають мідь і срібло. Мідь використовується частіше через меншу вартості, а срібло застосовують в найбільш важливих і відповідальних приладах.

Речовини з високим питомим опором в таблиці, погано проводять електричний струм, а значить можуть бути прекрасними ізоляційними матеріалами. Речовини володіють цією властивістю найбільшою мірою, це фарфор і ебоніт.

Взагалі, питомий електричний опір є дуже важливим фактором, адже, визначивши його показник, ми можемо дізнатися з якої речовини зроблений провідник. Для цього необхідно виміряти площа перетину, дізнатися силу струму за допомогою вольтметра і амперметра, а також виміряти напругу. Таким чином ми дізнаємося значення питомого опору і, за допомогою таблиці легко вийдемо на речовину. Виходить, що питомий опір - це в роді відбитків пальців речовини. Крім цього, питомий опір важливо при плануванні довгих електричних ланцюгів: нам необхідно знати цей показник, щоб дотримуватися балансу між довгою і площею.

Є формула, яка визначає, що опір дорівнює 1 ОМ, якщо при напрузі 1В, його сила струму дорівнює 1А. Тобто, опір одиничної площі і одиничної довжини, зробленого з певної речовини і є питомий опір.

Треба відзначити також, що показник питомої опору безпосередньо залежить від частоти речовини. Тобто від того чи має він домішки. Та, додавання всього одного відсотка марганцю збільшує опірність самого провідної речовини - міді, в три рази.

Ця таблиця демонструє величину питомої електричного опору деяких речовин.

мідь
Як ми вже говорили мідь найчастіше застосовується в якості провідника. Це пояснюється не тільки її низькою опірністю. Мідь має такі переваги, як висока міцність, стійкість до корозії, легкість у використанні і добре обробляється. Добрими марками міді вважається М0 і М1. У них кількість домішок не перевищує 0,1%.

Висока вартість металу і його переважна останнім часом дефіцитність спонукає виробників застосовувати в якості провідника алюміній. Також, використовуються сплави міді з різними металами.
алюміній
Цей метал значно легше міді, але алюміній володіє великими значеннями теплоємності і температури плавлення. У зв'язку з цим для того, що довести його до розплавленого стану потрібно більше енергії, ніж міді. Проте потрібно враховувати факт дефіцитності міді.
У виробництві електротехнічних виробів застосовується, як правило, алюміній марки А1. Він містить не більше 0,5% домішок. А метал найвищої частоти - це алюміній марки АВ0000.
Залізо
Дешевизна і доступність заліза затьмарюється його високою питомою опірністю. Крім того, вона швидко піддається корозії. З цієї причини сталеві провідники часто покривають цинком. Широко використовується так званий біметал - це сталь покрита для захисту міддю.
натрій
Натрій, теж доступний і перспективний матеріал, але його опірність майже в три рази більше міді. Крім того, металевий натрій має високу хімічну активність, що зобов'язує покривати такий провідник герметичній захистом. Вона ж повинна захищати провідник від механічних пошкоджень, так як натрій дуже м'який і досить неміцний матеріал.

надпровідність
У таблиці нижче, зазначено питомий опір речовин при температурі 20 градусів. Вказівка ​​температури невипадково, адже питомий опір безпосередньо залежить від цього показника. Це пояснюється тим, що при нагріванні, підвищується і швидкість атомів, а значить ймовірність зустрічі їх з електронами теж збільшиться.

Цікаво, що відбувається з опірністю в умовах охолодження. Вперше поведінку атомів при дуже низьких температурах зауважив Г. Камерлінг-Оннес в 1911 році. Він охолодив ртутну дріт до 4К і виявив падіння її опірності до нуля. Зміна показника питомої опірності у деяких сплавів і металів в умовах низької температури, фізик назвав надпровідність.

Надпровідники переходять в стан надпровідності при охолодженні, і, при цьому їх оптичні і структурні характеристики не змінюються. Головне відкриття полягає в тому, що електричні та магнітні властивості металів в надпровідного стану сильно відрізняються від їх же властивостей в звичайному стані, а також від властивостей інших металів, які при зниженні температури до кого не перейде в цей стан.
Застосування надпровідників здійснюється, головним чином, в отриманні сверхсильного магнітного поля, сила якого сягає 107 А / м. Також розробляються системи надпровідних ліній електропередач.