כאשר מוחל הפרש פוטנציאלי על פני חומר, האלקטרונים בחומר מתחילים לנוע מהאלקטרודה השלילית לאלקטרודות חיוביות, המייצרות זרם בחומר. אך במהלך תנועת אלקטרונים זו הם עוברים התנגשויות שונות עם אלקטרונים אחרים בדרכם. התנגשויות אלה גורמות להתנגדות מסוימת לזרימת האלקטרונים. תופעה זו ידועה בשם התנגדות לחומר. תכונת ההתנגדות של החומרים מועילה במעגלים חשמליים. גורמים רבים משפיעים על ערך ההתנגדות של חומר. ערך ההתנגדות הספציפית של החומר נותן לנו מושג לגבי יכולת ההתנגדות של חומר מסוים.
מהי התנגדות?
החומרים מחולקים על פי מאפייני המוליך שלהם כמוליכים, מוליכים למחצה ומבודדים. ההתנגדות החשמלית של חומר מוגדרת כהתנגדות החומר ליחידת אורך וליחידת חתך רוחב בטמפרטורה מוגדרת.
כאשר מוחל הפרש פוטנציאלי על פני חומר, תכונת ההתנגדות של החומר מתנגדת לזרימת הזרם דרכו. תכונה זו של החומר משתנה עם הטמפרטורה ותלויה גם בסוג החומר ממנו מורכב החומר. הוא מודד את עמידות החומר.
נוסחה להתנגדות
הנוסחה לכך נגזרת מחוקי ההתנגדות. ישנם ארבעה חוקים להתנגדות חומר.
התנגדות-משוואה
החוק הראשון
זה קובע כי הִתנַגְדוּת של חומר R פרופורציונלי באופן ישיר לאורכו L. כלומר R ∝ L. לפיכך כאשר אורך החומר מוכפל. גם ההתנגדות שלו מוכפלת.
החוק השני
על פי חוק זה, הִתנַגְדוּת R של חומר פרופורציוני בעקיפין לשטח החתך שלו A. כלומר R ∝ 1 / A. כך על ידי הכפלת שטח החתך של חומר, ערך העמידות שלו מחצית.
החוק השלישי
חוק זה קובע כי הִתנַגְדוּת של חומר תלוי בטמפרטורה.
החוק הרביעי
על פי חוק זה, הִתנַגְדוּת הערך של שני חוטים המורכב מחומרים שונים הוא שונה אם כי הם זהים באורכם ובחתכי רוחבם.
מכל החוקים הללו ניתן לגזור את ערך ההתנגדות של מוליך באורך L וחתך רוחב A
R ∝ L / A
R = ρL / A
כאן, ρ הוא יעיל התנגדות המכונה התנגדות של התנגדות ספציפית.
לפיכך ההתנגדות החשמלית של החומר ניתנת כ-
ρ = RA / L
יחידת ה- S.I שלה היא Ohm-Meter. זה מסומן על ידי הסמל 'ρ'.
סיווג התנגדות למוליכים, מוליכים למחצה ומבודדים
חומר זה תלוי מאוד בטמפרטורה. במוליכים עם עליית הטמפרטורה עולה גם מהירות האלקטרונים הנעים בחומר. זה מוביל להרבה התנגשויות. התוצאה היא ירידה בזמן ההתנגשות הממוצע של האלקטרונים. חומר זה הוא ביחס הפוך לזמן הממוצע של התנגשות האלקטרונים. לפיכך, עם הירידה בזמן הממוצע של ההתנגשות, ערך ההתנגדות של המוליך עולה.
בחומרים מוליכים למחצה כאשר הטמפרטורה מוגברת מתרחשת שבירת קשרים קוולנטיים יותר. זה מגדיל את מספר נושאי הטעינה בחינם בחומר. עם עלייה זו במובילי המטען, מוליכות החומר עולה ובכך מקטינה את ההתנגדות של חומר המוליך למחצה. כך עם עליית הטמפרטורה, מוליכים למחצה שלה יגדלו.
זה עוזר בהשוואת החומרים השונים על בסיס יכולתם להוביל חשמל. זה הדדי של מוליכות. מנצחים בעלי ערכי מוליכות גבוהים וערכי התנגדות נמוכים יותר. לבודדים ערכי התנגדות גבוהים וערכי מוליכות נמוכים. ערכי ההתנגדות והמוליכות עבור מוֹלִיך לְמֶחֱצָה שוכב באמצע.
הערך שלה למוליך טוב כמו נחושת מצוירת ביד ב -200C הוא 1.77 × 10-8מטר אוהם ומצד שני, זה עבור מבודד טוב נע בין 1012עד 10עשריםאוהם-מטר.
מקדם טמפרטורה
מקדם ההתנגדות לטמפרטורה מוגדר כשינוי בעליית ההתנגדות של 1Ω נַגָד של חומר לכל 10עליית הטמפרטורה. זה מסומן על ידי הסמל 'α'.
השינוי בהתנגדות החומר עם שינוי הטמפרטורה ניתן כ-
dρ / dt = ρ. α
כאן, dρ הוא השינוי בערך ההתנגדות. היחידות שלו הם אוהם-מ 'שתיים/M. 'Ρ' הוא ערך ההתנגדות של החומר. 'Dt' הוא השינוי בערך הטמפרטורה. 'Α' הוא מקדם ההתנגדות לטמפרטורה.
ניתן לחשב את ערך ההתנגדות החדש לחומר כאשר הוא עובר שינוי טמפרטורה על ידי המשוואה הנ'ל. ראשית, כמות השינוי בערכו מחושבת באמצעות מקדם הטמפרטורה. ואז הערך מתווסף לערך הקודם כדי לחשב את הערך החדש.
זה שימושי מאוד בחישוב ערכי ההתנגדות של החומר בטמפרטורות שונות. התנגדות והתנגדות שני המונחים קשורים להתנגדות שחווה זרם זורם, אך זהו תכונה מהותית של החומרים. לכל חוטי הנחושת ללא קשר לאורכם ולשטח החתך שלהם אותו ערך התנגדות ואילו ערך ההתנגדות שלהם משתנה עם שינוי באורכם ובאזורי החתך שלהם.
לכל חומר יש את הערך שלו. ניתן לתת את ערכי ההתנגדות הכלליים עבור סוגים שונים של חומר כ- עבור מוליכים על התנגדות היא 0, עבור התנגדות מתכות היא 10-8, עבור מוליכים למחצה ואלקטרוליטים ערך ההתנגדות הוא משתנה, עבור ערך ההתנגדות של מבודדים הוא מ -1016, עבור מבודדי על ערך ההתנגדות הוא '∞'.
בגיל 200C ערך ההתנגדות לכסף הוא 1.59 × 10-8, לנחושת 1.68 × 10-8. את כל ערכי ההתנגדות לחומרים שונים ניתן למצוא ב שולחן . עץ נחשב כמבודד גבוה אך זה משתנה בהתאם לכמות הלחות הקיימת בו. במקרים רבים קשה לחשב את עמידותו של חומר באמצעות נוסחת ההתנגדות בשל האופי הלא-הומוגני של החומרים. במקרים כאלה, משתמשים במשוואת הדיפרנציאל החלקי שנוצרת על ידי משוואת ההמשכיות של J ומשוואת Poisson ל- E. האם לשני החוטים באורכים שונים ושטחי חתך שונים יש אותם ערכים?
