Електропровідність і опір провідників

Електропровідність.Інтенсивність, густина або величина струму в електричному колі пропорційна напруженості електричного поля (Е) і залежить від властивостей провід­ника, через який проходить струм.

Показник провідника, який визначає густину струму в даному електричному полі, називають електропровідністю і позначають буквою v: j= vE.

Щоб визначити фізичну суть електропровідності, розглянемо відрізок провідника l з поперечним перерізом S при напрузі U і напруженості електричного поля Е. Згідно з формулою: U=El, звiдки E=U/l

Тоді j=I/S= vS/l, I= vSU/l.

Поділивши на U, дістанемо: I/U= vS/l=G

Відношення величини струму I до напруги джерела енергії U називають провідністю, або активною провідністю і позначають буквою G.

Провідність залежить від електропровідності провідника v, його поперечного перерізу S i довжини l; вона визначає величину утворюваного струму при заданих розмірах і властивостях провідника, якщо напруга на його кінцях дорівнює 1 В. Часто використовують такий запис: G=I/U.

Одиницею провідності е ампер на вольт (А/В) або сименс (См). А/В (См) = А/В.

Електропровідність провідника з поперечним перерізом один квадратний міліметр і довжиною один метр визначає питома електропровідність, яку позначають буквою у. Одиницею питомої електропровідності є сименс на метр (См/м).

Електричний опір. Електричний опір — це величина, що характеризує протидію електричного кола електричним зарядам, які рухаються.

Електричний опір є величиною, оберненою до провід­ності: R=1/G.

На підставі формули можна записати: R=U/I, I=U/R, U=IR.

Одиницею електричного опору є Ом. Це опір такого провідника, в якому при різниці потенціалів на його кінцях в І В встановлюється струм в І А:

Ом = В/А.

У техніці застосовуються елементи електричних кіл, які включаються для електричного опору і називаються резисторами.

Опір провідника залежить від матеріалу, з якого він зроблений, від розмірів (довжини та поперечного перерізу) і від температури. В електричному колі опір залежить і від надійного з'єднання провідників і елементів кола між со­бою та затискачами.

Залежність опору від матеріалу і розмірів провідника визначається формулою:

R=rl/S,

де R — опір, 0м; r — питомий опір, 0м • м; l — довжина, м; S — площа поперечного перерізу, м².

Питомим опором називається опір провідника довжиною 1 м з площею поперечного перерізу 1 мм² при температурі 20 °С.

Питомий опір провідника можна визначити через питому електропровідність як обернену до неї величину: r_n=1/ v,

де r — питомий опір, a v — питома електропровідність про­відника.

Якщо провідники з металів і сплавів нагрівати, то в них зростає рух вільних електронів, збільшується число зіткнень з іншими частинками і між собою), а отже, зменшується впорядкований рух електронів. Внаслідок цього опір провідника збільшується.

Величина, яка характеризує зміну одного ома опору провідника при зміні температури на 1 °С, називається температурним коефіцієнтом і позначається a. У широкому діапазоні зміни температури провідників з металів та сплавів їх опір визначається за формулою R₂=R₁(1+a(t₂-t₁)), де R₁ —опір провідника при температурі t₁, 0м; R₂— опір провідника при температурі t₂, 0м; a — температурний коефіцієнт.